基于站域保護的失靈邏輯與CT斷線邏輯研究

譚凌，楊德培，李延新，欒慶武，李肖博

（1.國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061；2.四川省電力公司，成都 610041）

基于站域保護的失靈邏輯與CT斷線邏輯研究

譚凌1，楊德培2，李延新1，欒慶武1，李肖博1

（1.國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061；2.四川省電力公司，成都 610041）

隨著智能電網建設的開展，基于廣義測量信息，從系統(tǒng)的角度綜合考慮繼電保護的設計和配置的站域繼電保護得到了越來越多的關注。分析了現有母線保護中失靈邏輯與電流互感器（CT）斷線邏輯的實現方式及其存在的不足，從站域保護的角度給出相應的解決方案。通過動態(tài)模擬試驗，證實了站域繼電保護可以克服傳統(tǒng)保護的局限性，進一步改善保護的靈敏性和可靠性。

站域保護；母線保護；失靈邏輯；電流互感器斷線邏輯

0 引言

伴隨著智能電網的不斷發(fā)展，出現了電子式傳感器技術、時鐘同步及數據同步技術、計算機技術、光纖通信技術等新技術，為繼電保護的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。從全局角度對電力系統(tǒng)進行檢測、保護、規(guī)劃是大電網發(fā)展的必然趨勢，而實施站域繼電保護系統(tǒng)是一個重要發(fā)展方向［1-3］。本文詳細分析了現有母線保護中的失靈邏輯與電流互感器（CT）斷線邏輯及其相關的整定原則，并結合母線保護，從站域保護的角度給出相應的含邏輯判斷和整定原則的綜合解決方案，證明站域繼電保護可以克服傳統(tǒng)保護的局限性，從而進一步改善保護的靈敏性和可靠性。

1 站域保護綜述

站域繼電保護（Substation Area Relay Protection）是伴隨智能電網技術發(fā)展而提出的新型繼電保護理念，是基于變電站實時信息的統(tǒng)一采集，以集中或分布協同方式判定故障，自動調整動作決策的繼電保護［2］。

由圖1可以看出，站域保護的區(qū)域包括本變電站和與本變電站相鄰的所有線路。在智能變電站中，所有間隔采集裝置獨立，全站實現同步采集。傳統(tǒng)的繼電保護裝置都是單元件的保護，而站域繼電保護技術則綜合了區(qū)域電力系統(tǒng)的信息，可以反映系統(tǒng)狀態(tài)的變化，從而減少出錯的可能性，具有更強的自適應性。

圖1 站域保護的范圍

2 失靈保護

2.1 傳統(tǒng)失靈保護的定值整定原則

考慮到各元件的靈敏度，傳統(tǒng)失靈保護每個間隔的失靈電流判別定值見表1（表中：In為1 A或5A，下同）。

表1 失靈保護電流定值

傳統(tǒng)失靈保護只是整定單個裝置的定值，但站域保護需要整定整個站域各元件的失靈電流定值，必然導致定值整定十分繁瑣。

雖然從2008年起標準化設計規(guī)范就開始簡化［4］，但在西北電網一些330 kV變電站的110 kV系統(tǒng)及部分地區(qū)高壓系統(tǒng)中，線路支路采用三相機械聯動開關，線路支路發(fā)生對稱故障斷路器失靈時，并沒有零序電流和負序電流，依靠零序電流和負序電流來判別故障啟動失靈的簡化邏輯無法滿足失靈啟動的要求。

變壓器斷路器失靈保護的失靈啟動判別邏輯與傳統(tǒng)的基本相同，失靈相過流定值既要躲過負荷，防止正常運行時啟動，又要保證斷路器失靈時靈敏動作，實際整定中很難同時滿足靈敏性與可靠性的要求。

2.2 分布式電源接入的影響

隨著新能源及微網技術的發(fā)展，多點、多元分布式電源并網接入后，低電壓等級也將存在電源輸入的情況，將會對傳統(tǒng)的斷路器失靈邏輯帶來重大的影響。此時，如果僅考慮220 kV及以上電壓等級開關失靈，將無法滿足智能電網的發(fā)展需求。

