慎選繼電保護用電流互感器

在變電站的設(shè)計中，往往把精力放在主要設(shè)備特性的分析和選型上，而忽視了電流互感器特性的分析與判斷，尤其是斷路器的內(nèi)附電流互感器。但在電力系統(tǒng)故障時，保護用電流互感器，在最大短路電流的情況下，其比差不得超過10，否則會造成繼電保護裝置的拒動或誤動。現(xiàn)就某座35kV變電站因保護用電流互感器選型不合理，致使繼電保護多次越級跳閘，造成全站失電的事故教訓，介紹保護用電流互感器選型的重要性及其簡易選型方法。

1事故概況

某35kV變電站建于1992年9月，采用晶體管式“四合一”集控臺作為全站的控制、保護裝置，35kV斷路器采用DW8-35型，10kV斷路器采用LW3-10I型，保護皆采用斷路器的LRD型套管電流互感器。該站投運后，分別在1993年的6月和7月連續(xù)發(fā)生兩次主變差動保護誤動作造成全站失電的事故，而在此之前，線路保護曾經(jīng)正確動作過，且保護的制造廠家經(jīng)現(xiàn)場檢查也承認差動保護存在一些缺陷，因此沒有懷疑保護用電流互感器的特性。經(jīng)過廠家的檢查處理，以后再沒有發(fā)生類似事故，因此形成一個誤導：事故是由保護裝置本身誤動造成的，也致使后來的事故分析和處理走了彎路。

2000年6月，該站進行了整體改造，除主變和隔離開關(guān)外，更換了其它所用設(shè)備，二次設(shè)備采用微機型綜合自動化系統(tǒng)，主變的10kV側(cè)增加了三段式電流保護作，為主變的后備保護，10kV斷路器采用LW3-10II型，配LRD-10型套管電流互感器，提供保護裝置的動作電流。該站經(jīng)過改造投運后的一年多的時間內(nèi)，發(fā)生過幾次線路故障跳閘，線路保護都正確動作，主變的差動和后備保護沒有發(fā)生誤動作，也就再次誤認為以前的結(jié)論是正確的。此想法剛形成不久，在2002年4月6日的0點26分，主變低后備保護過流速段動作，主變10kV側(cè)斷路器跳閘，全站停電。在接到值班員的匯報時，曾懷疑過以前的結(jié)論，因為該站采用的綜合自動化系統(tǒng)在其它站已經(jīng)有運行經(jīng)驗，保護裝置可靠性很高。是否在一次設(shè)備上存在某種缺陷，但現(xiàn)場情況又打消了此念頭，因現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)某條線路的保護裝置液晶顯示“裝置本機故障”告警信號，其它線路也試送成功且在該線路上確實發(fā)現(xiàn)了短路點，因此判斷為該線路保護裝置拒動而造成了越級跳閘。現(xiàn)場更換了該線路微機保護裝置的主板，并在二次回路做了斷路器的聯(lián)動試驗，保護動作正常。線路處理完缺陷后送電成功。可以看出這次事故跳閘的分析結(jié)果還是堅持了以前的結(jié)論：保護裝置拒動而造成的越級跳閘。實際上存在的缺陷還是沒有解決。2002年7月8日，雷雨天氣，9時16分，主變10kV側(cè)斷路器限時速斷保護動作(故障電流為18.7A，定值為17.2A)，斷路器跳閘，又一次造成全站失電。現(xiàn)場主變低后備保護箱液晶顯示A、B、C故障，過流速斷出口，有10kV兩條線路的保護箱液晶顯示“保護啟動”，但沒有動作跳閘。請示調(diào)度后，對10kV其它線路逐條試送電成功，該兩條線路進行尋線檢查。經(jīng)檢查：其中一條線路在23號桿中導線，被雷擊在邊相導線上造成相間短路。另一條線路7號桿高壓熔斷器下導線被雷擊斷落，三相有短路痕跡。按照實際情況，兩條線路的保護都應動作跳閘，難道兩套線路保護裝置都有故障？但現(xiàn)場在二次側(cè)進行升流試驗裝置無異常。可見10kV系統(tǒng)的一次設(shè)備存在著一個共性缺陷，必須對保護用電流互感器進行特性試驗。現(xiàn)場對一條線路的兩只保護用電流互感器（LRD-10型，變比75/5）用大電流發(fā)生器進行特性試驗（在一次側(cè)升流，帶二次負載），數(shù)據(jù)如表1（兩只TA數(shù)據(jù)相似）所示。

