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(hù)能否正確動(dòng)作。隨著供電可靠性要求的逐步提高，任何一次繼電保護(hù)的不正確動(dòng)作都將影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，繼電保護(hù)裝置的越級(jí)誤動(dòng)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(hù)誤動(dòng)的主要原因是由于CT飽和，當(dāng)然也有其他因素的影響。有很多研究者從各方面著手對(duì)CT飽和相關(guān)問題進(jìn)行了研究，還有研究者針對(duì)CT飽和的識(shí)別方法進(jìn)行了深入研究。

本文以兩起典型的35kV變電站越級(jí)跳閘事件實(shí)例為依據(jù)，案例1主要依據(jù)保護(hù)裝置的故障錄波、保護(hù)報(bào)文等現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、后臺(tái)機(jī)報(bào)文，從理論上探討、推導(dǎo)故障時(shí)的電流變化過程。

由兩起案例重點(diǎn)分析由于電流互感器勵(lì)磁飽和導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置不能正確動(dòng)作，造成相關(guān)保護(hù)越級(jí)跳閘的成因過程，為行業(yè)內(nèi)類似事件的計(jì)算分析提供參考方法，并對(duì)防止CT飽和提出預(yù)防措施，促進(jìn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 案例1

1.1 事件前后D變電站運(yùn)行方式

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

圖1 35kV D變電站部分主接線圖

1.2 事件簡(jiǎn)要分析

2019年9月9日07:46，35kV 2號(hào)主變低后備保護(hù)（裝置型號(hào)CSC-326GL）、10kV 2號(hào)電容器保護(hù)（裝置型號(hào)CSC-221A）均有保護(hù)動(dòng)作報(bào)文，簡(jiǎn)要如下：

• 1）07:46:15.156，2號(hào)主變低后備保護(hù)起動(dòng)（主變低壓側(cè)CT變比為400/5）。
• 2）07:46:15.531，低后備保護(hù)限時(shí)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(hào)電容器052斷路器過流Ⅱ段動(dòng)作（IA=12.06A、IB=7.25A，IC=12.18A），10kV 2號(hào)電容器052斷路器跳閘。

10kV母聯(lián)012斷路器保護(hù)裝置（型號(hào)CSC-211）發(fā)“開關(guān)偷跳”，無保護(hù)起動(dòng)報(bào)文。

現(xiàn)場(chǎng)檢查10kV 2號(hào)電容器一次設(shè)備存在放電痕跡，查看35kV 2號(hào)主變低后備保護(hù)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?yàn)檎蚍较?。根?jù)不對(duì)稱短路故障時(shí)YNd接線變壓器兩側(cè)電流關(guān)系的規(guī)律，可推測(cè)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(hào)主變低后備保護(hù)裝置錄波圖

10kV 2號(hào)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(dòng)作，但卻造成了2號(hào)主變低后備保護(hù)動(dòng)作，跳開012斷路器。

根據(jù)10kV 2號(hào)電容器保護(hù)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(hào)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(yuǎn)小于主變低后備保護(hù)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(hù)裝置采樣故障電流小于實(shí)際故障電流，達(dá)不到過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作定值，故過流Ⅰ段一直未動(dòng)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(hào)電容器保護(hù)裝置錄波圖

1.3 案例1結(jié)論分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，確認(rèn)10kV 2號(hào)電容器AB相一次設(shè)備存在短路故障，35kV 2號(hào)主變低后備保護(hù)先于10kV 2號(hào)電容器保護(hù)動(dòng)作，造成越級(jí)跳閘。

保護(hù)裝置信息綜合分析可知，由于10kV 2號(hào)電容器故障，造成10kV 052斷路器間隔CT飽和，保護(hù)裝置采樣到的最大故障電流小于實(shí)際故障電流，僅有12.2A，小于過流Ⅰ段12.5A的動(dòng)作定值，因此過流Ⅰ段未動(dòng)作；35kV 2號(hào)主變低后備保護(hù)裝置采到的最大故障相電流為25.09A，大于限時(shí)速斷電流14A的動(dòng)作定值，0.3s左右主變低后備保護(hù)裝置限時(shí)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(hào)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(shí)后，由于10kV 2號(hào)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(hù)出口，跳開10kV 2號(hào)電容器052斷路器，故障點(diǎn)被隔離，保護(hù)動(dòng)作結(jié)束。

2 案例2

2.1 保護(hù)動(dòng)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(hù)動(dòng)作，35kV 1號(hào)主變保護(hù)裝置（型號(hào)為北京四方CSC-326GF）比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(jì)劃停電事件。

