变电站电流互感器配置产生保护死区问题分析苏江云

变电站电流互感器配置产生保护死区问题分析苏江云

苏江云

(云南电网有限责任公司曲靖供电局云南曲靖655000)

摘要：随着社会和经济的迅速发展，作为关乎民生的重要基础工程，电力工程得到了快速发展，并取得了显著的成就。在社会和经济不断进步和发展的过程中，社会和用户对于电力系统有了更高的需求，对于电能质量及其可靠性也有了更高的要求，这在一定程度上也带动了电力行业的发展。作为电力系统的重要组成部分，变电站在电网的构建和运行中发挥着不可替代的关键作用。如果变电站出现问题，那么将会影响到整个电力网络的正常运行，给社会生产和人们的生活带来巨大的影响。所以在电力网络实际运行的过程中，要对变电站进行一定的关注和保护。但是，由于在变电站的实际工作中，电流的互感器配置会出现保护死区，对变电站乃至整个电力系统的运行构成威胁。因此，对变电站电流互感器配置产生保护死区的问题进行分析具有十分重要的意义。

关键词：变电站；电流互感器配置；保护死区；问题分析；改进措施

随着社会经济的不断发展，人们对于电能的质量和可靠性有了更高层次的需求。变电站电流互感器配置产生的保护死区问题使得变电站的工作稳定性受到很大影响，进而影响电力系统对于电能的输送工作。因此，如何解决变电站电流互感器配置产生保护死区的问题成为必须所思考和解决的命题。在此背景下，本文对变电站电流互感器配置产生死区的问题进行深入研究和分析，并提出相应的改进措施，以期能够有效解决变电站电流互感器配置产生的保护死区的问题，保障电力系统的稳定运行，保证电能向客户的可靠输送。

1.电流互感器概述

就电流互感器结构而言是相对简单的，其主要是由闭合的铁心和绕组组成。电流互感器一次侧绕组的匝数相对而言是很少的，串连在被测电流的线路中；电流互感器的二次侧绕组的匝数多，以串连的方式连接在测量仪表或者电路线路的的保护回路中。

电流互感器处于工作状态时，其二次侧回路始终是闭合的，因此其串联连接的测量仪表和保护回路中的串联线圈阻抗很小，接近于短路状态。电流互感器通过将一次侧大电流转换成二次侧小电流来使用，二次侧不可开路。电流互感器中的电流方向、两次回路基本保持一致，且一次端口同上铁相都为绝缘性质[1]。

变电站中的电流互感器、开关以及母线等都有各自的安装模式，一般而言，电流传感器主要安装开关端和母线端。变电站中的电流互感器的安装位置如图1所示：

图1电流互感器在母线保护和仪表保护中的位置安装

1.2保护用的电流互感器综述

保护用的电流互感器，在其实际的工作中，主要通过与继电装置进行相互配合，当其线路发生短路，导致电流过载等故障时，其会向继电装置提供相关信号使继电器等装置切断故障电路，从而为供电系统提供保护。保护用电流互感器的工作条件为其电流要比正常电流大很多倍。在额定负荷下，保护用电流互感器所能满足的准确级要求的最大一次电流，叫作它的额定准确限值一次电流。保护用电流互感器准确等级一般为5P、10P，即在额定准确限值一次电流时，电流互感器所产生的误差范围为5%、10%。[1]。

2.保护用电流互感器的配置原则

首先声明，本文所提到的保护死区，主要是针对电流互感器所在线路的各电气元件的差动保护所产生的死区问题。一般而言，在变电站中，对于线路保护与母线保护的电流互感器一般采用交叉配置的原则。通常情况下，在一些高电压变电站中，线路中电器元件的差动保护选择采用TPY型的电流互感器，而Ｐ级电流互感器则是适用于断路器的失灵保护。当电流互感器与断路器之间出现故障时，牺牲选择性从而消除电流互感器一次系统的保护死区，这就是电流互感器交叉配制原则的主要思路。采用这种思路则会使得电路存在着一些缺点，比如在其线路中使用的电流互感器数量相对较多、成本高、可靠性差以及其二次回路的接线复杂等[2]。

