慎选继电保护用电流互感器

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事故概况

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。

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。

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。

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。

2采取的措施

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。

3经验教训

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。

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。

设计时不应忽视保护用电流互感器选型的重要性。

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。

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。

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。