母線保護(hù)中母聯(lián)CT斷線識別及處理方案研究

李紅 衛(wèi)星 張庭 車帥 趙德玉

摘 要：本研究詳述了變電站發(fā)生二次回路CT斷線的環(huán)節(jié)，分析了母聯(lián)CT斷線對母線保護(hù)動作行為產(chǎn)生的不利影響?；谀嘎?lián)CT斷線后的電氣特征，提出母線保護(hù)上母聯(lián)CT斷線的兩種識別方案，給出了基于全周傅氏算法的詳細(xì)判據(jù)。從繼電保護(hù)四性角度出發(fā)，提出母聯(lián)CT斷線的三種處理方案，詳述了三種方案的特點(diǎn)，并從不同電壓等級出發(fā)，分別論述了選擇哪種方案更有利于在電力系統(tǒng)中發(fā)揮繼電保護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：母線保護(hù);CT斷線;斷線識別;雙套配置;選擇性

中圖分類號：TM774 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）10-0033-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.10.007

Identification and Treatment of the CT Breaking of Bus-Tie in Busbar Protection

LI Hong? ? WEI Xing? ? ZHANG Ting? ? CHE Shuai? ? ZHAO Deyu

（Xuchang Xuji Software Technology Co.，Ltd.，Xuchang? 461000，China）

Abstract：This study firstly details the CT breaking of the secondary circuit in subsation，analyzes the CT breaking of bus-tie bring adverse influence on the action of busbar protection.Based on electrical characteristics after the CT breaking of bus-tie，proposes two identification schemes of bus-tie breaking on busbar protection，and gives a detailed criterion which based on full wave Fourier algorithm.From the point view of the four basic requirements of relay protection，this paper proposes three treatment programmes of the bus-tie CT breaking，and details characters of the three options，and discusses the choice of which program depending on the voltage level is more conducive to play the role of relay protection in the power system.

Keywords：busbar protection;CT break;breaking identification;double set of configuration;selectivity

0 引言

繼電保護(hù)二次回路是繼電保護(hù)裝置發(fā)揮作用的關(guān)鍵組成部分，一次系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)通過二次回路傳變傳遞到二次系統(tǒng)，如果二次回路發(fā)生CT斷線異常，那么繼電保護(hù)將無法準(zhǔn)確判斷一次系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，繼電保護(hù)裝置將不能對電力系統(tǒng)起到應(yīng)有的保護(hù)作用，還可能會造成更嚴(yán)重的電力系統(tǒng)故障[1-3]。目前，現(xiàn)場運(yùn)行的母線保護(hù)是為了防止出現(xiàn)普通支路CT斷線時(shí)差動保護(hù)誤動，在識別出普通支路CT斷線異常時(shí)閉鎖差動保護(hù)。而母聯(lián)CT斷線會影響與之相聯(lián)的兩段母線的動作選擇，不考慮系統(tǒng)電壓等級而直接置母線互聯(lián)的處理方法會擴(kuò)大故障跳閘范圍，不能滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求[4-5]。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，選擇性備受關(guān)注，在電力系統(tǒng)中如何最大程度地發(fā)揮繼電保護(hù)作用是繼電保護(hù)研發(fā)人員關(guān)注的重點(diǎn)。

基于此，重點(diǎn)研究變電站發(fā)生CT二次回路斷線的環(huán)節(jié)，深入分析母聯(lián)CT斷線異常對繼電保護(hù)動作行為產(chǎn)生的不利影響。根據(jù)二次回路CT斷線特征，提出兩種母聯(lián)CT斷線的識別方案，并從電力系統(tǒng)對繼電保護(hù)特性要求的角度出發(fā)，提出三種母聯(lián)CT斷線異常的處理方案，并對其使用情況進(jìn)行分析。

1 二次回路CT斷線的發(fā)生環(huán)節(jié)及影響

1.1 二次回路CT斷線的出現(xiàn)環(huán)節(jié)

220 kV變電站中母線保護(hù)裝置為雙重化配置，兩套保護(hù)用CT二次電流來自電流互感器的不同線圈，二次電纜經(jīng)過電纜溝引至保護(hù)小室內(nèi)母線保護(hù)的屏端子，再經(jīng)屏端子引入至母線保護(hù)裝置箱端子，最終使二次電流經(jīng)保護(hù)裝置的小CT變換器傳給保護(hù)裝置CPU。且兩套保護(hù)裝置的支路CT二次回路相互隔離，不存在任何電氣連接。支路CT二次回路接線示意圖如圖1所示。

