由一起越级跳闸事故所想到的
由一起越级跳闸事故所想到的
王庆丰&& 河北省魏县电力局
我县某35kV变电所10kV线路上发生相间短路故障，由于10kV开关柜断路器拒跳而造成越级跳闸，使主变停止运行。
1& 事故分析
我们迅速赶到现场，对事故原因进行分析，并全面检查了该10kV断路器。首先，我用万能操作把手对断路器进行合闸、跳闸操作，结果，一切正常。这说明电气回路和机械操动部分没有问题；我又检查了保护装置，合闸做传动保护试验，正常跳闸，这又说明保护装置没有缺陷。问题出在何处呢?用操作把手操作能正确合、跳闸，并且操作机构也没有不到位或卡死问题。经过进一步分析和查看，我认为问题还是在继电器上。确实，当我再一次做保护传动试验时，断路器并没有跳闸，而只是听到过流继电器动作以及时间继电器的钟表机构转动。问题果然出在继电器上面。我就逐个对过流、时间等继电器进行了取出检查，发现了时间继电器的接点连片有些松动，并且有些弯曲。这样，当保护动作时，接点就是时而接触，时而接触不良。这就弄清了为什么我第一次做传动试验时能使断路器跳闸，而第二次断路器没有跳开的原因。
2& 处理和启示
(1)断路器及其二次回路检修完毕，投入运行前，一定要对保护装置做传动试验。证明继电器处于良好工作状态时方可运行。
(2)平时加强对继电器的检查和维护。继电器的可动系统必须动作灵活，接点接触牢固可靠。
(3)对一些故障的表面现象要深入检查和分析，查出故障的真正原因。因为，一些表面现象很容易转移我们的注意力，而影响我们快速、及时准确地排除故障。
　一期农网改造后，农村电网结构发生了根本性变化。邕宁县根据"小容量、密布点、短半径"的原则和"安全可靠、技术先进"的发展方向，新建及改造了10个户外式小型化变电所及7个常规变电所。进一步提高了变电所的综合自动化水平及可靠性，但在运行中，也出现了诸多不容乐观的问题，有待进一步完善，较突出的问题有：
(1)　新型设备技术性能不够稳定，致使保护拒动或误动：
　　据调度每月事故停电统计，一期网改后，由于10kV真空重合器的保护控制部分而引起的故障高达40多次。10kV线路经常反复跳闸，致使用户用电质量得不到保障，出现了网改后，供电可靠性反而下降的现象。邕宁县35kV户外式小型化变电所，设计时10kV进线开关设置定时限式电流速断、电流过流保护，10kV出线侧采用反时限过电流保护。按理当10kV线路故障时，10kV出线开关应能可靠动作，切除故障电流。但在实际运行中，常常10kV线路故障，出线开关不动作，反而后备保护动作，跳开10kV进线开关。有时在线路无故障，天气状况良好的情况下，还会莫明其妙地乱跳闸又重合成功。通过对新型设备的学习、分析以及与厂家的咨询，反复地试验调试，发现采用的新型设备技术性能还不够稳定，选取的反时限曲线不按规定的曲线变化，致使保护无法配合，且还出现保护控制面板输入数据自动变异的现象。经与厂家协商，我们将反时限过电流保护改为定时限式电流速断，电流过流保护，改变后，保护误动问题基本消除。并建议将重合器的控制保护部分用电缆引至户内，避免因户外环境因素的影响而造成控制面板不能正常工作的现象。
(2)　常规变电所10kV部分改造不够完善，影响变电所的正常运行：
　　由于资金问题，我县几座20世纪70年代建成的简陋变电所只改造了35kV部分，10kV仍采用老式成套少油开关柜。10kV进出线保护均采用GL-15型反时限电流继电器，其动断触点，长期通过二次电流，接通电流继电器线圈回路，而动合触点直接起动脱扣器线圈。运行时间过长，造成动断触点发热氧化，加上触点弹片材料长期使用而屈服强度系数下降，致使动断触点接触不良，而动合触点在分离过程中，容易拉弧烧坏，致使二次电流回路开路，从而造成线路故障保护拒动的现象。同时由于10kV进出线的保护方式一样，且在设计原理上存在缺陷，10kV进线保护所配置的无时限电流速断，其保护范围伸入下一级10kV出线的保护范围内，时间上又无法互相配合，当在相同保护范围内发生故障，故障电流足够大，同时启动脱扣器时，出现进出线开关同时跳闸的现象。在二期网改中，应对这些变电所进一步改造，更新为高灵敏性和可靠性的微机保护，以适应现代化电网的要求。
(3)　主变35kV侧保护配合存在的问题：
