摘要： 结合山东济南供电公司近期发生的一起10kV线路出口故障保护拒动、越级跳闸的事故，分析电流互感器饱和对保护装置的影响；并结合事故情况就保护用电流互感器的参数选择作一概略介绍。
关键词： 电流互感器；饱和；故障分析；选择 0 引言
继电保护是电力系统的重要组成部分，是保证电网安全稳定运行的重要手段。随着电力系统的不断发展和电力市场机制的引入，对继电保护动作正确性的要求越来越高。通常情况下，对保护定值的正确性、保护装置的可靠性及二次回路的完好性很重视，而对用于继电保护的电流互感器(TA)参数选择及实际特性校核重视不够。下面结合山东济南供电公司近期发生的一起由于10kV线路出口故障保护拒动而造成主变压器后备保护越级跳闸的事故，分析TA饱和对继电保护装置的影响；并结合事故情况就继电保护用TA的参数选择作一概略介绍。
图1 华山变电站主接线图及保护配置情况1 事故分析
1.1 一次系统接线图及保护配置
110kV华山变电站为系统终端变电站，其主接线图及保护配置情况见图1。2条110kV进线一备一用，2台31.5MVA变压器10kV侧分列运行，电压等级为110/10kV (图1中10kV其余出线略)。1号主变压器高压侧TA变比300/5，高压侧后备保护配置为10kV复合电压闭锁110kV过电流保护(定值及跳闸方式见图1)，低压侧后备保护配置为110kV时限速断（TA取自高压侧，定值及跳闸方式见图1）。10kV华纸线接10kVⅠ母线，TA变比为400/5，保护配置为电流速断与定时过流（定值见图1）。
1.2 继电保护动作情况
2004年10月12日18∶ 02，华山变电站1号主变压器10kV侧006断路器跳闸，10kVⅠ段母线停电。事故当时1号主变压器10kV侧006断路器跳闸，1号主变压器高后备保护发“保护启动”信号、低后备保护发“保护动作”信号，10kV备投发“启动及闭锁”信号，10kVⅠ段母线其他出线保护无动作信号。
1.3 现场检查情况
（1） 外观检查。现场检查1号主变压器，其10kV侧006断路器在分位，10kV母线分段断路器014断路器在分位，华纸线后间隔门变形，电缆头下部爆炸，电缆连接母线支持瓷瓶爆裂，10kV Ⅰ段母线所属其他出线间隔、10kV Ⅰ段母线TV间隔、1号所用变压器间隔及华纸线003 - 1隔离开关母线侧检查无异常。
(2) 设备检查。针对故障情况，分别对1号主变压器、10kVⅠ段母线及所属设备、10kV旁路母线和华纸线间隔设备进行绝缘检查和电气试验，未发现异常；对华纸线出线电缆进行检查，该电缆为ZLQ120型油纸绝缘电缆(3×240mm，允许电流400A)，在电缆头下方60～150mm处因三相短路而被烧断。
(3) 保护及二次部分检查情况。对华纸线保护进行检查，经保护传动及二次回路通电试验检查，保护动作正常、信号正确，装置与二次回路绝缘及直流电检查良好。
(4) 故障信息检查。 华纸线故障前负荷电流为101.25A。 在华纸线电缆故障时，保护未采集到任何故障量，系统中故障录波器也没有启动。 华纸线故障时主变压器低后备保护动作采集的故障量为故障二次动作电流，0.3s时是18.12A、0.6s时是18.25A。根据检测到的故障动作电流18.25A计算，华纸线电缆故障时的一次故障电流为18.25A×300/5×110/10=12045 A
1.4 保护动作分析
很明显，此次事故是由于华纸线三相出口短路后保护未采集到任何故障信息而致拒动，从而引起主变压器后备保护越级跳闸造成的。
1.5 事故原因分析
华纸线TA为LA - 10型，变比为400/5。该TA具有1K和2K(0.5级和3级)2个绕组，保护使用的是2K绕组，其额定负荷为15VA（相当于0.6Ω）。满足10％误差允许的一次电流，即额定准确限值一次电流为10倍的额定电流。
对华纸线在故障时未采集到故障量的原因进行分析，判断为TA可能存在严重饱和现象致使二次传变发生了问题。
影响TA性能的最重要因素是铁心的饱和情况。在稳态对称短路电流（无非周期分量）下，影响互感器饱和的主要因素是：短路电流幅值、二次回路（包括互感器二次绕组）的阻抗、TA的励磁阻抗、TA匝数比和剩磁等。在实际的短路暂态过程中，短路电流可能存在非周期分量而严重偏移，这可能导致TA严重暂态饱和。
在对华纸线TA进行的电气伏安特性试验中可以看到：在电流从10A开始直到70A时，电压曲线呈平滑上升趋势，有饱和的迹象，说明TA的抗饱和能力较弱。从折算到的保护二次故障电流150.6A(12045A÷400/5)，说明故障点短路电流的幅值较大，已超出趋于饱和时电流的数倍以上。另根据检查实测结果，华纸线TA二次负荷为0.9Ω，是TA允许二次负荷的1.5倍，使得其额定准确限值一次电流大大下降。这些原因使华纸线铁心的磁密在故障初期就迅速极度饱和，再加上故障大电流（为TA额定电流的30余倍）的存在，使TA始终处于饱和状态。
