中压配电系统微机母线保护电流互感器变比设置及其技术要求研究

顾海超

【摘 要】由于中压系统母线出线较多，操作频繁，三相导体相间距离、与大地距离都比较近，容易受到小动物危害，设备制造质量相对较差等原因，中压系统母线发生故障的几率远远高于高压或超高压系统，加之母线没有装设专用的保护，这样，母线故障则需上一级保护经一定延时后动作切除，因此，许多原本可以快速消除的故障被發展、扩大，造成配电装置的严重烧毁、相邻开关柜受损等严重事故，使得供电长期不能恢复。

【关键词】配电系统;母线保护;电流互感器;安全可靠;经济合理;技术先进;灵敏度

0 引言

中压供配电网中的母线保护长期以来一直没有得到应有的重视，中压母线很少或者几乎不装设专用的母线保护。原因是多方面的，归结如以下两点：

1）母线保护的装设加重了中压供配电网的投资，对于还没有实施微机保护的中压供配电网而言，一套母线保护需要装设专用的电流互感器、继电器等，提高了工程的造价。

2）由于人们对中压母线保护的认识不够，以往的作法是母线保护依靠上一级保护来实现，却没有认识到延时切除母线故障所造成的恶果，即对中压母线短路的后果没有引起足够的重视。

以往的中压母线不装设专用的母线保护的理由通常是：中压母线故障不会像高压或超高压系统中母线故障那样造成系统失稳、大面积停电等极其严重的后果。但是，这并不能让我们对其故障的危害掉以轻心。尤其在一些有重要用户的变电站和发电厂的厂用电系统，处理不当就会造成重大的经济损失。

1 微机母线保护电流互感器变比设置

常规的母线差动保护为了减少不平衡差流，要求连接在母线上的各个支路电流互感器变比必须完全一致，否则就要求安装中间变流器，这就造成体积很大而月.不方便，况且正常运行时对于出线电流较小的线路，电流互感器的传变舍入误差比较大，保护的不平衡电流选择的较大，这样的话保护定值相应的要提高，这样做的后果使得保护的灵敏性降低。

微机型母线保护的电流互感器变比可以通过设置，根据各个电流互感器的变比，将其二次电流统一折算到同一个变比之下再送入保护CPU插件中进行运算。通过方便地改变电流互感器的计算变比，从而允许母线各支路差动电流互感器变比不一致，也不需要装设中间变流器。

运行前，将母线上联络的各支路变比键入保护CPU插件后，保护软件以其中最大变比为基准，进行电流折算，使得保护在计算差电流时各个电流互感器变比均变为一致，并在母线保护计算判据以及其显示差电流时也以最大变比为基准。

为了说明起见，我们假设母线上连接有三个支路单元：一个电源支路（其电流方向流入母线）;两个负荷支路（其电流方向流出母线）。正常运行时各个支路一次电流分别为I1、I2、I3，此时我们令经过电流互感器测得其二次电流分别为I1.2、I2.2、I3.2，各个支路电流互感器变比分别对应为n1、n2、n3，如果n1为最大变比，则选择n1为基准值。在正常运行时，各个支路的一次电流分别为：

I1=I1.2×n1，I2=I2.2×n2，I3=I3.2×n3

然后以最大变比n1为基准值换算得到各个支路计算二次值为：

I1′=（I1.2×n1）/n1

I2′=（I2.2×n2）/n1

I3′=（I3.2×n3）/n1

这样，即使原来各个支路的变比不一致，经过换算后其变比应该全部一致且均为n1，如此算法可以保证正常运行以及区外故障时（不考虑电流互感器的误差）计算的电流为零，其证明如下：

I■=I1′-（I2′+I3′）=I■-（I■+I■）=0

除此之外，经过折算后，（I2.2×n2）/n1以及（I3.2×n3）/n1的计算值均变的很小，不但可以减少计算量，并可以避免软件计算溢出出错。

上述既是在我国微机型母线保护中常用的换算电流互感器变比的方法。此种方法的运用将降低了使用电流变换器来达到进出线两侧的电流互感器变比一致的投资成本，并且减少了占地空间。