由圖1可知，對于變電站中的母線保護(hù)而言，所有支路從互感器二次側(cè)到母線保護(hù)裝置小CT變換器接線端子間的任何環(huán)節(jié)，均有可能發(fā)生斷線。變電站中二次電纜一般鋪設(shè)在電纜溝的封閉環(huán)境中，且有非常全面的防鼠措施，正常運(yùn)行中很少發(fā)生CT斷線異常。因此，二次回路CT斷線最有可能是發(fā)生在保護(hù)小室的保護(hù)屏端子到母線箱端子的這段距離，且主要是由于長時(shí)間運(yùn)行、高溫老化導(dǎo)致的接觸不良，甚至是端子脫落。

1.2 母聯(lián)二次回路CT斷線后的影響

支路二次回路發(fā)生CT斷線異常后，支路電流的缺失必然會導(dǎo)致差流的出現(xiàn)，斷線后區(qū)內(nèi)故障有可能拒動，區(qū)外故障有可能誤動。如圖2所示的系統(tǒng)中，母聯(lián)CT斷線后在1母K1點(diǎn)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，若1母上間隔4小電源支路提供的故障電流不滿足差動動作的定值門檻，2母間隔3大源支路經(jīng)過母聯(lián)提供的強(qiáng)大短路電流完全無法計(jì)入母線差動電流，造成1母差動保護(hù)拒動。同時(shí)，K1點(diǎn)故障在2母的區(qū)外，但母聯(lián)電流無法計(jì)入母線差動電流，2母會判為區(qū)內(nèi)故障從而誤動。母聯(lián)CT斷線后母線差動保護(hù)是無法通過正確動作來切除故障，只能通過時(shí)間較長的后備保護(hù)來切除故障，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常不利，甚至可能造成故障元件的嚴(yán)重?zé)龘p，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的癱瘓、崩潰。

2 母聯(lián)CT斷線識別方案

變電站中發(fā)生母聯(lián)CT斷線后，基于母聯(lián)CT斷線后的電氣特征，本研究提出了兩種母聯(lián)CT斷線識別方案，一是根據(jù)母聯(lián)三相電流不平衡度來識別母聯(lián)CT斷線，二是根據(jù)母線差動電流來識別母聯(lián)CT斷線。

2.1 根據(jù)支路相電流不平衡判母聯(lián)CT斷線

由于母聯(lián)電流不計(jì)入大差，母聯(lián)CT斷線后，大差電流平衡與母聯(lián)斷路器相聯(lián)的兩段母線小差電流均會越限，且三相電流不平衡（三相斷線除外）?；谝陨咸卣?，提出了基于母聯(lián)電流三相不平衡度來識別母聯(lián)CT斷線的方案，即同時(shí)滿足公式（1）（2）（3）。

[I1.min≤Imk1]? ? ? ?（1）

[Id1≥Imk2或Id2≥Imk2]? ? ?（2）

[I1.max≥1.5×I1.min+Imk2]? ? （3）

式中：I1.max為母聯(lián)最大相電流;I1.min為最小相電流;Imk1為支路無流門檻（一般為0.04 In，In為額定電流）;Imk2為CT斷線閉鎖門檻，Id1為1母小差電流;Id2為2母小差電流。

CT斷線閉鎖門檻是按躲過正常運(yùn)行時(shí)流過母線保護(hù)的最大不平衡電流整定，取值為0.05～0.3 In。式（3）中要求母聯(lián)最大相電流大于1.5倍最小相電流與母線TA斷線閉鎖電流定值之和。考慮到1.5倍最小相電流是為了防止CT斷線閉鎖定值整定較低時(shí)，因裝置采樣誤差導(dǎo)致誤判母聯(lián)CT斷線。判別邏輯示意圖如圖3所示。

為防止因倒閘操作或系統(tǒng)故障時(shí)引起母聯(lián)三相電流不平衡而導(dǎo)致誤判母聯(lián)CT斷線，式（1）（2）（3）均滿足后延時(shí)7 s置母聯(lián)CT斷線標(biāo)志。

