转贴：慎选继电保护用电流互感器

小人物

摘要：通过某座35kV变电站因保护用电流互感器选型不合理，致使继电保护多次越级跳闸造成全站失电的事故，简述了保护用电流互感器选型的重要性及其简易选型方法。
关键词: 电流互感器 伏安特性 越级跳闸

% W5 D& q% l  k; D
' O5 W2 P! f/ M+ H在变电站的设计中，往往把精力放在主要设备特性的分析和选型上，而忽视了电流互感器特性的分析与判断，尤其是断路器的内附电流互感器。但在电力系统故障时，保护用电流互感器，在最大短路电流的情况下，其比差不得超过10，否则会造成继电保护装置的拒动或误动。现就某座35kV变电站因保护用电流互感器选型不合理，致使继电保护多次越级跳闸，造成全站失电的事故教训，介绍保护用电流互感器选型的重要性及其简易选型方法。
1 J; J/ d1 o% K, `+ L: ]
6 g( _' x, H+ |, T+ r$ w' {5 J1事故概况

: n* `# |; _6 ^& _某35kV变电站建于1992年9月，采用晶体管式“四合一”集控台作为全站的控制、保护装置，35kV断路器采用DW8-35型，10kV断路器采用LW3-10I型，保护皆采用断路器的LRD型套管电流互感器。该站投运后，分别在1993年的6月和7月连续发生两次主变差动保护误动作造成全站失电的事故，而在此之前，线路保护曾经正确动作过，且保护的制造厂家经现场检查也承认差动保护存在一些缺陷，因此没有怀疑保护用电流互感器的特性。经过厂家的检查处理，以后再没有发生类似事故，因此形成一个误导：事故是由保护装置本身误动造成的，也致使后来的事故分析和处理走了弯路。
7 A- p& b! ?. J8 f
" }" `1 u8 d7 ~2000年6月，该站进行了整体改造，除主变和隔离开关外，更换了其它所用设备，二次设备采用微机型综合自动化系统，主变的10kV侧增加了三段式电流保护作，为主变的后备保护，10kV断路器采用LW3-10II型，配LRD-10型套管电流互感器，提供保护装置的动作电流。该站经过改造投运后的一年多的时间内，发生过几次线路故障跳闸，线路保护都正确动作，主变的差动和后备保护没有发生误动作，也就再次误认为以前的结论是正确的。此想法刚形成不久，在2002年4月6日的0点26分，主变低后备保护过流速段动作，主变10kV侧断路器跳闸，全站停电。在接到值班员的汇报时，曾怀疑过以前的结论，因为该站采用的综合自动化系统在其它站已经有运行经验，保护装置可靠性很高。是否在一次设备上存在某种缺陷，但现场情况又打消了此念头，因现场检查发现某条线路的保护装置液晶显示“装置本机故障”告警信号，其它线路也试送成功且在该线路上确实发现了短路点，因此判断为该线路保护装置拒动而造成了越级跳闸。现场更换了该线路微机保护装置的主板，并在二次回路做了断路器的联动试验，保护动作正常。线路处理完缺陷后送电成功。可以看出这次事故跳闸的分析结果还是坚持了以前的结论：保护装置拒动而造成的越级跳闸。实际上存在的缺陷还是没有解决。2002年7月8日，雷雨天气，9时16分，主变10kV侧断路器限时速断保护动作(故障电流为18.7A，定值为17.2A)，断路器跳闸，又一次造成全站失电。现场主变低后备保护箱液晶显示A、B、C故障，过流速断出口，有10kV两条线路的保护箱液晶显示“保护启动”，但没有动作跳闸。请示调度后，对10kV其它线路逐条试送电成功，该两条线路进行寻线检查。经检查：其中一条线路在23号杆中导线，被雷击在边相导线上造成相间短路。另一条线路7号杆高压熔断器下导线被雷击断落，三相有短路痕迹。按照实际情况，两条线路的保护都应动作跳闸，难道两套线路保护装置都有故障？但现场在二次侧进行升流试验装置无异常。可见10kV系统的一次设备存在着一个共性缺陷，必须对保护用电流互感器进行特性试验。现场对一条线路的两只保护用电流互感器（LRD-10型，变比75/5）用大电流发生器进行特性试验（在一次侧升流，带二次负载），数据如表1（两只TA数据相似）所示。

