基于差動(dòng)特性的CT極性自適應(yīng)判別方法

摘要：對(duì)于差動(dòng)保護(hù)來(lái)講，線(xiàn)路CT極性的正確與否直接影響差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作，因此必須保證線(xiàn)路CT極性的正確性。文章基于差動(dòng)保護(hù)特性提出了一種適用于配網(wǎng)新增線(xiàn)路的CT極性的自適應(yīng)判別方法。

關(guān)鍵詞：差動(dòng)保護(hù)；CT極性；自適應(yīng)判別方法；電力配網(wǎng)；新增線(xiàn)路 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM93 文章編號(hào)：1009-2374（2015）15-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.073

現(xiàn)在隨著智能化一次設(shè)備和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，數(shù)字化變電站在我國(guó)迅速發(fā)展。基于數(shù)字化變電站的集中式繼電保護(hù)裝置能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得配網(wǎng)內(nèi)任何一條支路的信息，這樣就為繼電保護(hù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文首先通過(guò)圖論建立了整個(gè)配網(wǎng)的拓?fù)渚仃?，然后根?jù)拓?fù)渚仃囌业揭粋€(gè)恰當(dāng)?shù)牟顒?dòng)區(qū)域，再基于差動(dòng)保護(hù)特性，提出了一種基于差動(dòng)特性適用于配網(wǎng)新增線(xiàn)路CT的自適應(yīng)判別方法。

1 集中式保護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前在智能化配網(wǎng)系統(tǒng)中的集中式保護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為：在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)處都裝設(shè)終端裝置，再由幾個(gè)變電站構(gòu)成的配網(wǎng)區(qū)域主站設(shè)置集中式保護(hù)裝置。終端裝置和集中式保護(hù)裝置均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊，共同構(gòu)成一個(gè)完整的保護(hù)系統(tǒng)。終端裝置完成的功能主要有：（1）采集安裝處的模擬量和開(kāi)關(guān)量信息；（2）對(duì)信息進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理；（3）與集中式保護(hù)裝置通信，并將就地信息上傳，同時(shí)接收來(lái)集中式保護(hù)裝置的命令信息；（4）根據(jù)接收到的來(lái)自集中式保護(hù)裝置命令信息執(zhí)行跳、合開(kāi)關(guān)的操作。

集中式保護(hù)裝置完成的功能主要有：（1）接收來(lái)自多個(gè)終端裝置的模擬量和開(kāi)關(guān)量信息，進(jìn)行邏輯判別，完成各種保護(hù)功能；（2）做出保護(hù)和控制決策后下達(dá)執(zhí)行命令至終端裝置執(zhí)行。

集中式保護(hù)裝置能夠獲取整個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)各個(gè)結(jié)點(diǎn)的電氣信息，這就為利用整個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)信息開(kāi)展繼電保護(hù)研究提供了基礎(chǔ)。

2 配網(wǎng)系統(tǒng)的圖論表示

下面以圖1所示5節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)為例介紹配網(wǎng)系統(tǒng)基于圖論的拓?fù)渚仃嚒?/p>

在圖1所示系統(tǒng)中，包括3個(gè)電源（節(jié)點(diǎn)編號(hào)分別為n1、n4、n5）、2個(gè)變電站（節(jié)點(diǎn)編號(hào)分別為n2、n3）、5條線(xiàn)路（節(jié)點(diǎn)編號(hào)分別為n6、n7、n8、n9、n10）、10個(gè)斷路器（每個(gè)斷路器均包括電流互感器）。每個(gè)斷路器上設(shè)置一個(gè)終端裝置，10個(gè)斷路器編號(hào)分別為e1、e2、…、e10。設(shè)斷路器都在合閘位置，邊的正方向規(guī)定為從母線(xiàn)指向線(xiàn)路。

