电流互感器饱和及母线保护常见解决方案

由于母线的连线元件众多，在发生近端区外故障时，故障支路电流可能非常大，其TA易发生饱和，有时可达极度饱和。这种情况对于普遍以差动保护作为主保护的母线而言极为不利，可能会导致母线差动保护误动作。为此母线保护必须要考虑防止TA饱和误动作的措施，在母线区外故障TA饱和时能可靠闭锁差动保护，同时在发生区外故障转换为区内故障时，能保证差动保护快速开放、正确动作。

目前国内较常采用的母线差动保护有中阻抗母线差动保护和数字式母线差动保护，并且在110 kV及以上电压等级的电网中广泛使用，具有较高的稳定性和可靠性。在这些母线保护中采用了多种抗TA饱和的方法，本节将对此予以说明。

（1）中阻抗母线差动保护抗TA饱和的措施

中阻抗母线差动保护利用TA饱和时励磁阻抗降低的特点来防止差动保护误动作。由于保护装置本身差动回路电流继电器的阻抗一般为几百欧，此时TA饱和造成的不平衡电流大部分被饱和TA的励磁阻抗分流，流入差动回路的电流很少，再加之中阻抗母线差动保护带有制动特性，可以使外部故障引起TA饱和时保护不误动。而对于内部故障TA饱和的情况，则利用差动保护快速性在TA饱和前即动作与跳闸，不会出现拒动的现象。

（2）数字式母线差动保护抗TA饱和的措施

目前数字式母线差动保护主要为低阻抗母线差动保护，影响其动作正确性的关键就是TA饱和问题。结合数字式保护性能特点，数字式母线差动保护抗TA饱和的基本对策主要基于下述几种原理。

①具有制动特性的母线差动保护。具有制动特性的母线差动保护在TA饱和不是非常严重时，比率制动特性可以保证母线差动保护不误动作。但当TA进入深度饱和时，此方法仍不能避免保护误动，需要采用其他专门的抗TA饱和的方法。

②TA线性区母线差动保护。TA进入饱和后，在每个周波内的一次电流过零点附近存在不饱和时段。TA线性区母线差动保护就是利用TA的这一特性，在TA每个周波退出饱和的线性区内，投入差动保护。由于此种原理的保护实质上是避开了TA保护区，所以能对母线故障作出正确的判断。为保证TA线性区母线差动保护正确动作，必须实时检测每个周波TA饱和与退出饱和的时刻。但是由于TA饱和时的电流波形复杂，如何正确判断TA饱和和退出饱和的时刻，判别出TA的线性传变区是实现此方法的关键和难点。(www.xing528.com)

③TA饱和的同步识别法。当母线区外故障时，无论故障电流有多大，TA在故障的最初瞬间（在1/4周波内）都不会饱和，在饱和之前差电流很小，母线差动电流元件不会误动作；若以母线电压构成差动保护的启动元件，在故障发生时则可以瞬时动作，两者的动作会有一段时间差。当母线区内故障时，差电流增大和母线电压降低同时发生。TA饱和的同步识别法就是利用这一特点，区分母线的区内、区外故障，在判别出母线区内故障TA饱和时则闭锁母线差动保护。考虑到系统可能会发生区外转区内的母线转移性故障，因为TA饱和的闭锁应该是周期性的。

④通过比较差动电流变化率鉴别TA饱和。TA饱和后，二次侧电流波形出现缺损，在饱和点附近二次侧电流的变化率突增。而当母线区内故障时，由于各条线路的电流都流入母线，差电流基本上按照正弦规律变化，不会出现区外故障TA饱和条件下差电流突变较大的情况，因此可以利用差电流的这一特点进行TA饱和的检测。

TA进入饱和需要时间，而在TA进入饱和后，在每个周波一次电流过零点附近都存在一个不饱和时段，在此时段内TA仍可不畸变地传变一次电流，此时差电流变化率很小。利用这一特点也可构成TA饱和检测元件。在短路初瞬和TA饱和后每个周波内的不饱和时段，饱和检测元件都能够可靠地闭锁保护。

⑤波形对称原理。TA饱和后，二次侧电流波形发生严重畸变，1周波内波形的对策性破坏，采用分析波形的对称性可以判定TA是否饱和。判别对称性的方法有多种，最基本的一种是电流相隔半周波的导数的模值是否相等。

⑥谐波制动原理。当发生区外故障TA饱和时，差电流的波形实际是饱和TA励磁支路的电流波形。当TA发生轻度饱和时，故障支路的二次电流出现波形缺损现象，差电流中包含有大量的高次谐波。随着TA饱和深度的加深，二次电流波形缺损的程度也随着加剧。但内部故障时差电流的波形接近工频电流，谐波含量少。

谐波制动原理利用了TA饱和时差电流波形畸变的特点，根据差电流中谐波分量的波形特征检测TA是否发生饱和。这种方法有利于发生保护区外转区内故障时根据故障电流中存在谐波分量减少的情况而迅速开放差动判据。