电流互感器的使用对变压器差动保护的影响分析

时间：2024-05-20

亓玉丽康建振

（1.山东科技大学山东泰安 271019；2.山东鲁能泰山电力设备有限公司，山东泰安 271000）

1 110kV变压器差动保护的误动实例

某110kV变电站，其接线为内桥式接线，如图1所示。

图1 110kV变电站内桥式接线示意图

由于开关 111 检修，开关 112、134、201、202、301、302 运行，由112进线带全站负荷。在110kV侧3#母线发生短路，1#变压器差动保护动作，同时2#变压器差动保护误动，导致全站停电。什么原因导致2#变压器差动保护误动呢？通过分析发现，外部故障时，一次故障电流太大使电流互感器（CT）饱和，同时由于构成差动保护的两个电流互感器特性不一致，在差动回路中产生了很大的差流，超过整定值，导致差动保护误动。由此例可见，电流互感器对变压器差动保护的影响很大。电流互感器的正确选择与使用，直接关系到测量的准确性和保护动作的可靠性。现就电流互感器对变压器差动保护的影响作一概述。

2 电流互感器对变压器差动保护的影响及防范措施

2.1 CT饱和对变压器差动保护的影响及防范措施

2.1.1 影响

继电保护装置采集电流互感器CT的二次侧电流来反映一次侧电流的变化情况，只有完全正确的反映，保护装置才能按整定原则与要求正确动作。若CT饱和，其传变特性不能完全反映一次电流的变化而发生畸变，会影响保护装置采集的数据。近距离区外故障时，产生的穿越短路电流大、故障电流中的非周期分量、CT铁心中剩磁的存在等原因，可能会使CT饱和。另外变压器保护高低压侧CT的饱和状态和饱和程度不成正比，会产生较大的差流，造成差动保护误动。

2.1.2 防范措施

1）主变保护CT变比适度增大。一次电流越大，铁芯饱和越严重，提高电流互感器变比，实际上减小了外部最大短路电流的倍数，可以降低电流互感器的饱和程度。

2）改善电流互感器特性，使用差动继电器专用（D级）的电流互感器，且尽量使差动保护高低压侧CT的特性一致。

3）减小二次负载。CT的负载主要是二次电缆的阻抗，增大CT二次回路电缆芯线截面，可以减小CT二次回路的负载电阻。另外，将继电保护装置就地安装，可以大大缩短二次电缆的长度，从而减小二次回路的负载，这样CT不易饱和。

另外，减小CT的二次额定电流，在负荷阻抗不变的情况下，会降低二次回路功耗，使CT不容易饱和。

4）采用抗饱和能力强的保护原理。针对CT饱和时制动电流减小的特点，采用多折线比率制动。小电流区域采用较小的制动系数，大电流区域采用较大的制动系数。当CT饱和时，制动量较大，动作区域变小，可以防止区外故障时由于CT饱和引起的误动。

国内外的研究机构与生产厂家还广泛采用谐波制动法、时差法、附加稳定区法等CT饱和识别的方案。

5）选用差动CT时要进行伏安特性实验。CT伏安特性是指电流互感器一次侧开路，二次侧励磁电流与所加电压的关系曲线。CT伏安特性试验是考核保护级CT抗饱和性能的直观方法。试验接线如图2所示。

图2 伏安特性试验接线图

2.2.1 影响

1）二次侧负载在短路电流下不能满足CT10%误差曲线的要求

如果不满足CT10%误差曲线的要求，CT的容量不足以满足二次负荷的要求。外部故障时，短路电流过大将导致CT饱和。当某个CT饱和时，其励磁阻抗变得很小，一次侧电流很难传变到二次侧，二次电流发生畸变缺损，造成二次侧电流不平衡，此时差动保护将出现较大的差流，可能误动。

2）CT不同型号引起的误差

如果差动保护各侧CT采用的型号不同，其结构形式、饱和特性、励磁电流（归算到同一侧）传变特性等会不同。正常运行情况下差动回路中产生的不平衡电流较大，有可能影响差动保护的正确动作。

3）CT本身存在的误差

差动保护两侧所用的电流互感器即使是型号相同、变比相同，其特性和剩磁也不可能完全相同。正常运行时总有不平衡电流流过差动继电器。外部故障时由于短路电流过大而使不平衡电流增大，保护可能误动。

2.2.2 防范措施

为尽量减小电流互感器误差产生的不平衡电流，差动保护采用D级电流互感器。在配置电流互感器的二次负载时，要求按满足10%误差曲线来校验，并尽量使用同一厂家、同一型号的电流互感器。

