电流互感器断线对电流差动保护的影响及对策研究

林杰

摘 要：电流差动保护作为高压电网的主保护，其动作的可靠性对维持电网运行的安全性和稳定性至关重要。详细分析了电流互感器（TA）断线对差动保护的影响机理，阐述了在系统正常运行、发生故障和断线时，三相电流幅值的变化特征，最后提出了一种基于电流幅值变化的识别TA断线方法，用以防止保护误动。仿真实验结果验证了结论的正确性。

关键词：电流差动保护；电流互感器；电流幅值；断线识别

中图分类号：TM774+.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.094

电流互感器（TA）能为电力系统的保护和控制提供测量信息，所以，TA的正常运行是维持电力系统稳定运行的必备条件之一。现阶段，TA对电力系统保护的影响主要集中在2个层面：TA饱和以及断线。其中，TA饱和对保护的影响研究较多，但关于TA断线的研究较少。

本文重点围绕TA断线对电流差动保护的影响展开讨论，并提出相应的解决对策。本文主要分为3部分内容，第1部分主要介绍了TA断线对电流差动保护的影响机理，第2部分介绍了一种识别TA断线的方法，以防止保护误动，第3部分搭建了仿真模型，验证了新方法的正确性。

1 TA断线对电流差动保护的影响机理

图1为典型的双电源系统图，其中，TA表示电流互感器，Im，In分别表示流过线路两侧的电流。对于线路MN而言，其电流差动保护的动作判据为：

式（1）中，Im.φ，In. φ为M，N两侧三相电流；φ为A，B，C三相；K为制动系数，一般取0.5。

式（1）左侧称为动作量，右侧称为制动量。当动作量大于制动量时，保护可靠动作；反之，保护不动作。

正常运行或者区外故障（图1中k点故障）时，线路两侧电流为穿越性电流，存在Im=-In=IL的情况，所以，式（1）左侧动作量几乎为零，右侧制动量为2IL（IL为负荷电流）。因此，动作量小于制动量，保护能可靠不动作。对于区内故障（图1中k1点故障），此时，动作量等于流过短路点的短路电流，幅值急剧增大，而制动量由于电流Im，In同相位，所以，显著降低，式（1）满足动作条件，保护能可靠动作。

上述分析的前提是假定TA能正常传变。如果TA两侧同相同时断线，不妨假定两侧φ相同时断线，显然存在以下情况，即：

由此可知，式（1）中动作量和制动量同时为0时，特征较为明显。当出现这种情况时，可以判断为断线故障，断路器是否断开意义已经不大。因此，需要重点分析TA不同相别断线时对电流差动保护的影响。

以M侧TA的φ相断线而N侧φ相无断线情况为例分析，其余情形分析与此相同。显然此时存在以下情况，即：

由于K取值小于1，因此，式（4）成立，电流差动保护误动作。对于继电保护而言，防止保护误动，避免不必要的停电事故发生是首要目的。所以，需要一种方案防止TA断线时电流差动保护误动。

2 TA断线应对措施研究

从第1部分的分析中可以看出，TA断线会造成差动保护误动。因此，即使动作电流大于制动电流，差动保护也需要判断是否是由TA断线引起的，如果是，需要将电流差动保护闭锁；反之，保护可靠动作。其动作逻辑如图2所示。而防止差动保护误动的根本方法是有效识别TA断线。

图3、图4、图5分别给出了系統正常运行、短路故障和TA断线时三相电流幅值的变化曲线。从图3中可以看出，当系统正常运行时，三相电流幅值相同；从图4中可以看出，发生短路故障时，故障相电流幅值显著增大，其余非故障相电流变化不大；从图5中可以看出，当TA断线时，断线相电流将为0，非断线相电流变化不大。

事实上，可以将系统正常运行和故障看作是TA非断线状态。通过对TA非断线和断线状态时三相电流幅值变化特征的比较，提出了一种识别TA断线的方法，即：

式（5）中：r（Iφ）为除电流Iφ外其他相电流幅值。

如果TA二次侧某相电流幅值Iφ突然变为0，而其余相电流

幅值r（Iφ）变化不大，则表示该相电流互感器断线，要迅速将电流差动保护闭锁，防止保护误动。考虑到测量误差等因素的影响，当电流幅值在0.7～1.1 p.u时，表示电流幅值变化不大。

因此，在电流差动保护动作逻辑中加入式（5）所示的TA断线闭锁逻辑，当满足式（5）时，即使判据（1）满足，也要将差动保护闭锁，防止保护误动。

3 仿真验证

利用PSCAD/EMTDC搭建了如图1所示的仿真模型，其中，线路MN长度为100 km，参数为Z1=Z2=3.46+j42.3（Ω）， Z0=30+j104.2（Ω），TA的匝数比为20/200，负荷电流为45 A。

图6（a）给出了当M侧B相断线时线路两侧电流的差值。显然，当0.5 s断线时，差流显著增大，约等于负荷电流，可能会造成保护误动。图6（b）给出了此时三相电流幅值，由此可以看出，除了断线相电流降为0以外，其余正常相电流变化不大，符合TA断线识别判据，可判为TA断线。此时，电流差动保护需要闭锁，防止保护误动。

4 结论

本文详细分析了TA断线对电流差动保护的影响。分析结果表明，TA断线会造成保护误动。鉴于此，本文提出了一种基于电流幅值变化量的识别TA断线的方案。当TA某相电流突降为0，而其余相电流变化不大时，需要将电流差动保护闭锁，防止保护误动；否则，视为内部故障，保护要可靠动作。

参考文献

[1]黄少锋.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2015.

[2]李乐，袁野.变电站设计中电流互感器选择有关问题分析[J].电器与能效管理技术，2015，63（13）：63-67.

[3]何瑞文，吕梦丽，蔡泽祥.适应继电保护暂态传变的空心线圈电流互感器积分技术研究[J].电测与仪表，2015，52（13）：48-55.

[4]郑涛，陈佩璐，毛安澜，等.地磁感应电流作用下的CT饱和特性及其引起的变压器差动保护误动[J].电网技术， 2014，38（2）：520-525.

[5]邓祖前.关于一起变压器差动保护动作的分析与处理[J].电力系统保护与控制，2010，38（15）：139-142.

〔编辑：白洁〕