　　目前35kV变电所采用新型PRWG2-35熔断器(选取K型熔断件)作为变压器主保护，同时作为主变10kV进线开关的后备保护，当变压器内部及外部套管两侧故障或10kV进线开关拒动时熔断件熔断。并采用35kV负荷开关配合实现就地和远方操作，在主变满负荷及异常运行时，可作为分合操作开关。35kV熔断器与35kV负荷开关的相互配合，充分简化了主变35kV侧的保护配置，从经济角度来看体现了小型化变电所的优越性。但在运行中，这种保护配合的性能却没有采用35kV隔离开关与35kV真空开关配合稳定。我们几个所的35kV负荷开关，在变电所初投时，其灭弧及操作机构就存在不少的问题，没有真正起到分合操作断路器的作用。而35kV熔断器作为变压器的主保护及10kV进线断路器的后备保护，所选取的K型熔断件也出现变异现象，不能按弧前时间-电流特性曲线变化，致使上下级保护难以配合，出现越级跳闸现象。
(4)　户外式变电所10kV出线虽然设置了小电流接地保护，但却没有发挥真正作用：
　　农村线路单相接地短路是最常见的故障，虽然小电流接地系统在单相接地时可继续运行1～2h，但长期运行时，由于故障的两相对地电压升高1.732倍，可能在绝缘薄弱处引起击穿或继续造成短路，或使电压互感器铁心严重饱和，导致电压互感器严重过负荷而烧毁。由于我们大多数变电所无专职值班员，为了防止故障的进一步扩大，在设计时，我们采用了单相接地延时跳闸的保护，但保护投入后，反而引起线路频繁跳闸。通过分析，10kV出线真空重合器采用的是零序电流保护，利用故障线路的零序电流比非故障线路零序电流大的特点来实现选择性保护。其零序电流与过电流采样于同一电流互感器，变比较大，在数据采集时，由于电流互感器及零序电流传感器的误差，以及设备、电容放电、不能克服不平衡电流等方面的影响，易发生保护误动现象。建议采用如下解决方案：
①在10kV母线上安装单相接地绝缘监视装置，利用接地后出现的零序电压，动作于电压继电器，发出接地信号，然后由运行人员进行拉路试验，判断故障线路；
②零序保护作用于跳闸回路改为发接地信号，并将信号引回中央信号屏，直接判断故障线路；
③在二期网改中，引入新技术，应用独立的小接地电流选线装置，将小电流系统所有出线引入装置进行判断及选线，正确判别或切除故障线路。
(5)　无功补偿装置存在的问题：
　　电压是电能质量的重要指标之一，而无功补偿装置的配置对提高电压合格率和降低线损至关重要。目前，我们在变电所10kV母线上安装了集中电容补偿装置，按主变容量10%进行补偿，无分级投切。当母线电压达到额定值的1.1倍时，负荷开关延时切除补偿电容器组，而当母线电压下降至额定值的0.95倍时，负荷开关延时投入补偿电容器组。在实际运行中，由于无功补偿容量较大，变电所母线电压不可能低于0.95Ue，根据电压质量标准，10kV母线电压允许偏差标准为0%～7%，因此，当母线电压下降至额定值Ue时，需值班人员及时发现并手动投入，没有真正发挥自动补偿的作用。应对电容器组进行分级投切，并根据各变电所实际情况调整负荷开关的投切定值，使其真正起到自动投切的作用。
总之,在农网改造中，投资少，自动化程度高的小型化变电所已成为发展趋势，代表了先进技术的方向，但由于设备质量的种种原因，未能充分发挥其应有的效益。希望通过层层严格把关，不断提高国内设备的质量，从而提高农村电网的自动化水平，使百姓真正用上"放心电"、"满意电"。
西宁朝阳水电厂35kV朝阳变电所有2台10000kVA主变，1台6300kVA主变，共设七条10kV出线，担负着西宁市城区重要用户的供电任务。朝阳变电所曾发生过多次事故如：出线电缆头爆炸、出线开关爆炸，10kV线路故障保护拒动，开关越级跳闸造成全所对外停电等事故，对此省局十分重视，组织力量对朝阳变进行了全面改造、扩建。
　　1983年省局对朝阳变进行改造，更新了10kV高压配电设备，增大了出线电缆容量，10kV母线改为单母线分段带旁路母线运行方式。1991年朝阳变再次增容扩建，增加了1台6300kVA主变及1条10kV出线。35kV母线主结线采用内桥单母线双隔离开关分段方式(主结线图如图1所示)。在保护设置方面：朝阳变7条10kV出线设电流速断保护、过电流保护及重合闸装置。2条35kV线路(小阳线、韵阳线)保护设有低压闭锁方向电流限时速断及低压闭锁方向过流，韵阳线55DL装有自动重合闸装置。正常运行时，以小阳线带1#、2#主变向变电所供电方式为主，韵阳线55DL为备用(朝阳55DL断开韵变55DL合上带3#主变运行)。在小阳线线路故障时，保护动作跳57DL、36DL，35kV备用电源自动投入装置动作，合55DL投入韵阳线备用电源，从而保证变电所的不间断供电。