圖4 35kV M變電站部分主接線圖

根據(jù)后臺(tái)機(jī)報(bào)文可知具體保護(hù)動(dòng)作情況如下：

• （1）22:31:49.143，10kV 025斷路器過流Ⅰ段保護(hù)啟動(dòng)。
• （2）22:31:49.184，主變保護(hù)起動(dòng)。
• （3）22:31:49.238，35kV 1號(hào)主變比率差動(dòng)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(dòng)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(dòng)作，重合成功。

圖5 主變保護(hù)測(cè)控裝置比率差動(dòng)保護(hù)出口

圖6 025斷路器過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作

2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查35kV 1號(hào)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(hào)主變35kV側(cè)301斷路器CT變比為100/5。
• 3）35kV 1號(hào)主變10kV側(cè)001斷路器CT變比為400/5。

35kV 1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)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(fù)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(jì)算可知1號(hào)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(lì)磁特性試驗(yàn)驗(yàn)證及原因分析

依據(jù)試驗(yàn)人員對(duì)1號(hào)主變10kV側(cè)的CT進(jìn)行勵(lì)磁特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)勵(lì)磁電流為20mA時(shí)，UL為8V；即當(dāng)UL為8V時(shí)該CT進(jìn)入飽和狀態(tài)，但由故障電流折算出的UL為26.609V，已經(jīng)遠(yuǎn)超過8V，CT進(jìn)入嚴(yán)重飽和狀態(tài)；35kV側(cè)的CT勵(lì)磁特性試驗(yàn)結(jié)果為，當(dāng)勵(lì)磁電流為200mA時(shí)，UL為57V，57V大于33.44V；即當(dāng)發(fā)生故障時(shí)1號(hào)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(hù)測(cè)控裝置定值單可知，過流Ⅰ段保護(hù)定值為14A，延時(shí)為0.1s，重合閘時(shí)間為1s。

在10kV 025斷路器間隔過流Ⅰ段保護(hù)0.1s延時(shí)過程中，故障電流流過1號(hào)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(hào)主變高壓側(cè)和低壓側(cè)產(chǎn)生較大差流。

根據(jù)35kV 1號(hào)主變保護(hù)測(cè)控裝置（型號(hào)CSC- 326GF）說明書可知，故障點(diǎn)處于差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作范圍內(nèi)，故主變比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

2.4 案例2結(jié)論分析

保護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后對(duì)10kV 025斷路器間隔、35kV 1號(hào)主變保護(hù)間隔相關(guān)二次回路進(jìn)行檢查，并確認(rèn)不存在故障，根據(jù)相關(guān)保護(hù)動(dòng)作信息及試驗(yàn)人員的CT測(cè)試結(jié)果綜合判斷分析，可確認(rèn)為本次35kV 1號(hào)主變比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(hù)測(cè)控裝置過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳閘。

由于過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作有0.1s的延時(shí)，進(jìn)而故障電流穿越35kV 1號(hào)主變本體，但是1號(hào)主變低壓側(cè)CT抗飽和能力不足，很快進(jìn)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(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口跳開301和001斷路器，主變保護(hù)測(cè)控裝置屬于正確動(dòng)作。

3 預(yù)防措施

1）針對(duì)部分電流互感器流過故障電流時(shí)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(hù)的保護(hù)范圍、時(shí)間搭配的調(diào)整臨時(shí)代替一次設(shè)備的更換。

如案例1中的35kV 2號(hào)主變低后備保護(hù)限時(shí)速斷電流T1出口時(shí)間設(shè)置為大于10kV 2號(hào)電容器保護(hù)過流Ⅱ段時(shí)間定值，或者將2號(hào)電容器保護(hù)過流Ⅰ段動(dòng)作定值根據(jù)CT易飽和的特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，避免出現(xiàn)過流Ⅰ段定值過大保護(hù)永遠(yuǎn)不會(huì)動(dòng)作的問題；案例2中由于過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作有0.1s的延時(shí)，故為了防止主變比率差動(dòng)保護(hù)提前動(dòng)作，可將主變保護(hù)的差動(dòng)保護(hù)功能退出，完善主變保護(hù)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(hù)越級(jí)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

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(jìn)的CT飽和檢測(cè)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(shí)的勵(lì)磁特性，搭建相關(guān)仿真模型深入研究。研發(fā)應(yīng)對(duì)CT暫態(tài)飽和的方案，比如針對(duì)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(duì)兩起35kV變電站越級(jí)跳閘事件的分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、保護(hù)動(dòng)作記錄等信息，深入分析了電流互感器勵(lì)磁飽和導(dǎo)致繼電保護(hù)越級(jí)跳閘動(dòng)作的原因，分別依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)動(dòng)作記錄、實(shí)驗(yàn)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(jìn)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。