電流互感器（current transformer, CT）作為電力系統(tǒng)一次與二次設(shè)備的關(guān)鍵銜接中間設(shè)備，其能否將一次電流正確轉(zhuǎn)變?yōu)槎坞娏鲗⒅苯佑绊懤^電保護能否正確動作。隨著供電可靠性要求的逐步提高，任何一次繼電保護的不正確動作都將影響電力系統(tǒng)的正常運行，繼電保護裝置的越級誤動則影響更大。

有研究者指出P類互感器區(qū)外故障導(dǎo)致保護誤動的主要原因是由于CT飽和，當然也有其他因素的影響。有很多研究者從各方面著手對CT飽和相關(guān)問題進行了研究，還有研究者針對CT飽和的識別方法進行了深入研究。

本文以兩起典型的35kV變電站越級跳閘事件實例為依據(jù)，案例1主要依據(jù)保護裝置的故障錄波、保護報文等現(xiàn)場記錄較直觀地分析事件原因；案例2在沒有故障錄波記錄的情況下依靠現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)、后臺機報文，從理論上探討、推導(dǎo)故障時的電流變化過程。

由兩起案例重點分析由于電流互感器勵磁飽和導(dǎo)致繼電保護裝置不能正確動作，造成相關(guān)保護越級跳閘的成因過程，為行業(yè)內(nèi)類似事件的計算分析提供參考方法，并對防止CT飽和提出預(yù)防措施，促進電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1 案例1

1.1 事件前后D變電站運行方式

35kV D變電站為單臺主變壓器運行，圖1所示為部分主接線圖。正常運行時，35kVⅠ、Ⅱ段母線分列運行，由35kV備自投保護裝置實現(xiàn)進線的明備用，10kVⅠ、Ⅱ段母線并列運行，10kVⅠ段母線上僅有011出線間隔；10kV 052斷路器2號電容器一次設(shè)備發(fā)生故障后，052、012斷路器由保護裝置跳開，011斷路器由調(diào)度人員手動拉開。

圖1 35kV D變電站部分主接線圖

1.2 事件簡要分析

2019年9月9日07:46，35kV 2號主變低后備保護（裝置型號CSC-326GL）、10kV 2號電容器保護（裝置型號CSC-221A）均有保護動作報文，簡要如下：

• 1）07:46:15.156，2號主變低后備保護起動（主變低壓側(cè)CT變比為400/5）。
• 2）07:46:15.531，低后備保護限時速斷T1出口，（故障電流IA=25.00A、IB=23.50A，IC=23.50A），10kV母聯(lián)012斷路器跳閘，10kVⅠ段母線失壓。
• 3）07:46:15.718，10kV 2號電容器052斷路器過流Ⅱ段動作（IA=12.06A、IB=7.25A，IC=12.18A），10kV 2號電容器052斷路器跳閘。

10kV母聯(lián)012斷路器保護裝置（型號CSC-211）發(fā)“開關(guān)偷跳”，無保護起動報文。

現(xiàn)場檢查10kV 2號電容器一次設(shè)備存在放電痕跡，查看35kV 2號主變低后備保護裝置錄波（如圖2）可知，故障電流出現(xiàn)前期，A、B相電流大小相等，方向相同，故障發(fā)展到后期，三相電流大小相等，方向為正序方向。根據(jù)不對稱短路故障時YNd接線變壓器兩側(cè)電流關(guān)系的規(guī)律，可推測故障在d側(cè)（10kV側(cè)），先是AB相間短路，后發(fā)展為三相短路。

圖2 35kV 2號主變低后備保護裝置錄波圖

10kV 2號電容器052斷路器間隔存在AB相間故障，052斷路器間隔的過流Ⅰ段并未動作，但卻造成了2號主變低后備保護動作，跳開012斷路器。

根據(jù)10kV 2號電容器保護裝置提供的錄波圖（如圖3所示）可知，裝置采樣故障電流波形為畸形波，10kV 2號電容器CT變比為100/5；將故障電流折算到一次設(shè)備側(cè)，得故障相電流為244A，遠小于主變低后備保護裝置采樣得出的2007.2A，可明顯判斷為052斷路器間隔CT飽和，保護裝置采樣故障電流小于實際故障電流，達不到過流Ⅰ段保護動作定值，故過流Ⅰ段一直未動作，其故障發(fā)展順序與圖2的分析結(jié)果一致。