由电工基础理论可知，TA在严重饱和时，其一次电流中的直流分量很大,使其波形偏于时间轴的一侧。铁心中有剩磁,且剩磁方向与励磁电流中直流分量产生的磁通方向相同,在短路电流直流分量和剩磁的共同作用下,铁心在短路后不到半个周期就饱和了。于是,一次电流全部变为励磁电流,二次电流几乎为0。
所以，正是由于华纸线断路器TA严重饱和的缘故,使其传变特性变差甚至输出为0,才导致了华纸线断路器保护的拒动，从而引起主变压器后备保护越级跳闸。
1.6 应对措施
(1) 限制短路电路。在电压等级较高一级的变电站采取分列运行方式以限制短路电流，因分列运行造成供电可靠性的降低可通过备用电源自投等方式补救；也可通过加装串联电抗器的方法来限制短路电流。不过这种方法投资大、建设周期长，短时间内无法实现。
(2) 选用抗饱和能力强的保护级TA（以下简称P级TA）：华山变电站保护用的TA为早期产品，准确级仅为3级，其抗饱和性能远达不到P级TA的性能。
(3) 增大P级TA的变比。
(4) 减小TA的二次负荷。
1.7 经验教训
通过上述事故分析可以看到，由于TA选择不当会致使电流保护拒动，扩大了停电范围，造成了非常严重的后果。而实际上，TA选择不当除造成电流保护拒动外，还能使二次回路中测量误差增大、差动保护误动，其后果是无法预计的。因此，对保护用TA的正确选择应引起了高度重视。
2 P级TA的参数选择
2.1 一次额定电流的选择要求
（1） 一次额定电流应大于所在回路可能出现的最大负荷电流。
(2) 应能满足短时热稳定和动稳定电流的要求。
(3) 由同一母线引出的各回路中，TA宜采用相同的变比，以便于实现母线差动保护。
(4) 选取的TA一次额定电流值应与国标GB 1208推荐的标准值相一致，且宜选用制造厂生产的标准产品。
2.2 二次额定电流的选择
根据GB 1208规定，标准的TA二次额定电流为1A或5A。
TA二次电流采用1A时的匝数比采用5A时的大5倍。但TA二次电流采用1A时，在相同条件下可减轻其二次负担，减小电流回路电缆截面，降低工程造价。
2.3 TA额定输出容量的选择
保护用TA的输出容量按下式计算［1］:
Sa=I2N2(ΣKrcZr+KLCZL+ZT)
式中，Sa为TA的实际输出容量，VA；I2N为TA的二次额定电流，A；Krc为继电器的接线系数，完全星型接线取1，三角形接线取3；Zr为继电器绕组阻抗，Ω；KLC为连接导线的接线系数；ZL为连接导线的阻抗，Ω；ZT为接触电阻，取0.05～0.1Ω。
选择TA的额定输出容量SN>Sa，且SN应是GB 1208规定的标准容量。
当Sa值较大不能选出标准的输出容量时，可采取以下措施：①加大电流回路电缆截面，减小ZL。②改变TA二次回路接线方式，如将不完全星形接线或三角形接线改成完全星形接线，使得接线系数为1。③选用二次多绕组的TA，将保护继电器分摊在不同的二次绕组，或将2个二次绕组串联使用。
2.4 额定准确限值一次电流和准确限值系数的选择
保护用TA在额定频率、额定负荷和额定功率因数条件下应能满足复合误差要求的最大对称一次电流有效值Ipsc，即额定准确限值一次电流。额定准确限值一次电流与额定一次电流IN之比Ksscn=Ipsc/IN称为TA的额定准确限值系数，Ksscn的标准值应符合国家标准GB 1208的规定。
在选择Ksscn时要进行短路电路计算，求出TA所在回路可能通过的最大对称短路电流值Iscm和最大短路电流倍数Ksscm=Iscm/IN，且应选择Ksscn>Ksscm。
当TA的实际负荷Sa小于额定负荷Sn时，实际准确限值系数Kssca可按下式估算
式中，Sin 为TA的内部负荷，VA。
2.5 准确级的选择
保护用P级TA准确级分为5P和10P 2种。5P级误差低于10P级，但5P级的价格远高于10P级。保护装置整定计算时，TA的变比误差通常按10%计算。因此，保护用TA应优先选用10P级。
3 结论
随着电力系统主网、城网、农网建设和改造工程的进行，系统的短路容量不断增加。但由于资金等原因的限制，不可能把电网中正在运行的断路器、TA和继电保护装置都更换掉。因此有必要重新计算系统的短路容量、校验TA的饱和倍数及分析继电保护装置的抗饱和能力，以便采取相应的措施保证继电保护装置动作的正确性，确保电网的安全、稳定运行。
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