分析表1的數(shù)據(jù)可以看出，該型號的互感器在通過4倍的額定電流時鐵芯已趨飽和，二次側(cè)的極限輸出在24A左右，線路短路故障時，達不到速斷保護的動作值（40A），造成線路保護的拒動。對另一條線路的兩只保護用電流互感器（LRD-10型，變比100/5）的試驗結(jié)果也是如此。可見該類型的電流互感器的特性不能滿足保護的要求。雖然結(jié)論出來了，但有兩個疑點須進行分析。

采用同類型互感器的主變10kV側(cè)的后備保護為什么能夠正確動作？查閱保護定值單，主變10kV側(cè)互感器的變比為600/5，限時速斷保護定值為17.2A，故障時互感器只要通過3倍多的額定電流就能達到保護的動作值，此時互感器并沒有飽和，保護能夠正確動作。

在1993年7月至2002年4月期間，為什么線路多次故障，保護裝置能夠正確動作，而沒有造成越級跳閘？查閱相關(guān)的保護動作記錄，這期間都是線路的定時過流保護動作跳閘。因定時過流保護的動作值較小，達不到互感器的飽和點，因而能夠正確動作，沒有發(fā)生越級跳閘事故。這也是缺陷這么多年沒能發(fā)現(xiàn)的一個重要原因之一。

至此，可以有如下結(jié)論：以前發(fā)生的多次越級跳閘事故，皆是保護用電流互感器的特性不滿足要求造成的。

2采取的措施

該站所有的10kV出線都有單獨的測量、計量電流互感器，型號為LZZW-10，準確級0.5/10P，10P繞組沒有使用，將所有出線保護的電流回路改接在該類互感器的10P繞組上，現(xiàn)場測試滿足保護的要求。經(jīng)過半年的運行實踐，在2002年的9月15日和12月3日分別發(fā)生兩次線路短路故障，線路的限時速斷保護都正確動作，沒有發(fā)生越級跳閘事故，說明困擾多年的缺陷已經(jīng)消除。

3經(jīng)驗教訓

這一缺陷自建站以來隱藏了10年才得以消除，期間可吸取的經(jīng)驗教訓很多，值得設(shè)計和檢修人員去認真思考，避免類似事故的再次發(fā)生。

事故分析不應墨守常規(guī)，盲目遵循以前的結(jié)論，往往容易形成誤區(qū)。視野應開闊，分析應全面。

設(shè)計時不應忽視保護用電流互感器選型的重要性。

首先，保護用電流互感器的準確級采用保護級，如果采用了測量級，其特性肯定不會滿足要求。因為互感器的測量級繞組為防止在系統(tǒng)短路時電流過大，燒毀測量儀表和計量設(shè)備，其結(jié)構(gòu)上采取了限制電流輸出的措施，最大輸出電流大約在額定電流的2～3倍左右。

其次，盡管設(shè)計時沒有具體的設(shè)備進行其10誤差曲線的測試，但大多生產(chǎn)廠家在樣本上都提供了電流互感器的伏安特性曲線，可以利用該曲線進行互感器的選擇。現(xiàn)提供一種簡易的選型辦法：假如某套電流保護的速斷定值為30A，二次回路的阻抗為0.8Ω（此值如果無法實測，可依據(jù)以前類似的二次回路的實測值），要選用的某型號的電流互感器伏安特性曲線如圖1所示。

假設(shè)從曲線中查出的飽和點電壓為65V，按照上述參數(shù)進行計算：30A（速斷定值）×0.8Ω（二次回路阻抗）計算結(jié)果24V小于飽和點電壓65V，此互感器可以采用。如果計算結(jié)果大于互感器的飽和電壓，那么該型號的電流互感器不得選用，否則會造成保護的拒動。

主變的差動保護除要進行上述計算比較外，還必須注意各側(cè)電流互感器的伏安特性曲線盡量一致，減少回路的不平衡電流，防止保護誤動作。