　　经过增容扩建后，虽然在一定程度上提高了供电可靠性，变电事故也大幅度减少，但是由于朝阳变峰谷差负荷的变化很大，而35kV线路保护整定值与线路实际负荷电流配置存在的矛盾(见表1及表2)，仍给安全供电留下了隐患。
2　35kV线路保护存在的问题
　　1991年朝阳变经过增容扩建后，由于35kV线路(小阳线、韵阳线)的保护低压闭锁方向过流的整定值小于实际负荷电流(表1、表2可以看出)，在运行中电流继电器一直处于长期启动并过载的状态下运行，以小阳线正常运行方式供电为例：小阳线57DL电流互感器变化为300/5
A，电流整定值I=1A，而正常运行时一次负荷电流夏季一般在(150～200)A左右，二次侧实际负荷电流为I2= =2.5A(最大I2=
=3.3A)；冬季一般为240A～280A左右，二次侧负荷电流(
(最大4.6A)左右。韵阳线也同样存在此问题。因此，以上两条线路任何一条线路投入运行后，其二次侧实际电流均大大超过了保护的电流整定值，致使电流继电器线圈长期处于启动状态，造成以下后果：
表1　　35kV线路低压闭锁方向过流保护定值
　　表2　　朝阳变35kV侧91年—96年月最大负荷电流统计表　单位：A
月份电流A年度
　　(1)，过电流继电器接点长期接通仅靠功率方向元件及低电压闭锁，若功率方向元件出现问题，保险又熔断时就会导致整套保护误动作，失去了保护相互闭锁的功能，降低了安全供电的可靠性。
　　(2)，由于继电器线圈长期过载，造成继电器线圈老化而烧毁，每年定检时都要更换继电器，即浪费了材料又造成了人力、工时的消耗，大大增加了设备的维护工作量。
3　过流保护电流整定值无法整定的原因
3.1　现场实际负荷电流大大超过保护整定值，而从系统保护配置方面电流整定值又无法抬高。
3.2　目前各种型号的电流继电器无法满足现场要求。
4　35kV线路保护改造时要解决的问题
　　鉴于朝阳变35kV内侧(3.15kV侧)设有电源点，且55DL开关又无同期检查装置，那么对35kV线路保护改造既要保证变电所的不间断供电，又要保证发电机组的安全发电。因此，在改造时主要解决两方面的问题：一是解决电流继电器长期过载被烧坏的问题；二是解决备用电源误动作时(即系统无故障而由于其它原因引起备自投误动作)有可能造成机组非同期并列的问题。可能造成备自投误动的原因如下：
　　(1)，当35kV PT二次侧发生二相或三相短路或保险熔断时；
　　(2)，当35kV PT B相空气开关跳开时；
　　(3)，在备自投保护退出前，拉开35kV PT分闸时；
　　(4)，备自投保护装置的电源开关断开时。
　　如发生以上任一现象均可能使备自投保护误动，而此时发电机出口开关36DL还未跳闸，且55DL又无同期检查装置，动作后果为：备自投保护误动后，经一定时限后跳运行线路57DL，合备用电源55DL(带发电机)，这样很可能造成非同期并列事故。
5　对35kV线路保护改造的具体措施
5.1取消原低压闭锁方向电流保护，改为低周低压解列及35kV线路单向动作重合备用电源装置。
　　保护动作过程：当35kV小阳线路发生故障时，小桥变57DL跳闸，经1秒重合闸动作，若重合不成功，而此时35kV系统电压降低、频率降低；当低于整定值时：低周低压解列装置动作，跳发电机出口开关36DL；备用电源自动投入装置启动，经t1时限后；跳朝阳变57DL，合备用电源55DL，此时韵变带朝阳1#、2#、3#主变运行。
5.2　在原设备开关跳闸回路中增加连跳发电机出口开关36DL压板，并将57DL、36DL开关辅助接点的开入量输入给备自投装置合闸脉冲回路中用以判断开关的实际开、合位置，经逻辑判断确认57DL、36DL处在跳闸位置时，发出备用电源合闸脉冲命令，以避免发电机出口开关36DL未跳闸时备自投动作而发生非同期并列事故。
5.3　根据改造后的保护装置，及时编写运行规程及调试规程。