圖3 10kV 2號電容器保護裝置錄波圖

1.3 案例1結(jié)論分析

根據(jù)現(xiàn)場檢查情況，確認10kV 2號電容器AB相一次設(shè)備存在短路故障，35kV 2號主變低后備保護先于10kV 2號電容器保護動作，造成越級跳閘。

保護裝置信息綜合分析可知，由于10kV 2號電容器故障，造成10kV 052斷路器間隔CT飽和，保護裝置采樣到的最大故障電流小于實際故障電流，僅有12.2A，小于過流Ⅰ段12.5A的動作定值，因此過流Ⅰ段未動作；35kV 2號主變低后備保護裝置采到的最大故障相電流為25.09A，大于限時速斷電流14A的動作定值，0.3s左右主變低后備保護裝置限時速斷T1出口跳開10kV母聯(lián)012斷路器，10kVⅠ段母線失壓。

但是10kV 2號電容器052斷路器位于10kVⅡ段母線上，故障未排除，故障電流一直持續(xù)存在，經(jīng)0.5s左右的延時后，由于10kV 2號電容器裝置采樣電流12.2A大于過流Ⅱ段定值7A，過流Ⅱ段保護出口，跳開10kV 2號電容器052斷路器，故障點被隔離，保護動作結(jié)束。

2 案例2

2.1 保護動作經(jīng)過梳理

接地調(diào)通知2019年12月15日22:31，35kV M變電站10kV 025斷路器過流Ⅰ段保護動作，35kV 1號主變保護裝置（型號為北京四方CSC-326GF）比率差動保護動作，35kV側(cè)301斷路器、10kV側(cè)001斷路器跳閘，直接造成35kV M變電站全站失壓的惡性非計劃停電事件。

圖4 35kV M變電站部分主接線圖

根據(jù)后臺機報文可知具體保護動作情況如下：

• （1）22:31:49.143，10kV 025斷路器過流Ⅰ段保護啟動。
• （2）22:31:49.184，主變保護起動。
• （3）22:31:49.238，35kV 1號主變比率差動出口（如圖5所示），主變高壓側(cè)301斷路器、低壓側(cè)001斷路器跳閘。
• （4）22:31:49.262，10kV 025斷路器過流Ⅰ段動作（如圖6所示）（Ia=32.5A，Ib=32.50A，Ic=32.00A）。
• （5）22:31:50.287，10kV 025斷路器重合閘動作，重合成功。

圖5 主變保護測控裝置比率差動保護出口

圖6 025斷路器過流Ⅰ段保護動作

2.2 現(xiàn)場檢查情況

現(xiàn)場檢查35kV 1號主變及10kV Ⅰ段母線各間隔一次設(shè)備外觀無異常，各CT變比為：

• 1）10kV 025斷路器CT變比為300/5。
• 2）35kV 1號主變35kV側(cè)301斷路器CT變比為100/5。
• 3）35kV 1號主變10kV側(cè)001斷路器CT變比為400/5。

35kV 1號主變差動保護平衡系數(shù)為1.1。

根據(jù)電流互感器等效示意電路（如圖7所示），ZLC為電流互感器內(nèi)阻，ZFZ為負載電阻；電流互感器傳變特性如圖8所示。

圖7 電流互感器等效示意電路

圖8 電流互感器傳變特性

根據(jù)歐姆定律計算可知1號主變35kV側(cè)的開口電壓UL約為33.44V，10kV側(cè)的開口電壓UL約為26.609V。

2.3 CT勵磁特性試驗驗證及原因分析

依據(jù)試驗人員對1號主變10kV側(cè)的CT進行勵磁特性實驗結(jié)果，當勵磁電流為20mA時，UL為8V；即當UL為8V時該CT進入飽和狀態(tài)，但由故障電流折算出的UL為26.609V，已經(jīng)遠超過8V，CT進入嚴重飽和狀態(tài)；35kV側(cè)的CT勵磁特性試驗結(jié)果為，當勵磁電流為200mA時，UL為57V，57V大于33.44V；即當發(fā)生故障時1號主變35kV側(cè)的CT未飽和，處于正常的傳變特性范圍內(nèi)，能夠正確采樣故障電流大小。