圖1 系統(tǒng)圖

分別使用鄰接矩陣和可達(dá)矩陣表示配網(wǎng)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)及連接關(guān)系，然后根據(jù)圖論的方法就可以得到整個(gè)配網(wǎng)的各個(gè)差動(dòng)區(qū)域。鄰接矩陣C表示不同節(jié)點(diǎn)的鄰接關(guān)系（鄰接為1，不鄰接為0），可達(dá)矩陣P表示節(jié)點(diǎn)間的可達(dá)性關(guān)系（節(jié)點(diǎn)間存在路是為1，不存在路時(shí)為0）。根據(jù)圖論，對(duì)于路長(zhǎng)不大于4的可達(dá)矩陣，可由下列公式求得：P=CC2C3C4。因而可達(dá)矩陣P的計(jì)算可由B=C+C2+C3+C4，再將B中非零元素改為1而零元素不變得出。對(duì)于圖1的配網(wǎng)系統(tǒng)，其鄰接矩陣C和可達(dá)矩陣P分別為：

根據(jù)鄰接矩陣和可達(dá)矩陣可以得到個(gè)節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)域，也就得到了配網(wǎng)系統(tǒng)的差動(dòng)區(qū)域。

3 新增線(xiàn)路CT極性自適應(yīng)判別方法

3.1 基本原理

目前光纖差動(dòng)保護(hù)是基于基爾霍夫電流定律：其假設(shè)進(jìn)入某節(jié)點(diǎn)的電流為正值，離開(kāi)這節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)值，則所有涉及這節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和等于零。即：

|∑ik|=0

基爾霍夫電流定律要求所有電流的極性都是正確的。如果有且只有一個(gè)電流的極性（假設(shè)的極性）是錯(cuò)誤的，則該節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和就不等于零，即：

|∑ik|=2|im|≠0

此時(shí)如果人為地調(diào)整極性，則所有電流的極性均滿(mǎn)足基爾霍夫電流定律的要求，這時(shí)該節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和就仍等于零。

從以上分析可知，對(duì)于某個(gè)差動(dòng)區(qū)域來(lái)說(shuō)，若有且只有一個(gè)電流極性是未知的。首先假設(shè)該電流的極性是流入的，即該電流的電流系數(shù)為1，然后將該電流乘以電流系數(shù)后代入差動(dòng)方程進(jìn)行計(jì)算，如果此時(shí)差動(dòng)方程不滿(mǎn)足，則說(shuō)明該電流的極性和假設(shè)是一致的；如果差動(dòng)方程滿(mǎn)足，則說(shuō)明該電流的極性和要求的相反，此時(shí)該電流的電流系數(shù)為-1。這樣就保證了該電流極性符合差動(dòng)保護(hù)的要求。

3.2 新增線(xiàn)路CT極性識(shí)別

對(duì)于新增線(xiàn)路，其兩端的CT極性都是未知的，不能直接使用新增線(xiàn)路兩端電流進(jìn)行識(shí)別。但是對(duì)于配網(wǎng)集中式保護(hù)裝置，其可以整合配網(wǎng)系統(tǒng)各個(gè)結(jié)點(diǎn)的電氣信息，這就為自動(dòng)識(shí)別新增線(xiàn)路CT極性提供了基礎(chǔ)。

首先，按照本文第2部分介紹的方法建立整個(gè)配網(wǎng)（包括新增線(xiàn)路）的拓?fù)渚仃?。根?jù)配網(wǎng)拓?fù)渚仃?，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥儞Q就可以獲取一個(gè)特定的差動(dòng)區(qū)域，使得該區(qū)域中只包含新增線(xiàn)路一側(cè)的電流信息，這樣該差動(dòng)區(qū)域中就只包含一個(gè)未知CT極性。在正常負(fù)荷電流條件下，通過(guò)計(jì)算該區(qū)域差動(dòng)方程是否滿(mǎn)足就可以確定該CT的電流系數(shù)，也就識(shí)別出該CT的極性。

其次，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃嚨耐負(fù)渥儞Q，可以得到另一個(gè)只包含新增線(xiàn)路另一端電流信息一個(gè)未知CT極性的差動(dòng)區(qū)域。使用同樣的方法，就可以得到新增線(xiàn)路另一端CT的電流系數(shù)，即可識(shí)別出新增線(xiàn)路另一端CT的