通過母聯(lián)電流三相不平衡度來識別母聯(lián)CT斷線方案的邏輯簡單且判據(jù)可靠，但在發(fā)生母聯(lián)三相CT斷線異常時(shí)，是無法通過母聯(lián)支路電流不平衡度來識別。

2.2 根據(jù)母線差流按相識別母聯(lián)CT斷線

母聯(lián)CT斷線后有兩個(gè)特征：一是三相電流不平衡，二是與其相聯(lián)的兩條母線均出現(xiàn)差流。三相電流不平衡是母聯(lián)某一相或兩相斷線的重要特征，母聯(lián)斷線相引起與其相連的兩條母線均出現(xiàn)大小相同、方向相反的差流，且基于母線差流可以實(shí)現(xiàn)按相識別。

220 kV系統(tǒng)中采用雙母接線的形式，在發(fā)生母聯(lián)A相CT斷線時(shí)，母聯(lián)A相無流、母線大差A(yù)相電流平衡、與母聯(lián)聯(lián)接的1母和2母A相差流均不平衡。同時(shí)，考慮到母聯(lián)互聯(lián)運(yùn)行時(shí)，為了保護(hù)電路，將兩條母線置單母方式運(yùn)行，母聯(lián)支路電流不再計(jì)入母線小差，因此母線互聯(lián)運(yùn)行時(shí)不需要識別母聯(lián)CT斷線異常。具體判別邏輯如圖4所示。

按相判別母線大差、與母聯(lián)相聯(lián)的兩段母線小差電流及母聯(lián)相電流，不僅能夠識別出母聯(lián)CT斷線的相別，也能識別出母聯(lián)三相CT斷線的異常情況，更有利于母線保護(hù)裝置采取的相應(yīng)措施，保證保護(hù)裝置動作的選擇性。

3 母聯(lián)CT斷線處理方案

3.1 母聯(lián)CT斷線的三種處理方案

母線保護(hù)在識別出母聯(lián)CT斷線異常后，可以采取以下3種處理措施。

方案1：不區(qū)分母聯(lián)CT斷線的具體相別，在母聯(lián)CT斷線后，在差動保護(hù)下跳母聯(lián)斷路器將直接跳閘。上述兩種識別方案的判別結(jié)果均可以實(shí)現(xiàn)該方案。

方案2：不區(qū)分母聯(lián)CT斷線的具體相別，母聯(lián)CT斷線后，置母線互聯(lián)，將兩條母線合并為一條單母線，進(jìn)入單母運(yùn)行模式，母聯(lián)電流不再計(jì)入母線差動電流。當(dāng)發(fā)生母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)，差動保護(hù)瞬時(shí)跳開兩條母線上的所有支路。上述兩種識別方案的判別結(jié)果均可以實(shí)現(xiàn)該方案。

方案3：按相識別母聯(lián)CT斷線，母聯(lián)CT斷線后相聯(lián)母線斷線相發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，母線差動保護(hù)先跳CT斷線的母聯(lián)，如果差動保護(hù)跳母聯(lián)100 ms后故障依然存在，再跳故障母線;母聯(lián)CT斷線后相關(guān)母線非斷線相發(fā)生區(qū)內(nèi)的故障，直接跳故障母線。基于三相電流不平衡度的識別方案無法識別母聯(lián)CT斷線的具體相別，只有基于母線差流識別方案的判別結(jié)果才可以適用于本方案。

3.2 三種處理方案各自特點(diǎn)

方案1：從一次系統(tǒng)角度出發(fā)，解除母聯(lián)CT斷線異常對母線保護(hù)動作行為的不利影響。在母聯(lián)CT斷線后瞬時(shí)跳開母聯(lián)斷路器，將兩條母線解列，在發(fā)生故障時(shí)保證差動保護(hù)的選擇性，其局限在于沒有任何系統(tǒng)故障時(shí)可能會跳開母聯(lián)斷路器，從而對電力系統(tǒng)的潮流穩(wěn)定產(chǎn)生沖擊。

