变压器区外故障CT 饱和对主变保护的影响分析

2024-01-10敬玢

大科技 2024年4期

敬玢

（广西电网有限责任公司梧州供电局，广西梧州 543002）

0 引言

随着现代社会的不断发展与进步，电力行业也逐渐地迎来了一个全新的发展机遇。为了能够保证电网变电设备运行的稳定性与科学性，也应该加强对变压器区外故障CT 饱和的故障情况进行分析，以避免在实际运行过程中，各种问题的出现导致主变保护的不正确动作、越级动作、扩大事故范围等有责任的事故事件。针对此类故障中存在的问题，采取有效的控制及防范措施，可以更好的保证保护正确动作，保证电网安全稳定。

1 变压器区外故障CT 饱和造成主变保护动作情况概述

35kV 某站，10kV 富宁线905 故障过流Ⅰ段动作，造成1 号主变低压侧后备保护动作跳开901 开关，故障时保护动作时序如图1 所示。另一35kV 变电站，10kV 义垌线905 故障过流保护动作，造成10kV 分段900 开关、2 号主变高低压侧302、902 开关跳闸、1 号主变高低压侧301、901 开关跳闸，故障时序如图2 所示。

图1 故障时保护动作时序

图2 故障时序

后分析故障原因均为变压器区外故障，线路CT 饱和造成主变跳闸，扩大停电范围，由这两个事故案例可见，分析变压器区外故障CT 饱和对主变保护的影响是非常有必要的。

1.1 线路故障时的速断

35kV 变电站内低压线路近区故障，CT 饱和造成主变保护动作跳闸的情况频发。在这一过程中，线路故障中开关分闸速度的问题，也会影响到主变保护动作的情况。当电流互感器中铁心磁通密度因外部故障而迅速增加至饱和时，励磁阻抗会随着饱和程度的增加而急剧减小，此时产生的励磁电流不能忽略，呈现出的一二次电流成非线性关系。只有不断地加强主变保护情况的研究与分析，对其差异性的了解与分析，才能够保证主变保护的可靠正确动作，不造成事故范围的扩大[1]。

1.2 区外发展性故障

在110kV 的变电站，加强对区外发展性故障问题的分析，也可以为区外三相短路故障的有效控制提供良好的参考。在实际的区外发展性故障过程中，主变低压侧线路CT 饱和导致越级跳闸的问题，也能够影响到之后线路CT 的有效性工作。只有不断地加强对相关设备的合理使用与配置，才能够为保护动作的正确性提供基础的支撑。也正是在这样的前提条件下，加强对区外故障中差动电流数值变化的了解，可以很好地为之后数据信息的精准性掌握提供帮助。而且，不同类型的数据信息整合与管理方式，也能够在很大的层面上也带动了差流速段保护装置合理性的进一步提升。

1.3 主变差流速断动作

变压器区外故障问题的出现，在一定的层面上，也能够直接地影响到之后变电站变压器外侧短路问题的出现。在低压侧中CT 饱和主要也是通过相应的速断保护动作，为数据信息的整合提供了引导。在对保护动作中差动电流值的详细检测以及变化情况掌握的过程中，为保证主变差流速度动作的正确性，也需要对其电流值的变化进行跟踪分析。

1.4 越级跳闸

变压器区外故障，在线路CT 饱和或开关慢分等情况下也会造成主变越级跳闸的事故。而这一现象主要是电力系统故障时，应由保护整定优先跳闸的断路器来切除故障，但因故由上一级或其他断路器跳闸来切除故障，这样的跳闸行为称为越级跳闸。这种越级跳闸现象的出现，在一定的层面上与保护原件的方式有关系。不断地加强对一些误动跳闸问题的详细分析与跟踪，也能够分析出断路器元器件、机构等的问题，为日常维护也提供良好的基础保障。因此，工作人员也应该在日常运维的过程中，尽可能地有针对性的对易损元器件更换等方式，避免越级跳闸问题的出现，可以提高变压器区外故障问题治理效能[2]。

2 电流互感器CT 饱和的主要原因

2.1 与二次负载和故障电流大小有关

电流互感器是各种继电保护装置的重要器件，它在电力系统暂态过程中能否真实传变一次电流，对继电保护装置的正确动作起着决定性的作用。在CT 饱和造成越级跳闸的变压器区外故障过程中，如果想要了解和掌握变压器区外故障CT 饱和出现的主要原因，也需要对其中所有不正确动作的因素进行分析研究，其中就需要对电流故障问题进行有效的研究。从客观的层面上进行分析，也能了解到变压器区外故障CT 饱和主要是受到二次负载和故障电流的影响。当故障10kV出现在近区故障的位置时，短路系统内部也会出现比较明显的负载不平衡问题，导致系统中会出现一些比较明显的电流安全性难以保障的问题，如果不能够从根本上改善这种问题，将会阻碍之后变压器区外故障CT 饱和治理工作效能的提升[3]。

2.2 与二次回路传输电缆有关

CT 饱和与二次回路传输电缆的传输工作效率有关，需要加强对变压器区外故障时现场的实际状况分析。这主要也是因为城市中心区域的变电站的使用时间年限相对较长，电缆使用时间久，对高压侧电流回路线也会造成不同程度的影响。保证其回路线的直径在2.5mm 左右，可以为之后短路电流中电缆的正常传输提高效率。一旦在实际的二次回路传输电缆工作中，受到外界因素影响，也会出现一些比较明显的误动问题[4]。

2.3 与本身电流互感器的特性有关

变压器区外故障CT 饱和与越级跳闸问题的出现，经常会受到各种因素的影响，其中就有受电流互感器的特性有关。当冲击电流在工作中进行特性转变，其中大量的非周期分量，会直接地影响到CT 饱和、数据失真的问题。缺乏更为准确的故障电流，也会导致出现一些比较明显的波形间断角，这对于之后差动电流回路的平衡性也带来了一定失真，不利于之后本身转变特性效能，也会加剧保护装置误动问题越来越明显。

2.4 与变比有关

根据电流互感器的实际变比、精确度级别、互感器的容量以及范围值，能够直接地影响保护的正确动作。当变压器区外故障CT 呈现出更加明显的饱和状态时，也就必然会导致之后比率差动逻辑会发生明显的变化，进而影响到变压器保护装置在区外故障CT 饱和造成越级跳闸的问题。

3 变压器区外故障CT 饱和对主变保护的影响

3.1 变压器差动保护的设置

CT 饱和将直接影响到变压器差动保护的可靠性，对主变保护装置采用的判别方法主要是利用CT 饱和后电流特征确定的。主变区内故障时，即便CT 饱和，比例差动的动作值会迅速满足，而正确动作。但在主变区外故障时，会产生很大的穿越短路电流，穿越短路电流中的非周期分量会造成电流互感器的饱和，从而产生很大的虚假差动电流，会在各测量点的饱和情况不同而使差流变的更大，此差流正好落在比率差动保护的动作区域时，就会造成主变保护的差动保护误动作。

实际运行中，电流互感器的饱和不会发生在故障一开始的时刻，而是经过一段时间，故障电流使铁心的磁通达到自身的饱和密度之后才出现的。如此，从故障开始到发生饱和总会存在一段时间还能够线性变换电流值的，能正确反映一次电流，不会立即产生饱和。所以主变差动保护可以设置一个CT 保护时的附加稳定特性动作区域，它能区分出变压器保护区内、区外故障，即设置高值、低值来有效闭锁区外故障的比率差动。

3.2 电流互感器的饱和

由于CT 饱和引起的电流波形畸变会产生很大的差流，使线路保护电流差动保护误动作。通过检测区外故障时CT 饱和的程度，从而进行相应的处理，例如，抬高差动门槛，提高比率系数或短时间闭锁差动保护，这样虽然可以有效的防止差动误动作，但是会降低区内（内部）故障时保护的灵敏度。

对数据信息的整合与管理中，时刻加强对CT 饱和工作的管理与控制，为之后电流互感保护的有效管控提供基础引导。越级跳闸等因素的多样性，也很有可能会出现非周期偏量比较严重的现象，导致了最终CT 出现非常严重的饱和问题。当一次电流中的直流分量相对较大，导致最终波形出现了比较明显的偏移问题。而其中比较常见的防止电流互感饱和方法也是比较多的，最根本的解决方法就是限制一次系统短路电流的水平。除此之外，为避免电流互感饱和问题的出现，需要针对CT 性能的差异性，也能够使得之后二次电流输出的真实性，不能够得到更加充分的体现。对于型号、特性以及变比的电流互感器类型选择，也能够在很大的层面上保证电流互感器暂态饱和的合理性。

为了能够从源头上减少区外故障问题的出现，要对CT 暂态与稳态饱和进一步地的研究，从CT 饱和的判别入手，使得保护装置能够判别出CT 饱和而闭锁保护不发生误动现象，也应该不断地加强对谐波的有效性治理。变压器中高压位置发生故障，产生的短路电流会在短时间内自动切除而后备保护不动作。反之，如果在低压侧发生故障，产生的短路电流将难以达到后备保护启动值，就会使故障无法切除，甚至引起变压器的烧毁，对系统的安全运行造成严重影响。电流互感器饱和识别方法对电流差动保护方式，主要也是在分段波形积分方法的帮助下，进行了CT 饱和的判定，这也就进一步地带动了之后电流互感饱和工作的稳定性问题。

3.3 变压器CT 饱和的保护方式

变压器保护装置的运用与整改，也是需要从多个不同的角度进行详细分析与研究的。不断地加强对CT性能的合理对比与分析，也能够很好地为之后保护装置的使用性能与优势提升提供更为完善的基础保障。电力系统中CT 性能的饱和与管控，主要也是与额定输出电流、线性范围、线性度、相移等各组数据信息的变化有着非常紧密的关联。保护装置应用中需要采取更加有针对性的伏安特性实验，在保证实验仪器与相关环境合理性的同时，也需要加强对变压器区外故障CT饱和工作的进一步统计与分析。根据不同数据信息的统计与分析，也能够了解到稳态电流条件下，不同类型变压器区外故障CT 饱和的实际情况。尤其是在对电流互感器以及原交流数据信息的管理中，对于电流的合理性使用，也必然能够改善其中的不合理问题。

3.4 变压器CT 饱和的实验分析

由磁暴引起的地磁感应电流会引发变压器的直流偏磁现象，而直流偏磁也会导致变压器电流谐波、振动噪声以及损耗温升等变压器效应的产生。在更为详细的动模实验过程中，不仅会影响到变压器自身设备，甚至还会威胁到整个电力系统运行。由于变压器非线性磁滞回线的复杂性，GIC 作用下的变压器理论模型还不够完善，且相关理论也未能在实验中得到验证，而在实际电力系统上进行的试验研究往往会受到电力系统安全稳定运行的制约[5]。动模实验验证，需要从更为深层次的角度上为模型主接线与相关参数的精准确。不同类型装置以及模型实验的检测与分析，能够很好地为之后变压器区外故障实验中不利因素的剔除提供基础支撑。针对现阶段动模实验验证的实际情况，工作人员能够保证变压器电气接线的合理性与科学性，进而为最终实验结果的测定的科学性，提供更为完善的数据信息支撑。随着电子式电流互感器的发展，也能够有助于解决CT 饱和的问题。