　　改造后的保护装置投运近2年来，一直处于正常运行状态。我们在硬件经过改造后及时对软件强化了管理，主要是加强了运行人员及调试人员对新设备及新规程的学习、培训，使运行、调试人员更快更好地掌握此保护的运行操作特性、动作过程、动作后果等情况，保证朝阳变电所的安全可靠供电。
断路器的“拒跳”对系统安全运行威胁很大，一旦某一单元发生故障时，断路器拒动，将会造成上一级断路器跳闸，称为“越级跳闸”。这将扩大事故停电范围，甚至有时会导致系统解列，造成大面积停电的恶性事故。因此，“拒跳”比“拒合”带来的危害性更大。对“拒跳”故障的处理方法如下。
1、根据事故现象，可判别是否属断路器“拒跳”事故。“拒跳”故障的特征为：回路光字牌亮，信号掉牌显示保护动作，但该回路红灯仍亮，上一级的后备保护如主变压器复合电压过流、断路器失灵保护等动作。在个别情况下后备保护不能及时动作，元件会有短时电流表指示值剧增，电压表指示值降低，功率表指针晃动，主变压器发出沉重嗡嗡异常响声，而相应断路器仍处在合闸位置。
2、确定断路器故障后，应立即手动拉闸。
（1）当尚未判明故障断路器之前而主变压器电源总断路器电流表指示值碰足，异常声响强烈，应先拉开电源总断路器，以防烧坏主变压器。
（2）当上级后备保护动作造成停电时，若查明有分路保护动作，但断路器未跳闸，应拉开拒动的断路器，恢复上级电源断路器；若查明各分路保护均未动作（也可能为保护拒掉牌），则应检查停电范围内设备有无故障，若无故障应拉开所有分路断路器，合上电源断路器后，逐一试送各分路断路器。当送到某一分路时电源断路器又再跳闸，则可判明该断路器为故障（拒跳）断路器。这时应隔离之，同时恢复其他回路供电。
（3）在检查“拒跳”断路器除属可迅速排除的一般电气故障（如控制电源电压过低，或控制回路熔断器接触不良，熔丝熔断等）外，对一时难以处理的电气或机械性故障，均应联系调度，作为停用、转检修处理。
3、对“拒跳”断路器的电气及机械方面故障的分析判断方法。
（1）断路器拒跳故障查找方法。
首先应判断是电气回路故障还是机械方面故障：
①检查是否为跳闸电源的电压过低所致；
②检查跳闸回路是否完好，如跳闸铁芯动作良好断路器拒跳，则说明是机械故障；
③如果电源良好，若铁芯动作无力、铁芯卡涩或线圈故障造成拒跳，往往可能是电气和机械方面同时存在故障；
④如果操作电压正常，操作后铁芯不动，则多半是电气故障引起“拒跳”。
（2）电气方面原因有：
①控制回路熔断器熔断或跳闸回路各元件接触不良，如控制开关触点、断路器操动机构辅助触点、防跳继电器和继电保护跳闸回路等接触不良；
②液压（气动）机构压力降低导致跳闸回路被闭锁，或分闸控制阀未动作；
③SF6断路器气体压力低，密度继电器闭锁操作回路；
④跳闸线圈故障。
（3）机械方面原因有：
①跳闸铁芯动作冲击力不足，说明铁芯可能卡涩或跳闸铁芯脱；
②分闸弹簧失灵，分闸阀卡死，大量漏气等；
③触头发生焊接或机械卡涩，传动部分故二（如销子脱落等）。
断路器的“拒跳”对系统安全运行威胁很大，一旦某一单元发生故障时，断路器拒动，将会造成上一级断路器跳闸，称为“越级跳闸”。这将扩大事故停电范围，甚至有时会导致系统解列，造成大面积停电的恶性事故。因此，“拒跳”比“拒合”带来的危害性更大。对“拒跳”故障的处理方法如下。
1、根据事故现象，可判别是否属断路器“拒跳”事故。“拒跳”故障的特征为：回路光字牌亮，信号掉牌显示保护动作，但该回路红灯仍亮，上一级的后备保护如主变压器复合电压过流、断路器失灵保护等动作。在个别情况下后备保护不能及时动作，元件会有短时电流表指示值剧增，电压表指示值降低，功率表指针晃动，主变压器发出沉重嗡嗡异常响声，而相应断路器仍处在合闸位置。
2、确定断路器故障后，应立即手动拉闸。
（1）当尚未判明故障断路器之前而主变压器电源总断路器电流表指示值碰足，异常声响强烈，应先拉开电源总断路器，以防烧坏主变压器。
（2）当上级后备保护动作造成停电时，若查明有分路保护动作，但断路器未跳闸，应拉开拒动的断路器，恢复上级电源断路器；若查明各分路保护均未动作（也可能为保护拒掉牌），则应检查停电范围内设备有无故障，若无故障应拉开所有分路断路器，合上电源断路器后，逐一试送各分路断路器。当送到某一分路时电源断路器又再跳闸，则可判明该断路器为故障（拒跳）断路器。这时应隔离之，同时恢复其他回路供电。
（3）在检查“拒跳”断路器除属可迅速排除的一般电气故障（如控制电源电压过低，或控制回路熔断器接触不良，熔丝熔断等）外，对一时难以处理的电气或机械性故障，均应联系调度，作为停用、转检修处理。
