CT二次接线混用引起线路差动保护误动分析

唐兰兰，叶君玲，罗永杰

(1.国网甘肃省电力公司金昌供电公司，甘肃 金昌 737100；2.国网安徽省电力公司马鞍山供电公司，安徽 马鞍山 243000；3.金川集团机械制造有限公司，甘肃 金昌 737100)

CT二次接线混用引起线路差动保护误动分析

唐兰兰1，叶君玲2，罗永杰3

(1.国网甘肃省电力公司金昌供电公司，甘肃 金昌 737100；2.国网安徽省电力公司马鞍山供电公司，安徽 马鞍山 243000；3.金川集团机械制造有限公司，甘肃 金昌 737100)

介绍了电流互感器10 %误差曲线、电流互感器混用产生的危害及对纵联差动保护的影响，分析了110 kV输电线路一次差动保护误动案例，得出误将线路电流互感器的测量绕组当作保护绕组使用，而使在空投主变时线路电流互感器测量绕组发生严重饱和是导致事故的主要原因。

电流互感器；差动保护；保护误动；10 %误差曲线

0 引言

根据用途的不同，CT(Current Transformer，电流互感器)可分为测量用和保护用2种。不同用途的CT对应不同的准确度，若错误地将2种不同用途的CT混用，会给电力系统中的继电保护、电气设备及二次仪表带来安全隐患。

2014-06-19，某电网330 kV变电站1条110 kV的线路(该线路对侧为光伏电站)差动保护误动。造成该线路差动保护误动的主要原因是：光伏电站工作人员误将线路(光伏电站侧)测量用的CT当作保护用CT，导致空投变压器时产生了较大的励磁涌流，使得线路CT(光伏电站侧)发生严重饱和，引起线路差动保护误动。

1 CT误差产生的原因及10 %误差曲线

1.1 CT误差产生的原因

CT在变换电流的过程中，必须消耗小部分电流用于对铁芯的激磁，铁芯磁化后方可在CT的二次线圈中产生感应电动势及感应电流。因铁芯损耗与激磁电流的存在，CT的一、二次电流存在误差，其误差包括比值与角误差。

图1 CT等值电路

当系统出现最大短路电流时，为了使继电保护装置能够正确感知故障电流的大小，相关规程中规定：继电保护用的CT，在已知其一次电流与二次侧负载的情况下，电流误差不可超过10 %。

1.2 CT的10 %误差曲线

图2为CT的10 %误差曲线，是指当CT变比误差为10 %时，一次电流倍数m与二次负载Z的关系曲线。因CT铁芯具有一定限度的导磁能力，铁芯未饱和时，CT的二次电流随一次电流按线性变化；二次电流不断增大时，其二次电动势必然会升高，导致铁芯饱和。此时，一次电流中有大部分的电流通过励磁支路，形成励磁电流而不能正确地传变到二次侧。当系统有短路故障时，CT的一次电流与二次电流间不再是直线关系。

图2中CT的10 %误差曲线与其二次负载及一次电流的大小相关。对于给定的CT，可以利用10 %误差曲线计算通过一次侧的短路电流与额定电流的比，从而确定倍数m1，再从10 %误差曲线上找出与该m1相对应的二次负载阻抗Zr。当实测二次负载阻抗Z＜Zr时，说明CT的变比误差小于10 %，继电保护装置能可靠动作；当实测二次负荷Z＞Zr时，说明CT的变比误差超过10 %，对继电保护装置动作的正确性会有较大的影响。当电网发生短路时，需CT能够正确地反映一次侧的电流，因此重要保护装置用的CT都必须满足10 %误差曲线的要求。