根據(jù)025斷路器保護測控裝置定值單可知，過流Ⅰ段保護定值為14A，延時為0.1s，重合閘時間為1s。

在10kV 025斷路器間隔過流Ⅰ段保護0.1s延時過程中，故障電流流過1號主變10kV側(cè)CT，導(dǎo)致該側(cè)的CT飽和，不能正確傳變故障電流大小，但主變35kV側(cè)的CT可以正確傳變故障電流。

最終35kV 1號主變高壓側(cè)和低壓側(cè)產(chǎn)生較大差流。

根據(jù)35kV 1號主變保護測控裝置（型號CSC- 326GF）說明書可知，故障點處于差動保護動作范圍內(nèi)，故主變比率差動保護動作。

2.4 案例2結(jié)論分析

保護人員到達現(xiàn)場后對10kV 025斷路器間隔、35kV 1號主變保護間隔相關(guān)二次回路進行檢查，并確認不存在故障，根據(jù)相關(guān)保護動作信息及試驗人員的CT測試結(jié)果綜合判斷分析，可確認為本次35kV 1號主變比率差動保護動作跳閘是由于10kV 025出線間隔送電過程中線路存在三相短路故障，導(dǎo)致10kV 025間隔保護測控裝置過流Ⅰ段保護動作跳閘。

由于過流Ⅰ段保護動作有0.1s的延時，進而故障電流穿越35kV 1號主變本體，但是1號主變低壓側(cè)CT抗飽和能力不足，很快進入飽和區(qū)內(nèi)，引發(fā)主變高壓側(cè)和低壓側(cè)產(chǎn)生較大差流，故主變比率差動保護動作出口跳開301和001斷路器，主變保護測控裝置屬于正確動作。

3 預(yù)防措施

1）針對部分電流互感器流過故障電流時容易飽和的問題，可采用直接更換一次設(shè)備CT的方法，重新安裝變比合適、傳變特性滿足要求的CT即可，或者調(diào)整CT使用的繞組變比。

2）通過繼電保護的保護范圍、時間搭配的調(diào)整臨時代替一次設(shè)備的更換。

如案例1中的35kV 2號主變低后備保護限時速斷電流T1出口時間設(shè)置為大于10kV 2號電容器保護過流Ⅱ段時間定值，或者將2號電容器保護過流Ⅰ段動作定值根據(jù)CT易飽和的特點進行適當調(diào)整，避免出現(xiàn)過流Ⅰ段定值過大保護永遠不會動作的問題；案例2中由于過流Ⅰ段保護動作有0.1s的延時，故為了防止主變比率差動保護提前動作，可將主變保護的差動保護功能退出，完善主變保護的高后備和低后備功能，從而避免故障電流穿越后引起保護越級誤動的風(fēng)險。

3）根據(jù)最近的電流互感器傳變特性研究分析成果，引入先進的CT飽和檢測方法，除了研究CT穩(wěn)態(tài)情況下的傳變特性，更應(yīng)該關(guān)注CT暫態(tài)飽和時的勵磁特性，搭建相關(guān)仿真模型深入研究。研發(fā)應(yīng)對CT暫態(tài)飽和的方案，比如針對CT的磁滯效應(yīng)，深入研究CT剩磁衰減規(guī)律，提出剩磁抑制措施等基礎(chǔ)性研究成果，或拓展研究其他防止CT飽和的預(yù)防性控制措施。

4 結(jié)論

本文通過對兩起35kV變電站越級跳閘事件的分析，根據(jù)現(xiàn)場相關(guān)試驗數(shù)據(jù)、保護動作記錄等信息，深入分析了電流互感器勵磁飽和導(dǎo)致繼電保護越級跳閘動作的原因，分別依據(jù)現(xiàn)場保護動作記錄、實驗數(shù)據(jù)分析確定事件原因，為類似事件的調(diào)查分析過程提供參考，并提出預(yù)防措施，以促進電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。