3、对“拒跳”断路器的电气及机械方面故障的分析判断方法。
（1）断路器拒跳故障查找方法。
首先应判断是电气回路故障还是机械方面故障：
①检查是否为跳闸电源的电压过低所致；
②检查跳闸回路是否完好，如跳闸铁芯动作良好断路器拒跳，则说明是机械故障；
③如果电源良好，若铁芯动作无力、铁芯卡涩或线圈故障造成拒跳，往往可能是电气和机械方面同时存在故障；
④如果操作电压正常，操作后铁芯不动，则多半是电气故障引起“拒跳”。
（2）电气方面原因有：
①控制回路熔断器熔断或跳闸回路各元件接触不良，如控制开关触点、断路器操动机构辅助触点、防跳继电器和继电保护跳闸回路等接触不良；
②液压（气动）机构压力降低导致跳闸回路被闭锁，或分闸控制阀未动作；
③SF6断路器气体压力低，密度继电器闭锁操作回路；
④跳闸线圈故障。
（3）机械方面原因有：
①跳闸铁芯动作冲击力不足，说明铁芯可能卡涩或跳闸铁芯脱；
②分闸弹簧失灵，分闸阀卡死，大量漏气等；
③触头发生焊接或机械卡涩，传动部分故二（如销子脱落等）。
断路器的“拒跳”对系统安全运行威胁很大，一旦某一单元发生故障时，断路器拒动，将会造成上一级断路器跳闸，称为“越级跳闸”。这将扩大事故停电范围，甚至有时会导致系统解列，造成大面积停电的恶性事故。因此，“拒跳”比“拒合”带来的危害性更大。对“拒跳”故障的处理方法如下。
1、根据事故现象，可判别是否属断路器“拒跳”事故。“拒跳”故障的特征为：回路光字牌亮，信号掉牌显示保护动作，但该回路红灯仍亮，上一级的后备保护如主变压器复合电压过流、断路器失灵保护等动作。在个别情况下后备保护不能及时动作，元件会有短时电流表指示值剧增，电压表指示值降低，功率表指针晃动，主变压器发出沉重嗡嗡异常响声，而相应断路器仍处在合闸位置。
2、确定断路器故障后，应立即手动拉闸。
（1）当尚未判明故障断路器之前而主变压器电源总断路器电流表指示值碰足，异常声响强烈，应先拉开电源总断路器，以防烧坏主变压器。
（2）当上级后备保护动作造成停电时，若查明有分路保护动作，但断路器未跳闸，应拉开拒动的断路器，恢复上级电源断路器；若查明各分路保护均未动作（也可能为保护拒掉牌），则应检查停电范围内设备有无故障，若无故障应拉开所有分路断路器，合上电源断路器后，逐一试送各分路断路器。当送到某一分路时电源断路器又再跳闸，则可判明该断路器为故障（拒跳）断路器。这时应隔离之，同时恢复其他回路供电。
（3）在检查“拒跳”断路器除属可迅速排除的一般电气故障（如控制电源电压过低，或控制回路熔断器接触不良，熔丝熔断等）外，对一时难以处理的电气或机械性故障，均应联系调度，作为停用、转检修处理。
3、对“拒跳”断路器的电气及机械方面故障的分析判断方法。
（1）断路器拒跳故障查找方法。
首先应判断是电气回路故障还是机械方面故障：
①检查是否为跳闸电源的电压过低所致；
②检查跳闸回路是否完好，如跳闸铁芯动作良好断路器拒跳，则说明是机械故障；
③如果电源良好，若铁芯动作无力、铁芯卡涩或线圈故障造成拒跳，往往可能是电气和机械方面同时存在故障；
④如果操作电压正常，操作后铁芯不动，则多半是电气故障引起“拒跳”。
（2）电气方面原因有：
①控制回路熔断器熔断或跳闸回路各元件接触不良，如控制开关触点、断路器操动机构辅助触点、防跳继电器和继电保护跳闸回路等接触不良；
②液压（气动）机构压力降低导致跳闸回路被闭锁，或分闸控制阀未动作；
③SF6断路器气体压力低，密度继电器闭锁操作回路；
④跳闸线圈故障。
（3）机械方面原因有：
①跳闸铁芯动作冲击力不足，说明铁芯可能卡涩或跳闸铁芯脱；
②分闸弹簧失灵，分闸阀卡死，大量漏气等；
③触头发生焊接或机械卡涩，传动部分故二（如销子脱落等）。
断路器越级跳闸应如何检查处理？答：断路器越级跳闸后应首先检查保护及断路器的动作情况，如果是保护动作，断路器拒绝跳闸造成越级，则应在拉开拒跳断路器两侧的隔离开关后，将其他非故障线路送电。如果是因为保护未动作造成越级，则应将各线路断路器断开，再逐条线路试送电，发现故障线路后，将该线路停电。拉开断路器两侧的隔离开关，再将其他非故障线路送电，最后再查找断路器拒绝跳闸或保护拒动的原因。&&
]对电流互感器饱和的识别