但与此同时，它又不可避免的带来了一系列的问题：

第一，如果各个支路电流互感器的变比与最大变比不成倍数的关系，例如1200/5与800/5，为了防止计算误差引起较大的不平衡差电流，其折算过程要比上述的过程复杂的多，只能预先固化设定，不能现场随时设置，即变比设计后应将变比预先送入厂家固化。

第二，如上述所示的例子。我们仅仅假设一段母线上连接有三条线路，可是事实上对于电力系统进出线远远超出三条，尤其对于中低压供配电网而言，其进线可能只有一条，但是其出线可能有十条之多。这样的话，其进出线的电流互感器的变比差别就很大，一般有十倍以上的差距。例如某一供电所的10kV出线有8个负荷，进线的电流互感器选择为3000/5，而某一条负荷较小的出线电流互感器的选择仅仅为200/5，两者之间相差了15倍。假如此时这一条出线出口处短路，会不会发生因为电流互感器的饱和而造成的母线保护误动呢？

2 电流互感器的选择依据

电流互感器是按照正常运行时的一次回路额定电压和电流来选择的。当接入差动保护电流回路中的出线发生短路时，出线电流互感器和中间电流互感器均要求满足电流互感器的了10%误差曲线。除此之外，接入差动保护回路中的出线数nxj与系数α存在相应的关系，具体见下表。

表1

上表中α定义为当一段母线被切除时，接入本段差动保护电流回路中的各出线增加的总负荷与本段接入差动保护电流回路中各出线的总负荷之比，即α=I/（I+I），其中I为接入差动保护电流回路中的出线总负荷电流;I为当一段母线被切除时，接入本段差动保护电流回路中各出线增加的总负荷电流之和。

按照电流互感器10%误差曲线和上表中相应的电流倍数，即可求出所采用的电流互感器允许负荷。

当连接导线很长，以及接入差动回路的出线数很多时，电流互感器可能不满足了10%误差曲线的要求，这时可以在不能满足要求的电流互感器二次侧加装中间变流器。

3 TA暂态特性对母线保护的影响

众所周知，对母线采用了差动保护原理可以方便地实现母线的快速保护。然而在母线区外短路时，一般电流互感器会出现饱和现象，一旦电流互感器饱和以后就不能正确的传变一次电流值，使得二次侧电流差动保护原理的基础遭到破坏，从而导致保护的误动作。

而在电力系统设计的时候，考虑到母线外部发生短路时，故障元件的电流互感器流过很大的短路电流，使得电流互感器的铁芯趋于饱和，励磁电流大大增加，电流互感器的电流误差迅速增加。为了保证电流互感器及其保护装置在允许的稳态短路电流下能够正常工作，电流互感器被设计为在最大稳态短路电流下电流误差值不得超过了10%。实践中根据电流互感器了10%倍数特性曲线，由最大允许的稳态短路电流确定电流互感器的二次侧负载阻抗ZL。從而确保电流互感器的正常工作。

通过以上分析，我们认为在中低压供配电网中，由于线路采用的是放射式的且出线较多，因此当出线出口处发生短路时，TA会产生饱和现象。对于其中的暂态饱和，由于我们对保护的时间要求不是很苛刻，因此允许加一时间延时（当然这个时间延时相比与靠上一级保护延时来切除母线故障的延时小多了，在那里时延通常是0.5秒左右，而在这里我们认为几个周波就一个使得非周期分量有很大的衰减）来躲过因暂态饱和而产生的不平衡差流;对于所产生稳态饱和，我们可以通过计算TA的二次负荷在满足10%误差曲线的前提下，考虑其出线个数来选择合适的电流互感器，当然我们不会都采用同一个变比的TA以来躲过不平衡电流。对于己经安装的TA如果不满足要求的话，则需要加装一个电流变换器即可。

4 结束语

总之，中压母线故障被发展扩大的最根本原因，就是因为没有专门的母线保护，使母线故障要经过较长时间才能被切除。假如装有快速保护，故障发生后保护立即动作，故障可以快速切除，损失可以大大降低。

【参考文献】

[1]赵京立，马晓黎.一种10kV至35kV母线保护方案[J].电力系统自动化，2000（21）.

[2]程利军，杨奇逊.中阻抗母线保护原理、整定及运行的探讨[J].电网技术，2000（06）.

[责任编辑：杨玉洁]