2.3 站域保護中失靈保護的整定原則與優(yōu)化

當某個區(qū)域線路故障開關失靈時，傳統(tǒng)的繼電保護裝置都是對單元件的保護，不可能僅根據一個保護跳閘開入接點就全跳該支路所在母線的全部支路，為防止誤動必須增加故障失靈電流的判斷。因此，從某個角度來說，傳統(tǒng)的失靈保護配置方案已不是最優(yōu)方案。

而站域繼電保護技術綜合了一個電力系統(tǒng)一個區(qū)域的信息，可以反映系統(tǒng)狀態(tài)的變化，不僅減少繼電保護出錯的可能性，還大大簡化母線保護中失靈保護的故障判別。

在站域保護區(qū)域線路故障或變壓器故障時，考慮母線側開關失靈的啟動判別，可以采用如下判據：

（1）判別區(qū)域內變壓器或線路差動保護是否動作；

（2）整個站域是否出現差流；

（3）母線側變壓器或線路是否有電流。

然后再經過一定延時，判別為母線側開關失靈，邏輯框圖如圖2所示。

判據的判別意義如下：

（1）內部使用變壓器或線路差動保護動作接點來判斷是否有故障；

（2）站域內有差流用于確認區(qū)域內有故障，以保證失靈動作的可靠性；

（3）母線側變壓器或線路持續(xù)有電流，用于判斷開關是否斷開。

傳統(tǒng)的線路失靈的零序或負序電流判據、變壓器失靈的有流判據，被站域保護中的區(qū)域差流作故障判斷代替了，再加上固定有流定值0.04 In作開關斷開判斷，失靈保護的有流判斷和啟動動作邏輯就被大大簡化了。

圖2 基于站域保護的斷路器失靈啟動邏輯

線路開關是三相、分相或三相聯動，對于站域保護中的失靈邏輯沒有區(qū)別。三相失靈相電流定值也不需要整定，不用擔心因為躲過了所有變壓器支路最大負荷電流，而沒有給系統(tǒng)最小運行方式下的故障電流留下足夠的靈敏度。

非母線側開關失靈仍采用輸出動作接點啟動方式，由對端區(qū)域的保護接收到該接點后進行失靈的判斷和動作。

當母線故障開關失靈時，變壓器跳三側開關的處理方法和常規(guī)一致，但因為站域保護包含母線保護、變壓器保護和線路保護，母線故障后開關失靈傳遞給變壓器不再需要外部接線，內部邏輯勾連就可以了，出口回路也能優(yōu)化。

將母線保護區(qū)域內的失靈保護擴展到整個站域區(qū)內的失靈保護，可以優(yōu)化邏輯啟動部分，取消失靈有流定值；優(yōu)化出口邏輯，減少不必要的跳閘回路；使失靈邏輯的靈敏性和可靠性同時得到提高。

3 CT斷線邏輯

3.1 傳統(tǒng)保護CT斷線邏輯

傳統(tǒng)母線保護CT斷線有CT斷線閉鎖段和CT斷線告警段，為防止誤告警和誤閉鎖，都有一段固定防誤延時。

非聯絡支路的CT斷線邏輯框圖如圖3所示。當任意一相大差電流大于CT斷線閉鎖定值時，閉鎖差動保護，CT斷線返回后自動解除閉鎖差動保護；當任意一相大差電流大于CT斷線告警定值時，延時發(fā)“CT斷線”告警信號。

3.2 需要改進情況

傳統(tǒng)母線保護中之所以設置CT斷線告警段，是因為考慮到母線所有間隔差流的累計誤差，必然會有一段模糊區(qū)，為防止誤閉鎖，閉鎖定值不能整定得太小。即使有告警段，因為累計誤差依然存在，有時CT斷線告警靈敏度也不能滿足較小負荷支路正常運行時斷線的告警需求。

圖3 傳統(tǒng)保護支路CT斷線邏輯圖

3.3 站域保護中CT斷線邏輯

在站域保護中，判斷母線保護所用CT是否斷線，可采用的不僅只有母線保護范圍內的相關信息，還可以綜合整個站域一起考慮。

如果母線保護范圍內發(fā)生故障，整個站域區(qū)內的大差動必然能動作，差流必然越限；而如果整個站域的差流沒有越限，僅母線保護范圍差流越限了，就可以判斷為母線保護范圍內CT斷線，此時可立即閉鎖母線保護。