&&&&目前，一方面对于TA的选型已经考虑或注意到了其暂态饱和的问题，如在高压系统或大型发电机变压器组保护普遍设计采用TPY级电流互感器，以及选用带小气隙的PR级电流互感器等；另一方面要求保护装置本身具有一定的抗TA饱和的能力，特别是抗暂态饱和的能力。对保护装置采用的判别方法主要是利用TA饱和后的电流特征确定。下面介绍一种在变压器差动保护中所选用的抗TA饱和的附加稳定特性区判别法[3]。
&&&&首先，发生在被保护变压器区内的短路故障所引起的TA饱和是不易用差动电流和制动电流的比值区分的。这是因为差动电流和制动电流的测量值都会受到影响，而且它们的比值立即就会满足保护动作条件。这时，比率差动保护的动作特性还是有效的，故障特征满足比率差动保护的动作条件。
&&&&其次，对发生在被保护变压器区外的故障，它产生的较大的穿越性短路电流（特别是其中的非周期分量）引起的TA饱和会产生很大的虚假差动电流，这在各个测量点的TA饱和情况不同时更为严重。如果由此产生的量值引发的工作点落在了比率差动保护的动作特性区内，而且不采取任何稳定比率差动保护的措施，比率差动保护将会误动作。但是，实际情况是TA并不是在故障一开始就发生饱和，而是在故障发生后经过一段时间，其铁心的磁通达到它的饱和密度后才开始的。这样，TA从故障起始到开始饱和时总会有一段时间还能够线性变换电流量，不会立即产生饱和[2]。因此，按照基尔霍夫电流定律计算变压器各侧的电流量得到的差动电流，在开始的短时间内基本平衡，仅会产生较小的不平衡电流，待TA饱和后才会产生较大的差动电流，引起变压器差动保护误动。
&&&&针对上述情况，变压器差动保护可以设一个TA饱和时的附加稳定特性区，它能够区分出这种变压器区内、外故障情况，其工作特性见图3。
图3 差动保护动作特性
&&&&对发生在被保护变压器区外的故障引起的TA饱和，利用故障发生的最初的短时间内，可以通过高值的初始制动电流（ITA
）检测出来，此制动电流会将工作点短暂的移至附加稳定特性区内。反之，当变压器区内故障时，由于差动电流很大，其与制动电流的比值引发的工作点会立即进入比率差动保护的动作特性区内。因此，保护通过测量的电流量值引发的工作点是否在附加稳定特性区内，在短时间内由此判别作出决定。一旦检查出是由外部故障引起的TA饱和，可以选择自动闭锁比率差动保护，并在整定时间TTA内一直有效闭锁比率差动保护，直到整定的时间到时才解除闭锁。检查出变压器区外故障引起TA饱和的判据公式为：
≤ KB1/2·Iz （8）
式中，ITA为检查TA饱和制动电流门槛值；TTA为TA饱和闭锁时间。
&&&&在外部故障引起TA饱和闭锁比率差动保护期间，如果在变压器保护区内也发生了故障，其引发的工作点稳定、连续的2个周期工作在高定值的动作区内，那么TA饱和闭锁会被立即解除，使被保护变压器发展中的故障能够迅速切除。
&&&&随着传感器技术的发展，将有助于解决电流互感器的饱和问题。目前国外已经刊载过有关光仪用互感器（OCT
、OVT）的应用报道[4]。我国对这项传感器技术也投入了大量的资金、人力进行研究和开发。2001年12月初，由中国电机工程学会继电保护专业委员会在北京召开的主设备保护学术研讨会上，有专家作了《光电流互感器及其在继电保护（国内外）中的应用》的专题，在这一领域已经取得了可喜的进展，可以预计在不远的将来这一革命性的成果必将得到应用。
变压器保护设计中几个问题的解决方法探讨 来自:
4&&电流互感器二次电路断线或短路时的对策
&&&&&历来，微机型变压器差动保护对判别其TA二次电路的断线或短路故障比较困难。原因是单纯通过本身的电流量去判断接线比较复杂的TA二次电路中多种多样的断线和短路故障，很难与各种各样的系统异常或故障情况区分，因此很多微机型变压器差动保护都只是配有简单的TA二次电路断线判别元件。针对这种情况，介绍一种由电流量和电压量共同判别TA二次电路断线或短路的判别原理，它特别适合于主后备一体化方式的微机型变压器保护装置。变压器差动保护的差流异常报警和TA二次电路断线或短路判据有：
&&&&（1）差流异常告警。当任何一相差流的有效值大于告警门槛值，而且连续满足该动作条件的时间超过10
s时，保护装置发出差流异常告警信号，但是不闭锁比率差动保护。该项功能兼有TA二次电路断线或短路、采样通道异常（器件损坏或特性改变等）、外部接线回路不正常等情况的综合告警作用。