分析表1的数据可以看出，该型号的互感器在通过4倍的额定电流时铁芯已趋饱和，二次侧的极限输出在24A左右，线路短路故障时，达不到速断保护的动作值（40A），造成线路保护的拒动。对另一条线路的两只保护用电流互感器（LRD-10型，变比100/5）的试验结果也是如此。可见该类型的电流互感器的特性不能满足保护的要求。虽然结论出来了，但有两个疑点须进行分析。

采用同类型互感器的主变10kV侧的后备保护为什么能够正确动作？查阅保护定值单，主变10kV侧互感器的变比为600/5，限时速断保护定值为17.2A，故障时互感器只要通过3倍多的额定电流就能达到保护的动作值，此时互感器并没有饱和，保护能够正确动作。
- S4 B# N- l' z
在1993年7月至2002年4月期间，为什么线路多次故障，保护装置能够正确动作，而没有造成越级跳闸？查阅相关的保护动作记录，这期间都是线路的定时过流保护动作跳闸。因定时过流保护的动作值较小，达不到互感器的饱和点，因而能够正确动作，没有发生越级跳闸事故。这也是缺陷这么多年没能发现的一个重要原因之一。
& t5 V$ E+ B) ^, e
- s* p2 c3 R' f2 f4 M( }至此，可以有如下结论：以前发生的多次越级跳闸事故，皆是保护用电流互感器的特性不满足要求造成的。

/ @; ?; m* n. u! Q9 @9 Y4 I2采取的措施
, A3 F: C7 U( P
该站所有的10kV出线都有单独的测量、计量电流互感器，型号为LZZW-10，准确级0.5/10P，10P绕组没有使用，将所有出线保护的电流回路改接在该类互感器的10P绕组上，现场测试满足保护的要求。经过半年的运行实践，在2002年的9月15日和12月3日分别发生两次线路短路故障，线路的限时速断保护都正确动作，没有发生越级跳闸事故，说明困扰多年的缺陷已经消除。

: \6 r- O1 X% J) K2 T3经验教训
! F# `$ G. M9 |$ W
这一缺陷自建站以来隐藏了10年才得以消除，期间可吸取的经验教训很多，值得设计和检修人员去认真思考，避免类似事故的再次发生。

  S: S7 i" ]+ \9 Z事故分析不应墨守常规，盲目遵循以前的结论，往往容易形成误区。视野应开阔，分析应全面。
) h1 |  _, r. u' g1 I, J- }
设计时不应忽视保护用电流互感器选型的重要性。
: q& Z8 R2 d8 P+ `2 e' j8 c
' n2 Y7 c# w3 [2 r( s6 N首先，保护用电流互感器的准确级采用保护级，如果采用了测量级，其特性肯定不会满足要求。因为互感器的测量级绕组为防止在系统短路时电流过大，烧毁测量仪表和计量设备，其结构上采取了限制电流输出的措施，最大输出电流大约在额定电流的2～3倍左右。

其次，尽管设计时没有具体的设备进行其10误差曲线的测试，但大多生产厂家在样本上都提供了电流互感器的伏安特性曲线，可以利用该曲线进行互感器的选择。现提供一种简易的选型办法：假如某套电流保护的速断定值为30A，二次回路的阻抗为0.8Ω（此值如果无法实测，可依据以前类似的二次回路的实测值），要选用的某型号的电流互感器伏安特性曲线如图1所示。
! M8 |8 A1 q) R
. K3 A2 @3 n% S7 l# B假设从曲线中查出的饱和点电压为65V，按照上述参数进行计算：30A（速断定值）×0.8Ω（二次回路阻抗）计算结果24V小于饱和点电压65V，此互感器可以采用。如果计算结果大于互感器的饱和电压，那么该型号的电流互感器不得选用，否则会造成保护的拒动。
9 V' S7 {# y1 s& K9 {0 N, O
8 I/ e  L' ]5 X2 M) g0 g7 c$ [主变的差动保护除要进行上述计算比较外，还必须注意各侧电流互感器的伏安特性曲线尽量一致，减少回路的不平衡电流，防止保护误动作。
0 A4 t- k1 I" l& s( N1 _
3 p/ V- ~$ N/ g3 P: @现场的保护联动试验不应在二次回路进行升流，应当改变以前的习惯，严格按照用大电流发生器在电流互感器的一次侧升流的方法进行试验。这是判断保护用的所有设备是否满足要求的最直接、最有效的试验手段。