图2 CT的10 %误差曲线

2 CT混用产生的问题及对纵差保护的影响

2.1 CT混用产生的问题

保护用CT主要与继电保护装置相配合，在发生短路等故障时，能够向继电装置发出信号以切除故障回路，从而保护电网的安全；其工作条件与测量用CT完全不同。测量用CT在正常的一次电流工作范围内只要有合适的准确度即可；当一次设备通过短路电流时，希望CT能尽早饱和，以保护测量仪表免受短路电流的损害；而保护用CT要在流过比正常电流大几倍到几十倍的电流时方可开始工作，要求其误差(比值和角误差)在误差曲线范围内。因保护用CT和测量用CT的准确级及饱和特征不一致，若CT的测量绕组与保护绕组接错时，将带来诸如保护误动、拒动及损害测量仪表等问题。

图3为同一CT的保护和测量绕组一、二次电流的关系曲线。曲线1、曲线2分别为5P20级保护用绕组及0.2S级测量用绕组的一、二次电流关系曲线。其中测量用CT的工作范围在UV段，保护用CT的工作范围在XY段(即短路电流情况下的工作范围)。

图3 CT测量与保护绕组中一、二次电流关系

(1) 若将CT 0.2S级测量用绕组当作5P20级保护用绕组使用，当系统发生短路故障时，因测量用CT的仪表保护系数的限制，该绕组迅速达到饱和状态。铁芯饱和后，二次电流不再随一次电流的变化而变化，从而无法正确反应一次电流的实际变化情况，可能使保护拒动，导致事故扩大。

(2) 若将CT 5P20级保护用绕组当作0.2S级测量用绕组使用，在正常运行条件下，由于保护用绕组在其二次额定电流下对误差要求不高，会导致测量用的CT误差增大；当电网发生短路故障时，保护用绕组的铁芯不易达到饱和，二次电流会不断随着一次电流增大，最终会损坏测量用的二次设备。

(3) 若将CT的0.2S级测量用与5P20级保护用二次绕组当作TPY级绕组使用，将会导致具有暂态特性的保护不能正常工作，会产生误判或者误测量，从而使保护误动、拒动。

2.2 对纵差保护的影响

线路纵联差动保护的单相接线如图4所示。图4中，在线路外部发生短路故障时，尽管线路两侧的一次电流相等(即),但是当线路两侧(即A，B两侧)CT误差存在或者线路两侧的保护特征不一致时，线路差动回路中会产生较大的不平衡电流，从而影响差动保护的灵敏性。图4中，假设A侧的CT不满足10 %误差要求，当在d处发生短路故障时，由于短路电流中含有大量的非周期分量，导致线路A侧CT的铁芯迅速饱和，使得A侧CT的励磁电流远大于B侧，造成继电器线圈中的电流比正常运行时增大了很多，从而影响纵差保护动作的正确性，甚至造成保护误动。

图4 线路纵联差动保护的单相接线

比率制动式差动保护的判据为：

当Iz≤Iz.0时，

当Iz＞Iz.0时，

其中：Id为差动电流，Iz为制动电流，为CT二次侧两侧的电流相量，Idz.0为最小动作电流，Iz.0为最小制动电流，Kz为差动保护的斜率。

若线路两侧保护用CT的饱和特征不同，在外部故障、空投变压器或切除故障电压恢复的暂态过程中，线路中存在大量非周期分量与谐波分量，使得CT二次侧各端电流之和不等于0，造成差动电流 Id增大，因CT严重饱和致使制动电流减小，这就是造成差动保护误动的根本原因。因此，对CT进行10 %误差曲线校核显得尤为重要。

3 实例分析

图5为该电网330 kV变电站110 kV侧所接金泰光伏电站的系统单线结构。发生事故前运行方式为：1129湾泰线路两侧开关在合位，即1129湾泰线路及金泰光伏电站110 kV母线带电。2014-06-19T09:06，金泰光伏电站合上1号主变1101开关向主变充电，此时1129湾泰线路两侧开关的光纤纵差保护动作，开关跳闸，330 kV变电站侧1129湾泰开关重合成功(金泰光伏电站1129泰湾开关重合闸未投)。1号主变无任何保护动作，1号主变1101开关在合位。