&&&&（2）瞬时TA断线或短路告警。该判据在保护启动后满足以下任一条件时开放比率差动保护。a
任一侧任一相的电压元件有突变启动；b 任一侧负序电压大于门槛值；c 启动后任一侧的任一相电流比启动前增大；d
启动后最大相电流大于1.2 Ie 。
&&&&如果上述排除系统故障或扰动的判据不满足，而差动电流的工作点满足公式（9）时，那么保护判别为TA二次电路断线或短路故障，而不认为发生了变压器内部短路故障。
≥ k· Iz （9）
式中，Idset为检查断线或短路差动电流门槛值；k为检查断线或短路的比率系数。
&&&&由于以上判据选择了电流量和电压量综合判别，所以对TA二次电路的各种断线或短路情况都能够很好地判别出来。因此，不仅全面增加了电流互感器二次电路故障情况的判别类型范围，而且对其二次电路的各种各样的断线或短路情况判别得更准确、更可靠、更全面。当然，为了满足不同客户的要求，该判据可以有不同的选择策略。
5&&过激磁保护的设计
&&&&大型变压器的过激磁保护配置在变压器的高压侧或中压侧，以避免由于电压升高或系统频率降低造成变压器过激磁引起变压器严重过热损坏而危及设备、系统和保护装置的安全运行。大型变压器的过激磁能力变化较大，各国给出的变压器耐受过激磁能力的过激磁倍数曲线差别较大。为了更好的利用变压器本身的耐受过激磁的能力，避免过早或过晚切出变压器，需要开发一种变压器反时限过激磁保护。
&&&&对于变压器的过激磁情况，比较典型的过激磁倍数曲线是德国标准VDE-、GE公司和西屋公司等采用的几种曲线。如何采用恰当的函数来模拟选择的变压器过激磁倍数曲线是一件不容易的事情。目前广泛为各国采用的是ABB公司提出的变压器过激磁反时限保护动作判据。但是该动作判据在实际运行中与被保护变压器的过激磁能力匹配得不理想。
&&&&由此可知，采用确定的函数公式来等价实际变压器的过激磁能力有匹配不够理想的缺陷[1]，而且由于不同变压器的过激磁能力差异较大，因此，采用固定公式的动作判据不能很好满足实际工程的需要。
&&&&针对这种情况，介绍一种曲线拟合式的反时限过激磁保护动作判据，即按照被保护变压器的实际过激磁能力曲线确定N个点的对应数值，通过这N个点的数值作为保护的整定值输入保护装置来线性拟合被保护变压器的实际过激磁能力曲线。由于过激磁对变压器造成的危害主要是使变压器局部过热，因此采用“发热累积有效值概念”的方法更符合变压器过激磁的实际情况。求过激磁倍数n的计算公式为
式中，n(t)为过激磁倍数测量值随时间变化的函数；
T为过激磁开始到计算时刻的时间。
&&&&该动作判据可适应不同的变压器，且与实际工作情况匹配的比较理想。
&&&&通过对变压器保护设计中几个技术问题较详细的分析和探讨表明，这些问题对变压器保护的正确工作影响重大，如果不能够很好的解决这些问题，就会直接影响变压器保护的性能，甚至会造成变压器保护的误动或拒动。针对这些问题所给出相应的较详细的解决方法有：采用零序补偿方式校正电流量；采用故障分量差动保护提高对轻微故障的灵敏度；附加稳定特性区方法解决了TA饱和对差动保护的影响问题；采用电流量和电压量的综合判别来识别TA二次回路断线和短路故障；采用任意整定N组定值拟合过激磁曲线方式解决过激磁保护的工程适应问题。通过这些解决方法可以保证和提高变压器保护的可靠工作和安全运行。
近年来，广东省内多个发电厂出现过高压厂用变压器或起动-备用变压器在区外故障时或厂用大容量电动机起动时差动保护误动作的情况。究其原因，除个别是因为整定值的问题外，大多数是因电流互感器特性不理想甚至饱和而导致的。
　　众所周知，设计规程中对电流互感器的选型有严格的规定，要求保护用的电流互感器在通过15倍甚至是20倍额定电流的情况下，误差不超过5%或10%，即不出现饱和。而上面提及的出现差动保护误动的情况，无一例外地都选用了保护级的电流互感器。经过对几个电厂的大容量电动机起动电流的核算，最大容量的电动机起动时电流大概是变压器额定电流的3～5倍，远达不到电流互感器额定电流的15倍。那为什么差动保护还会因为电流互感器饱和而误动呢？
　　下面就电流互感器的工作原理、工作特性对保护的影响及其检验方法进行探讨。
1电流互感器工作原理简述