3.对保护死区的电流互感器保护配置方案的分析及应对、改进措施

3.1对保护死区的电流互感器保护配制方案的分析

差动保护存在保护死区，不利于电网运行的稳定性和可靠性。在目前我国常见的变电站运行中，其保护方式为在常规变电站中采用单侧单配外敷电流互感器或者在3/2接线智能变电站中将线路保护与母差保护的电流互动器合并。如果要消除其保护死区，各类保护用的电流互感器二次绕组之间的安放位置以及其保护配置需要合理布局和良好配合，才能做到没有保护死区。在智能变电站的线路实际运行过程中中，可以将母线保护和线路保护所用电流互感器的二次绕组进行合并，从而节约成本、提高其线路运行的可靠性和稳定性。而对于常规变电站中采用单边外敷电流互感器的形式，如果其满足系统稳定的条件，其一般也不会出现保护死区[3]。

在电力系统变电站实际运行的过程中，当出现故障时，只有快速及时并且合理有效的切除和处理故障，才能有效降低故障对整个系统运行稳定性和可靠性的不利影响。

3.2对保护死区的应对措施

在面对变电站电流互感器配置出现保护死区的情况下，可以采用断路器失灵保护启动远跳等功能的方式来迅速切除故障，也可以采用增加死区保护来实现故障切除。断路器失灵保护的最短动作时限也要150ｍs左右，且并不能彻底解决保护死区的问题；与之相比，选用死区保护的方式进行相关应对，其动作时间为大约50ms左右，故而其比断路器失灵保护能更加及时有效地切除变电站电流互感器配置产生的保护死区，从而保证变电站工作的可靠性和稳定性。因此，在实际的变电站运行中，尤其是一些高压变电站的运行中，可以采用强化断路器配置的死区保护来应对变电站电流互感器配置产生的保护死区问题。

3.3对保护死区的改进措施

针对智能变电站母线保护与线路保护典型配置方案产生保护死区的问题，可对死区保护采取有效的改进措施：如图2所示，智能变电站的母线保护保留一个电流互感器的二次绕组，线路保护也留一个电流互感器的二次绕组。即保留1TA(TA为电流互感器的代号)和2TA各一个，选择3TA或4TA其中的一个。这样的配置方案就会使得变电站的电流互感器所在的保护线路不会出现保护死区。这一方式虽然有效消除保护死区，但是其也存在着缺乏对变电站保护死区的双重保护保的缺点。因为当图中K2、K3点发生故障时，其都只是一个能产生保护动作而另一个则不能产生保护动作。

图2智能变电站故障分析示意图

当前的死区保护功能全部集中在断路器保护中，所以，死区保护的动作电流与断路器保护的失灵电流是相同的，要受到断路器保护的电流互感器的配置情况所限制的。针对这一状况，可采取在线路保护集中所有的死区保护。同时，可以选择增加母差保护启动本支路死区保护的启动回路；也可以采用增加另一支路的线路保护来启动其启动回路。利用线路保护故障来判别元件的启动功能，同时配以其它保护动作不返回的判断条件及断路器位置条件判据，这样就能够有效地将在线路保护中集成死区保护。其动作逻辑流程如图3所示：

图3线路保护中的死区保护的动作逻辑示意流程

由图3可知，在线路保护的整组启动元件启动后，在整组元件没有复归之前，在其收到另一支路线路的保护动作的开始信号后，经断路器TWJ进行逻辑判别，经过整定延时ｔ，即可出口输出动作。延时ｔ一般按死区保护定值整定[4]。这样就可以很好的消除保护死区的问题，并使得电流互感器配置变得简易。

4.小结

在分析和处理变电站电流互感器产生保护死区问题时，要充分考虑到死区是否消除完全以及线路的简易问题，从而更好地解决保护死区问题，保证系统的稳定性。

参考文献：

[1]张惠山,王昭雷,刘春平.变电站电流互感器配置产生保护死区问题分析[J/OL].河北电力技术,2017(03):34-36+62[2017-12-21].

[2]张惠山,王昭雷,刘春平.变电站电流互感器配置产生保护死区问题分析[J].河北电力技术,2017,36(03):34-36+62.

[3]章锋.浅谈220kV变电站保护配置中死区故障及解决方法[J].中国新技术新产品,2015(15):44.

[4]张彩艳.内桥接线的宝泉变电站主变压器差动保护的研究[D].天津大学,2012.