因為其他變壓器保護和線路每個間隔都能獨立判別CT斷線、發(fā)CT斷線閉鎖或告警，母線的CT斷線告警段也就沒有必要再單獨設置了。同時，因為是變壓器保護或線路間隔各自獨立判別，減小了累計誤差對CT斷線邏輯判斷的影響，能較好地滿足較小負荷支路CT斷線的告警靈敏度，可以明確到CT斷線的具體間隔。

站域保護中母線保護的CT斷線邏輯只使用一段閉鎖段，CT斷線告警由站域保護中的變壓器保護或線路保護發(fā)出。母線保護CT斷線邏輯如圖4所示。

圖4 站域保護母線保護CT斷線邏輯圖

4 動態(tài)模擬試驗

建立110 kV站域保護試驗模型，站域保護裝置同時保護雙母線、線路L1和變壓器T1，開關為三相聯動開關，系統(tǒng)主接線圖如圖5所示。

等值系統(tǒng)G容量為806MW，等值阻抗為15.0∠82°；等值系統(tǒng)S1和S2容量為480MV·A，等值阻抗為25.0∠82°；輸電線路L1和L2長50 km，正序電阻為0.037Ω／km，正序感抗為0.303Ω／km，零序電阻為0.315Ω／km，零序感抗為1.081Ω／km；變壓器T1容量為60MV·A，短路電抗為17.5%，高壓側電壓為115.0 kV，低壓側電壓為10.5 kV。

4.1 模擬線路或變壓器開關失靈

模擬K12線路末端故障，BRK2開關失靈，正確啟動II母線保護失靈動作。

模擬K7變壓器故障，BRK3開關失靈，正確啟動II母線保護失靈動作。

4.2 模擬TA斷線及斷線中再故障試驗

分別在不同的功率下，模擬TA3電流B相斷線，保護可靠不動作，裝置報文“母線CT斷線，變壓器CT斷線”；在TA3的電流B相斷線情況下，發(fā)生區(qū)內外各種故障：K2故障點，II母線保護正確動作，K6故障點，變壓器保護正確動作。

圖5 系統(tǒng)主接線圖

再模擬TA2電流A相斷線，保護可靠不動作，裝置報文“母線CT斷線，線路L1斷線”；在TA2的電流A相斷線情況下，發(fā)生區(qū)內外各種故障：K10故障點，線路保護正確動作。

5 結束語

站域繼電保護是繼電保護朝集中方向發(fā)展的一種嘗試，具有比較現實的意義。隨著智能電網的發(fā)展，從系統(tǒng)全局角度對電力系統(tǒng)進行檢測、保護、規(guī)劃是大電網發(fā)展的必然趨勢，而實施站域繼電保護系統(tǒng)是達到該目標的一個途徑。站域繼電保護可以克服傳統(tǒng)保護的局限性，從而進一步改善保護的靈敏性和可靠性［5］。

［1］袁季修.防御大停電的廣域保護和緊急控制［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］肖健，文福拴.廣域保護及其應用［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學報，2008，20（2）：22，35.

［3］蘇盛，LIK K，CHANW L，等.廣域電流差動保護區(qū)劃分專家系統(tǒng)［J］.電網技術，2005，29（3）：55-58.

［4］Q／GDW 1175—2013變壓器、高壓并聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規(guī)范［S］.

［5］胡學浩.美加聯合電網大面積停電事故的反思和啟示［J］.電網技術，2003，27（9）：2-6.

（本文責編：劉芳）

TM 772

A

1674-1951（2015）08-0019-03

譚凌（1975—），女，湖南益陽人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)控制保護等方面的研究（E-mail：tan_cn＠163.com）。

楊德培（1970—），男，四川內江人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)控制保護等方面的研究。

李延新（1971—），男，福建泉州人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)控制保護等方面的研究。

欒慶武（1983—），男，吉林吉林人，工程師，從事電力系統(tǒng)控制保護等方面的研究。

李肖博（1980—），男，河北石家莊人，工程師，從事電力系統(tǒng)控制保護等方面的研究。

2015-04-17；

2015-07-20