　　电流互感器的工作原理与变压器基本相同，因此可以使用变压器的等值电路分析电流互感器。电流互感器的等值电路如图1所示[1]。图1中，Z1为电流互感器原方漏抗，Z2为电流互感器副方漏抗，ZL为电流互感器二次回路的负载阻抗，其
次侧的参量。
　　正常运行时，漏抗Z1和Z2很小，负载阻抗ZL也很小，而励磁阻抗Zm因为电流互感器铁心磁通不饱和而很大。因此，可忽略励磁电流Im。根据磁势平衡原理，原、副方电流成固定的比例关系为
其中N1和N2分别为原、副方绕组匝数。
　　当铁心磁通密度增大至饱和时，励磁阻抗Zm会随着饱和的程度而大幅下降。此时Im已不可忽略，即I1与I2不再是线性的比例关系。
　　电流互感器饱和的原因有两种[2]：一是一次电流过大引起铁心磁通密度过大；二是二次负载（即ZL）过大，在同样的一次电流下，要求二次侧的感应电动势增大，也即要求铁心中的磁通密度增大，铁心因此而饱和。原、副方绕组感应电动势有效值与磁通的关系为
　　 
2确定电流互感器饱和点的方法
　　要研究电流互感器的工作特性，确认其在保护外部故障通过大电流时是否会饱和而影响保护动作的正确性，可通过一些试验方法进行检测。
　　显然，最直接的试验方法就是二次侧带实际负载，从一次侧通入电流，观察二次电流找出电流互感器的饱和点。但是，对于保护级的电流互感器，其饱和点可能超过15～20倍额定电流，当电流互感器变比较大时，在现场进行该项试验会有困难。
　　除此之外，还可通过伏安特性试验测出电流互感器的饱和点。如前所述，电流互感器饱和是由于铁心磁通密度过大造成的，而铁心的磁通密度又可通过电流互感器的感应电动势反映出来。因此由伏安特性曲线上的饱和电压值，通过式[3]（1）可以计算出电流互感器的饱和电流。伏安特性的试验方法为：原方开路，从副方通入电流，测量副方绕组上的电压降。由于电流互感器的原方开路，没有原方电流的去磁作用，在不大的电流作用下，铁心很容易就会饱和。因此，伏安特性试验并不需要加很大的电流，在现场较容易实现。
　　以一次电流互感器的试验为例，说明通过伏安特性试验确定电流互感器饱和点的方法。
　　试验的电流互感器的额定变比为300 A /5 A，二次额定负载为0.2Ω。
3.1电流互感器变比试验
　　用电阻约为0.2Ω的导线短接电流互感器副方绕组，从原方通入电流并逐渐加大直至副方电流明显呈饱和状态。试验中除测量原、副方电流外，同时测量副方绕组的端口电压。试验接线如图2，其中的电压表为高内阻表。试验数据见表1，图3是根据表1数据所描的曲线。

　　从试验数据可知，当一次电流达到800 A（2.67In）时，电流互感器开始饱和，此时副方的端口电压为3.7 V。
3.2电流互感器伏安特性试验
　　电流互感器原方开路，从副方绕组通入电流，测量副方绕组上的电压降。试验数据见表2，图是根据表2数据所描的曲线。

　　从图可知，饱和电动势Esat约为 V。亦即该电流互感器在带约0.3Ω负载时，未计电流互感器内阻Z2，其饱和电流倍数约为4
V/(0.3Ω&5
A)=2.76。此计算的饱和倍数与电流互感器变比试验的数据是吻合的，伏安特性试验饱和时的端口电压比变比试验的饱和电压略高是因为后者有电流互感器内阻（Z2）分压导致的。
　　由上述试验可知，通过伏安特性试验找到电流互感器的饱和电势E2后，可由式（1）算出饱和电流，此时ZL为电流互感器二次回路上实际的负载阻抗，Z2可近似看成是电流互感器的内阻。该内阻数据可由生产厂家提供，也可按变压器短路阻抗的试验方法测得。显然，对于同样的电流互感器参数，负载阻抗越大，其饱和电流的倍数就越小。
　　为了避免变压器差动保护的电流互感器在区外故障时或大容量电动机起动时因电流过大出现饱和而导致差动保护误动作，除了在设备选型上要确保选用容量足够的保护级电流互感器外，还可根据电流互感器的伏安特性曲线和现场实测的电流互感器二次回路负载阻抗计算出电流互感器的饱和点，以此推算出在最大可能出现的穿越电流作用下，电流互感器是否会饱和以及差动保护是否会误动作。如计算结果显示电流互感器确会因较大穿越电流而饱和，则应更换更大容量的电流互感器，或将电流互感器二次回路的电缆截面加粗，以减小二次负载的阻抗，保证差动保护的可靠性。
已投稿到：
以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。}