内容发布更新时间 : 2024/6/8 1:26:56星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

1 110kV电网 母线差动、线路差动保护区外故障动作问题分析

近期发现省内、外系统110kV 母差保护、线路保护在区外故障出现动作的问题，特征为某一相出现故障，差流出现在其他相，且为特征很明显的毛刺电流。据调研，其他省市也曾出现过同样的问题。因此需要对该类问题进行详细分析，举一反三，是否220kV系统也有类似的问题，研究相应的措施，防止类似的问题再次出现，影响电网安全运行。

经过初步研究，该问题的产生可能与CT二次回路的相间互串有关，如下图所示。由于应用于110kV线路的CT饱和特性相对220kV线路CT的饱和特性较差，反应在等值阻抗的区别就是CT二次内阻较小；并且随着电网规模的发展，110kV母线的出线故障短路电流逐步增大，CT二次压降变大引起的CT饱和问题逐步变多。

目前CT饱和判据普遍采用时差法（或者异步法），利用故障相的CT在故障发生瞬间没有来得及饱和的特征，当差动启动滞后故障启动时，判断为CT饱和，暂时闭锁差动保护，母线差动、线路差动的CT饱和判据采用分相判别。对于故障相，如果CT饱和，时差法是能够有效的识别出CT饱和的。但是对于非故障相，由于毛刺电流是故障相电流通过二次回路串到非故障相，因此非故障相的故障启动与非故障相同时出现，保护装置无法判别非故障相的CT饱和，因此从保护装置算法上改进较难解决此类问题，同样220kV系统的CT是否也存在类似的问题，提请引起相关部门的关注的。

1.1 原因初步分析

CT二次A411二次电缆电阻装置小CTB411C411N411

如上图所示，故障相为C相，通过二次装置小CT的A相流入CT二次 A411，主要特征为：

（1）故障相串入到非故障相的电流是反方向，因此非故障相的毛刺电流方向和故障相电流反方向。（图中A相毛刺电流/ C相瞬时电流反相）

（2）故障相的电流一般不可能持续串入到非故障相，故障相的电流正好充当了非故障相的去磁电流。

（3）非故障相的毛刺电流一般很大，可能引起母差保护、线路差动保护启动。 1.2 相关解决措施

随着220kV变电站110kV合环，110kV的短路容量将逐步增大，从这几起发生的故障来看，类似的问题可能会继续发生，需要对以下几个问题进行重点关注： （1） CT的饱和特性要进行测量，结合二次回路电阻进行计算， 判断在目

前的短路容量情况下，是否会出现同样的二次电流反串现象，引起保护频繁动作的现象；

（2） 需要关注二次回路中性点的接线问题，是否有接触不良的现象；

（3） 对于不符合条件的CT要进行更换，提高CT饱和的拐点，提高CT的变

比，降低CT的二次回路电阻，尤其是中性点N线的电阻，进行二次回路的改造。

（4） 对CT的变比、二次回路电阻、磁化特性曲线进行定量分析，对CT的饱

和、二次互串进行定量分析，这需要今后更进一步的努力。 1.3 理论分析

为了更进一步的从CT暂态饱和的角度分析，需建立相应的暂态模型，如下图所示，ua,ub,uc分别为ABC三相CT二次的压降，Ra,Rb,Rc分别为CT其相应的二次侧电阻的大小，Rn为中性点回路电阻，ia,ib,ic分别为CT二次电流。

iaibicRaRbRcRnua~ub~uc~3i0

依据上图，可以列写出CT二次回路的微分方程，

ua?ub?ua?d?adtd?bdtd?cdt?Raia?La?Rbib?Lb?Rcic?Lcdiadtdibdtdicdt?(ia?ib?ic)Rn?Ln?(ia?ib?ic)Rn?Ln?(ia?ib?ic)Rn?Lnd(ia?ib?ic)dtd(ia?ib?ic)dtd(ia?ib?ic)dt

将上式积分，可以得到如下表达式：

tt?a??a(0)?Ra?ia(t)dt?La?ia(t)?ia(0)??3Rn?i0(t)dt?3Ln?i0(t)?i0(0)?0tt0?b??b(0)?Rb?ib(t)dt?Lb?ib(t)?ib(0)??3Rn?i0(t)dt?3Ln?i0(t)?i0(0)?

0t0t?c??c(0)?Rc?ic(t)dt?Lc?ic(t)?ic(0)??3Rn?i0(t)dt?3Ln?i0(t)?i0(0)?00从上式可以看出，电流互感器ABC三相的磁链除了与本相的电流有关，还与中性点回路阻抗上的零序电流有关，也就是说，A相的磁链在某种程度上受到BC相二次电流的影响，为了更容易说明问题，忽略电感分量的影响，以A相CT为例，考虑故障相为C相，故障前系统为空载，因此故障时AB相电流为零。 可得到：

t?a??a(0)?Rn?ic(t)dt

0从上式可以看出如故障电流中C相电流偏大，并且伴有直流分量的偏移，那么a相的磁链在一定时间内可能会逐步积累，达到A相CT的饱和值，引起电流互感器饱和，对于故障相引起的非故障相CT饱和波形特征来看，从而导致毛刺电流的出现。

1.4 初步仿真分析：

在Matlab中进行初步的仿真计算，模拟C相故障，A相串入毛刺电流，从相位特性来看，A相的毛刺电流和此时C相的瞬时电流相反。验证了上面的假设。

Continuouspowerguisexp+sin-+112RAflux41flux7i2,i7i2,i6phaseASc6CCSR1CT A 600/5 A25 VAsexp+sin-+1flux5phaseBSc1CCS1R312RBi2,i9i2,i8CT B 600/5 A25 VA sexp+sin-+1RCflux6i2,i4phaseCSc2CCS2R412CT C 600/5 A25 VA R01flux i2flux i2flux i23fluxflux i2 i1i2 i1i2 i2flux i3flux1flux i2 i1i2 i1i2 i2flux i13flux2flux i2flux i2 i1i2 i1i2 i2flux3i2,i5Subsystemi2,i1Subsystem1i2,i2Subsystem2i2,i3

仿真CT二次相间电流互串现象50A0-500500-500500-5000.010.020.030.040.05t/s0.060.070.080.090.1CB0.010.020.030.040.050.06故障相非故障相反相0.070.080.090.10.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1

1.5 实验室验证

以实验内的5P10的电流互感器为例进行试验，首先用750对该电流互感器的励磁特性进行测量，(I-V)伏安特性，将电压U/w 就能得到I-Phi（磁链）特性曲线。

60V0.2?/Wb500.180.160.1440300.120.1200.080.06100.0400.0200.511.522.533.5I4000.511.522.53I/A3.54

伏安特性曲线 磁化特性曲线

模拟现场的环境，模拟在C相二次加故障电流，是否会出现电流串入到A相CT二次回路。如下图所示：

A相CTA411Raic~C411RcRnN411装置小CT

试验中的C相二次电流波形 A相二次电流波形

1.6 现场试验方法验证

试验仪器：暂态故障波形记录仪，Doble故障波形回放仪。

为验证电流互感器回路存在相间互串的可能性，在配合线路停电时进行模拟试验，验证相间是否存在互串的现象。