图5 系统单线结构

经检查1129湾泰线路的三相电压正常，无故障分量。由当时的运行方式可知，金泰光伏电站1号主变也无故障发生。

由金泰光伏电站1129泰湾开关保护装置的电流故障录波可知，金泰光伏电站合上1号主变1101开关后，线路三相均有电流，且偏向时间轴一侧，有明显的间断，符合励磁涌流的特点。这说明金泰光伏电站合1号主变1101开关时，产生了较大的励磁涌流。通过分析电流故障录波器数据发现，励磁涌流中含有非周期分量及大量的高次谐波，非周期分量使得1129泰湾线路侧的CT三相出现了不同程度的饱和，其波形为半波和锯齿波，而以1129泰湾线路侧的B相CT饱和尤为严重。

基于以上分析，工作人员对线路进行了检查，发现1129泰湾线路CT二次侧保护回路与测量回路二次线接错。金泰光伏电站1129泰湾线路保护用CT的准确级为5P，测量用CT的准确级为0.2S。在空投1号主变时，所产生的励磁涌流造成1129泰湾线路测量用CT迅速饱和。通过相关数据分析，发现1129湾泰线路的光差回路的差流为2.73 A，该值大于差动保护动作电流的整定值(2.5 A)，导致1129湾泰线路的差动保护误动。

综上所述，造成1129湾泰线路差动保护误动的主要原因是：金泰光伏电站误将1129泰湾线路测量用的CT当做保护用的CT，当空投变压器产生了较大的励磁涌流时，励磁涌流中非周期分量使得1129泰湾CT(金泰光伏电站侧)发生严重饱和；因1129湾泰线路两侧CT的饱和特性不一致，造成1129湾泰线路光差回路中存在较大的差流，其差流超过整定值，引起保护误动。

4 结束语

通过对某电网一起典型事故的分析，深入剖析了保护用CT与测量用CT混用对线路差动保护的影响。CT饱和引起的电流畸变会在差动回路中产生较大的差流，引起差动保护误动，特别在线路两侧CT饱和特性不同时尤为严重。为了防止因电流互感器混用等原因导致差动回路不平衡电流增大，在CT投入使用时，必须对其做10 %误差校核，以避免CT混用等情况。差动保护所用的CT必须满足10 %误差曲线的要求。

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泰州换流站1 100 kV交流滤波器组断路器一次带电成功——我国特高压交流开关技术取得突破

日前，锡盟—泰州±800 kV特高压直流工程泰州换流站交流场建成投运。1 100 kV交流滤波器组断路器一次带电成功，性能优异、运行可靠，实现重大技术突破，是我国高压开关领域取得的又一重要创新成果。锡盟—泰州工程是世界上首个分层接入500 kV及1 000 kV交流电网的特高压直流工程，输送容量高达1 000万kW，需大量使用特高压交流断路器用于滤波器组投切，容性电流开断要求苛刻，恢复电压高达2 900 kV，特别是要承受每年近1 000次的频繁投切操作考验，对电寿命要求极高，国内外没有先例。

国家电网公司对此高度重视，组织中国电力科学研究院、西安西电高压开关有限责任公司、河南平高电气股份有限公司、西安高压电器研究院有限责任公司等国内科研、设计、制造和试验单位联合攻关，确定了敞开式4断口串联的技术方案，解决了高电气寿命灭弧室研制、机械操作稳定性保障、新型绝缘材料开发、新型试验与检测技术开发等关键技术难题。去年7月，西安西电高压开关有限责任公司率先完成首台样机制造，通过了全面严格的试验验证，机械操作寿命超过10 000次，可无检修可靠投切3 000—5 000次，满足安全可靠运行需要。样机大量采用新结构、新材料、新工艺和新方法，具有完全自主知识产权。

（来源：国家电网公司网站 2017-06-19）

2016-09-14；

2017-04-27。

唐兰兰(1985—)，女，工程师，主要从事电网调控运行方面的工作，email：272828723@qq.com。

叶君玲(1987—)，女，工程师，主要从事电网运行方面的工作。

罗永杰(1984—)，男，工程师，主要从事机械设计方面的工作。