方案2：從繼電保護(hù)二次側(cè)屏蔽了母聯(lián)CT斷線異常對母線保護(hù)動作行為的不利影響。母聯(lián)CT斷線異常置母線互聯(lián)運(yùn)行后，發(fā)生母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)可以瞬時(shí)切除故障，避免CT斷線后發(fā)生故障對電力系統(tǒng)的一次設(shè)備造成沖擊，其局限性在于母線互聯(lián)運(yùn)行方式下任一段母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，必然會多跳一段母線。

方案3：從一次系統(tǒng)和二次側(cè)兩個(gè)角度出發(fā)，二者相互配合，解決母聯(lián)CT斷線異常對母線保護(hù)動作行為的不利影響。按相識別出母聯(lián)CT斷線后，斷線相故障時(shí)瞬時(shí)跳開CT斷線的母聯(lián)斷路器，隔離故障，從而保證母線差動保護(hù)動作的選擇性，延時(shí)100 ms跳母線為另一套母線保護(hù)正確選擇故障母線且瞬時(shí)跳閘提供了機(jī)會。

3.3 電力系統(tǒng)中不同等級中的方案選擇

在變電站的低壓側(cè)10 kV或35 kV母線上，雙母線上的電源均來自兩條母線，母聯(lián)跳開后，對兩條母線的運(yùn)行不會存在影響，采用方案3最為合適。

在110 kV電力系統(tǒng)中，母線保護(hù)一般為單配置，母線保護(hù)的動作行為直接關(guān)乎著電力系統(tǒng)能否安全運(yùn)行，所以在110 kV電力系統(tǒng)中，寧愿多設(shè)置跳斷路器隔離故障，也不能漏設(shè)置跳斷路器從而讓故障蔓延，造成遠(yuǎn)、近后備保護(hù)越級跳閘。因此，在110 kV系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選擇方案1，斷線后置互聯(lián)標(biāo)志，發(fā)生故障后兩條母線瞬時(shí)動作。

在220 kV電力系統(tǒng)中，母線保護(hù)一般雙重化配置，在母聯(lián)CT斷線后，可以利用雙重化保護(hù)配置的優(yōu)勢，用好兩套保護(hù)之間的配合，即兩套保護(hù)不可能同時(shí)發(fā)生母聯(lián)CT斷線異常。假設(shè)A套保護(hù)發(fā)生母聯(lián)A相CT斷線，那么發(fā)生母線A相故障時(shí)，讓A套保護(hù)先瞬時(shí)跳開母聯(lián)，且在A套保護(hù)跳母聯(lián)的同時(shí)，B套保護(hù)可以瞬時(shí)動作，跳開母聯(lián)和故障母線上的斷路器。如果B套保護(hù)拒動或B套保護(hù)在退出運(yùn)行狀態(tài)的100 ms延時(shí)后，已跳開母聯(lián)斷路器的A套保護(hù)不再受母聯(lián)CT斷線的影響，能夠?qū)收夏妇€做出正確的選擇。方案3是根據(jù)繼電保護(hù)雙重化配置來設(shè)置兩套保護(hù)互為備用，而不是雙重化配置的兩套保護(hù)同時(shí)跳閘。假設(shè)母聯(lián)CT斷線后1母發(fā)生故障，以母聯(lián)CT斷線為時(shí)域起點(diǎn)，兩套保護(hù)動作行為的跳閘時(shí)序如圖5所示。

4 結(jié)語

本研究系統(tǒng)地概述了變電站發(fā)生CT二次回路斷線的環(huán)節(jié)及母聯(lián)CT斷線異常對母線保護(hù)動作行為的不利影響，提出了兩種母聯(lián)CT斷線的識別方案及三種處理方案。重點(diǎn)研究如何有效利用220 kV系統(tǒng)變電站中母線保護(hù)雙套配置互為備用，在母聯(lián)CT斷線后發(fā)生母線區(qū)內(nèi)斷線相故障時(shí)，采取瞬時(shí)跳母聯(lián)、延時(shí)跳母線的處理方案，既保證了母線差動保護(hù)動作的選擇性，又不影響繼電保護(hù)的速動性和可靠性，有效保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。該設(shè)計(jì)方案已成功運(yùn)用到新研發(fā)的新六統(tǒng)一常規(guī)采樣GOOSE跳閘母線保護(hù)裝置中，經(jīng)中國電科院的動模測試，在實(shí)際工程中大大提高了母線保護(hù)裝置對電力系統(tǒng)的安全保障作用。

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