2.2 电流互感器的误差对变压器差动保护的影响及防范措施

2.3 CT二次回路断线对变压差动保护的影响及防范措施

2.3.1 影响

电流互感器二次回路断线是由于保护屏端子排的电流互感器接线螺丝松动或接线断线造成的。电流互感器二次回路断线，则仅有一侧的电流互感器二次电流流入差动继电器，差流变大，保护会误动。若此时内部发生故障，则无电流流入差动继电器，保护将拒动。

2.3.2 防范措施

1）在保护程序中进行延时CT断线报警，即当任一相差流大于0.15Ie（Ie是变压器的额定电流）的时间超过10s时发出CT断线告警信号，但不闭锁差动保护。

2）在故障测量程序中进行瞬时CT断线闭锁保护装置出口。当满足保护起动前某侧最大相电流小于(0.1～0.2)Ie，或起动后最大相电流大于(1.2～1.4)Ie，或起动后任一侧电流比起动前增加时，不进行CT断线判别。当某侧电流同时满足只有一相或两相电流为零和其它两相或一相电流与起动电流相等时进行CT断线闭锁判别。判断为CT断线后,闭锁保护装置出口。但必须在差动元件进行涌流判别后才进行瞬时CT断线判别程序，这样可防止瞬时CT断线的误闭锁[1]。

2.4 CT二次回路短路对变压器差动保护的影响及防范措施

实际中二次回路短路的情况并不少见，且危害严重。比如为了试验，将电流互感器二次侧短接，试验后忘记解开短接线，或没有全部解开；保护的交流插件没有完全顶开装置端子的短路片；二次电缆绝缘破损等，都使电流互感器二次回路短路。短路后，故障相电流的幅值减小、相角发生偏转，差动回路中会产生差流，在大多数情况下保护不会误动，但在重负荷或某些极端条件下可能误动，同时在故障时会错误动作[2]。

一般可以引入负序电流和负序电压，既能检测电流互感器二次回路短路，又能检测电流互感器二次回路断线[3]。

2.5 CT二次回路接线错误对变压器差动保护的影响及防范措施

CT二次回路接线错误可能会造成相序接错，如一侧CT接入保护装置的A、C相电流回路接反，另一侧电流回路接线正确，则正常运行及区外故障时，流过差动回路B相的电流为零，而流过差动回路A、C相的电流却分别增大倍，这样区外短路故障时，CT将感应出较大的短路电流，差流也随之增大，可能导致差动保护误动。

要使差动保护不误动，必须保证CT二次回路接线正确，使差动保护两侧CT的二次电流相位相差180°。这样区内故障时，两侧CT的二次侧电流相位相同，流入差动回路中的电流为两侧电流之和，保护可靠动作；而正常运行或外部故障时，差动回路流过的电流接近为零，保护不动作。

2.6 CT的极性问题对变压器差动保护的影响及防范措施

差动保护正确动作与否不仅与电流大小有关系，也和电流互感器的极性有关系。所谓极性，即铁芯在同一磁通作用下，一次线圈和二次线圈感应出电动势，其中两个同时为高电位或同时为低电位的一端称为同极性端。对电流互感器而言，一般采用减极性法来标定同名端，即先任意选定一次线圈的一端作始端，当一次线圈电流i1瞬时由始端流进时，二次线圈电流i2流出的一端称为二次线圈的始端，这种符合瞬时电流关系的两端称为同极性端。

当任何一侧的相线CT极性接反，其中一侧(或两侧)的电流相量反相，正常运行时，即形成所谓“和接线”（即两侧对应的电流不是相差180°，而是同相位），导致执行元件上产生很大的差压，从而正常运行及外部故障时无论单侧电源或双侧电源，差动保护均引起误动。而内部故障时，差动保护可能拒动。

因此，保证电流互感器二次极性接线正确尤为重要。变压器差动保护在投运前要严格检查接入保护装置的电流互感器二次接线的极性，确保变压器差动保护正确动作。

2.7 电流互感器的二次回路接地点对变压器差动保护的影响及防范措施

电流互感器的二次回路有且只能有一点接地，其原因是为了人身和二次设备的安全，并防止保护误动。如果电流互感器的二次回路没有接地点，接在电流互感器一次侧的高电压，将通过互感器一、二次线圈间的分布电容和二次回路的对地电容形成分压，将高电压引入二次回路，其值取决于二次回路对地电容的大小。如果电流互感器二次回路有了接地点，则二次回路对地电容将为零，则引入二次回路的电压为零，从而保证安全。工程实践中，常常由于人为接线错误或电缆绝缘老化等原因，造成接入变压器差动保护装置的电流互感器二次回路多点接地，以致引发保护误动事故[4]。

因此，电流互感器的二次回路必须有且只有一个接地点，应在配电装置附近经端子排接地。对于几组电流互感器联接在一起的保护装置，应在保护屏上经端子排接地。