極性。

最后，形成一個(gè)包含新增線(xiàn)路的這個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)所有CT極性的電流系數(shù)矩陣，在進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算時(shí)先乘以電流系數(shù)矩陣將各CT的極性調(diào)整為符合差動(dòng)保護(hù)要求方向。

按照本文的方法，只要知道配網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就可以自動(dòng)識(shí)別配網(wǎng)系統(tǒng)中新增線(xiàn)路兩側(cè)CT的極性，而不需要人工干預(yù)。

4 實(shí)例分析

對(duì)于如圖1所示的配電網(wǎng)系統(tǒng)，假定線(xiàn)路n6～n9處于正常運(yùn)行狀態(tài)，其CT極性均已經(jīng)過(guò)校驗(yàn)（人工或自動(dòng)識(shí)別）是正確的，n10為新增線(xiàn)路。

當(dāng)配電網(wǎng)新增一條線(xiàn)路n10后，首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D得出只包含新增線(xiàn)路一端CT的差動(dòng)區(qū)域。如當(dāng)n10投入運(yùn)行后，e3、e6、e10形成一個(gè)差動(dòng)區(qū)域，在該差動(dòng)區(qū)域中，e3、e6處的CT極性已經(jīng)確認(rèn)，e10處的CT極性待確定。

假設(shè)e10處的CT極性是母線(xiàn)指向線(xiàn)路的，即e10處電流系數(shù)為1，然后進(jìn)行差動(dòng)判別，如果不滿(mǎn)足差動(dòng)動(dòng)作條件，則e10處的CT極性就是母線(xiàn)指向線(xiàn)路。如果滿(mǎn)足差動(dòng)動(dòng)作條件，將e10處電流系數(shù)改為-1后重新進(jìn)行差動(dòng)判別確認(rèn)，如果不滿(mǎn)足差動(dòng)動(dòng)作條件，則e10處的CT極性實(shí)際是線(xiàn)路指向母線(xiàn)。若仍然滿(mǎn)足差動(dòng)動(dòng)作條件則發(fā)出告警，并閉鎖和新增線(xiàn)路有關(guān)的差動(dòng)保護(hù)。

確認(rèn)e10處的CT極性后，接著確認(rèn)e9處的CT極性：e9和e10同樣形成一個(gè)差動(dòng)區(qū)域，在該差動(dòng)區(qū)域中，e10處的CT極性已經(jīng)確認(rèn)，e9處的CT極性待確定。使用和上文相同的方法即可確認(rèn)e9處的CT極性。

集中式保護(hù)裝置在進(jìn)行極性判別后形成一個(gè)包含新增線(xiàn)路的全網(wǎng)絡(luò)CT極性的矩陣，如圖2所示。極性判別完成以后，保護(hù)裝置投入相關(guān)差動(dòng)保護(hù)，進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算時(shí)各處電流首先乘以CT極性矩陣后，各CT極性就自動(dòng)調(diào)整為以母線(xiàn)指向線(xiàn)路為正方向。

圖2 CT極性矩陣

5 結(jié)語(yǔ)

采用本文的方法，對(duì)于圖1所示一個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)，如果依次投入相鄰線(xiàn)路，只需要人工校核首條投運(yùn)線(xiàn)路兩側(cè)CT的極性，其他線(xiàn)路CT極性都可以自動(dòng)識(shí)別，不再需要人工干預(yù)。即使在最不利的情況，也只需要校核兩條線(xiàn)路的CT極性。

對(duì)于實(shí)際的配網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)聯(lián)系越緊密，按照本文的方法需要人工校核的CT數(shù)量就越少。本文的方法簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試步驟，減少了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，提高了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率，同時(shí)也提高了整體配網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 李敏霞.一起主變零序保護(hù)越級(jí)跳閘事故分析與處理[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（22）.

作者簡(jiǎn)介：朱若松（1974-），男，河南許昌人，許繼電氣股份有限公司工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)理論及實(shí)際工程應(yīng)用。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint