浅谈CT饱和对差动保护的影响

张美锋

摘 要：随着我国电网输电等级的提高，大量TP类互感器和电子类互感器的应用于电网，抗CT饱和性能日益提高。然而，CT饱和仍然是对差动保护有较大干扰作用的因素。由于CT（电流互感器）的传变特性不一，尤其当其出现饱和时，差动保护感受到的电流波形出现畸变，差动电流与实际一次侧的情况出现偏差，可能引起差动保护误动作。文章结合实践经验，分析了CT饱和对差动保护的影响。

关键词：CT饱和；差动保护；影响

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0011-02

近年来，随着我国建设坚强智能电网的战略目标提出，以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的电网建设规模不断扩大。220 kV及以上电压等级成为我国电网的主干网架，差动保护的应用日益普及。在此背景下，关注差动保护的动作性能，研究CT饱和对差动保护的影响，具有重要的意义。

1 CT饱和现象

CT饱和是指电流互感器饱和，互感器是指在电力系统中，为了对电力系统及其中各电力设备进行必要的计算、监控和保护，用来将高电平的电力参数按比例变换到低电平的参数或信号，再接到相应的继电保护及测量装置上的装置。电流互感器就是将高电压电路中大电流变换为低电压电路中的小电流，并将高压和低压电路隔离，使它们之间不存在电的直接联系的主要元件。

在一般情况下，电流互感器能够准确将一次回路电流传变到二次回路电流，然而，当电力系统发生故障时，一次回路电流往往远大于正常负荷电流，且经常存在大量的衰减直流分量，导致电流互感器铁芯进入饱和状态，导致电流互感器的二次回路电流出现畸变，称为CT饱和现象。

2 CT饱和对差动保护的影响

差动保护基于基尔霍夫电流定律，由于其原理简单，使用电气量单纯，保护范围明确，已广泛用于电力系统发电机、变压器、母线、线路、电抗器等电力系统主要设备，并作为主保护使用。差动保护对电力系统的安全稳定运行起到至关重要的作用。

2.1 电流互感器饱和对线路光纤差动保护的影响

电流光纤差动保护已经成为高压、超高压输电线路首选的主保护之一。电流光纤差动保护基于反应线路两侧的电流从而快速、可靠地区分本线路内部任意点短路与外部故障，达到有选择、快速地切除全线路任意点短路的目的。为此需要将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧的电气量同时比较、联合工作。

影响输电线路差动保护正确动作的因素有很多，电流互感器暂态饱和是其中的重要因素。由前面分析可知，当外部发生故障时，流入差动继电器的不平衡电流就是两个电流互感器励磁电流之差。为了显著区别区内故障时流入差动继电器的电流，我们希望外部故障时的不平衡电流尽可能小，以提高差动保护的灵敏性和选择性。

若两个电流互感器的型号相同，它们的参数差异性小，在发生外部故障时，两侧电流互感器饱和特性相似，则电流互感器二次侧的电流差值较小；若两个电流互感器差异交大，则在极端情况下，可能一侧电流互感器深度饱和而另一侧电流互感器能正确传变电流，此时电流互感器二次侧的电流差值会非常大，可能造成差动保护的误动。

为了减少不平衡电流，输电线路两端应采用型号相同、磁化特性一致、铁心截面较大的高精度电流互感器。然而在实际工程中，由于各种原因，很难保证所有线路两端电流互感器的型号和饱和特性一致，从而导致某些线路发生外部故障时流入差动继电器的电流很大，易造成保护误动作。

2.2 电流互感器饱和对变压器差动保护的影响

实际电力系统都是三相变压器，并且通常采用Y，d11的接线方式。这样的接线方式造成了变压器一、二次电流的不对应。若仍用上述接线方式，则会在继电器中产生很大的差动电流。

不平衡电流实际上就是两侧电流互感器励磁电流的差值。若不平衡电流过大，则有可能引起区外故障时差动保护误动作。

励磁电流Iμ的大小取决于电流互感器是否饱和以及饱和的程度。在系统发生非对称性短路故障时，由于一次电流很大、短路电流中存在大量的非周期分量，将会引起互感器铁心暂态饱和，励磁电流显著增大。如果两侧电流互感器的型号相同、励磁特性相同，则在发生区外故障时，互感器励磁电流同时增大，而使得不平衡电流并没有显著增大。由于变压器两侧一次电流大小不同，所用电流互感器型号必然不同，当发生非对称短路故障时，两侧电流互感器暂态饱和程度不同，使得两侧励磁电流大小差别很大，流入差动继电器的不平衡电流也将很大，从而影响差动保护的动作性能。

2.3 电流互感器饱和对母线差动保护的影响

为了尽可能减小母线故障对电力系统和用户造成的损失，电力系统中的母线广泛采用差动保护。实现母线差动保护必须考虑在母线上一般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机等），因此相比较线路和变压器差动保护，母线差动保护的接线更复杂。

①在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等。

②当母线上发生故障时，所有与母线连接的元件都向故障点供给短路电流或流出残留的负荷电流。

③从每个连接元件中电流的相位来看，在正常运行及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的。具体来说，就是电流流入的元件和电流流出的元件中电流的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其它元件中的电流是接近同相位的。

根據①和②可构成电流差动保护，根据③可构成比相式差动保护。为了阐述母线差动保护的原理，以图3所示的单母线为例简单分析母线差动保护。

母线差动保护中，若各个电流互感器的变比相同，则在理论上当母线正常运行及外部故障时，流入差动继电器的二次电流为零，实际上由于电流互感器有误差，KD中有不平衡电流出现。为了减小不平衡电流，一般应选用具有相同特性的互感器。然而，由于母线连接有多个电力元件，当外部发生故障时，各个电力元件中流过的电流并不相同，因此各个互感器的饱和程度有显著差异，从而增大流入差动继电器的不平衡电流。特别地，当系统发生不对称故障时，其产生的非周期分量将加速互感器的饱和，从而差动继电器中的不平衡电流更大，严重影响母线差动保护的性能。

3 结 语

为了解决这一问题，国内外许多继电保护专家为此进行了大量的研究工作，提出了许多卓有成效的算法和措施，如二次谐波制动，波形识别，小波分析等，有效地提高了差动保护的准确动作率。但是，由于电力系统的复杂性，在实际应用中，因CT饱和而导致差动保护误动或拒动的情况仍时有发生，差动保护在抗CT饱和的研究领域还有很大的提升空间。

参考文献：

[1] 乾维江.输电线路电流差动保护抗电流互感器饱和研究[D].成都：西南交通大学，2009.

[2] 刘玉东，王增平，张志梅，等.基于CT饱和综合判据的变压器差动保护的研究[J].继电器，2007，（17）.