單CT配置方式下線路末端故障快切風(fēng)險分析及解決方案

高逸舟

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司谷城縣供電公司，湖北 谷城 441700）

0 引 言

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和智能化程度的提升，人們對電力系統(tǒng)運行的安全性和可靠性要求日益提高。在電力系統(tǒng)中，故障快切的處理是保證系統(tǒng)安全運行的重要環(huán)節(jié)之一[1]。傳統(tǒng)的故障快切方案需要對不同的線路末端單獨配置電流互感器（Current Transformer，CT），以快速切除線路末端故障。然而，這種方式在成本和工程實施方面存在一定問題[2,3]。文章針對單CT配置方式下線路末端故障快切風(fēng)險進行分析，并提出解決方案。通過定值優(yōu)化和跳位加速邏輯的設(shè)計，有效降低故障快切的風(fēng)險，提高整個系統(tǒng)的保護可靠性。

其中，定值優(yōu)化是根據(jù)系統(tǒng)的特點和需求，對判據(jù)定值進行優(yōu)化調(diào)整，使故障切除的動作能夠更準確地定位故障。通過對系統(tǒng)參數(shù)和工作條件的分析，結(jié)合求解優(yōu)化問題的方法，得到最優(yōu)的定值配置方案[4]。跳位加速邏輯是在故障快切觸發(fā)后，通過設(shè)計合理的跳位判據(jù)和快速切除邏輯，縮短故障切除時間。通過聯(lián)合檢測電流和電壓，建立故障參考模型，可縮短故障切除時間，提高系統(tǒng)的保護可靠性[5]。

1 單CT配置線路線末故障快切風(fēng)險分析

單CT配置方式如圖1所示。線路間隔斷路器僅配置了一只CT。為避免斷路器與CT間發(fā)生故障，線路保護跳開斷路器后仍然無法切除故障，要求CT必須安裝在斷路器靠線路側(cè)。單CT配置方式下，為避免線路保護與母線保護范圍出現(xiàn)死區(qū)，要求線路保護和母線保護交叉使用CT繞組，即母線保護使用CT靠線路側(cè)保護繞組，線路保護使用CT靠母線側(cè)保護繞組，從而實現(xiàn)保護范圍交叉，消除保護死區(qū)。

圖1 線路間隔典型單CT配置方式

傳統(tǒng)的繼電保護系統(tǒng)中，通常使用2個互為備份的CT來快速切除線路末端故障。然而，在某些情況下，由于一些特殊的限制或者經(jīng)濟因素，只能采用單CT配置方式，如圖2所示。單CT配置方式下的線路末端故障快切存在一定風(fēng)險。由于只有一個CT進行電流采集，當(dāng)該CT發(fā)生故障或失效時，將無法正常檢測到故障電流，從而導(dǎo)致保護系統(tǒng)的失效。另外，由于只有一個CT提供電流信息，容易受到負荷變化、電壓波動等因素的影響，引起保護誤動作或漏動作的問題。為解決這些問題，引入跳位加速邏輯，即在檢測到故障時，通過比較故障電流的大小和方向判斷故障位置，并采取相應(yīng)的保護動作。這種邏輯可以加快保護系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少誤動作的可能性。此外，需要進行防誤動特性分析。通過分析單CT配置方式下的故障情況，確定誤動作的原因和特點，制定相應(yīng)的防護措施，確保保護系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

圖2 單CT配置保護范圍

2 解決方案

當(dāng)前的電網(wǎng)運行規(guī)程并未充分考慮單CT配置帶來的線路末端故障快切風(fēng)險，系統(tǒng)運行方式和整定原則仍存在一定的優(yōu)化空間，線路保護也未針對此類故障設(shè)計快速切除邏輯[6,7]。文章從優(yōu)化運行管理和完善保護邏輯2個維度研究解決方案。優(yōu)化運行管理解決方案主要從電網(wǎng)運行方式和整定原則2個方面實施，而完善保護邏輯方案主要在發(fā)生故障時通過快速保護動作邏輯切除故障來降低風(fēng)險。

2.1 運行管理優(yōu)化措施

2.1.1 電網(wǎng)運行方式優(yōu)化

第一，復(fù)電操作順序優(yōu)化。單CT側(cè)往雙CT側(cè)充電的過程如圖3所示。首先，復(fù)電操作順序的優(yōu)化應(yīng)考慮故障的位置。當(dāng)線路K點發(fā)生故障時，可通過充電過流保護以較快速度切除故障。在復(fù)電時，可以先恢復(fù)離故障點較近的支路，以便盡快恢復(fù)該支路的供電。這樣可以縮短用戶的停電時間，減少對用戶的影響。其次，復(fù)電操作順序的優(yōu)化要考慮供電范圍。如果單CT側(cè)充電后故障點在單CT范圍外但位于線路保護范圍內(nèi)，可由線路差動保護快速切除故障，先恢復(fù)重要用戶的供電，然后逐漸擴展到其他用戶。這種方式可以保證供電的優(yōu)先級，確保重要用戶得到及時供電。最后，復(fù)電操作順序的優(yōu)化還要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在進行復(fù)電操作時，應(yīng)合理控制復(fù)電速度，避免短時間內(nèi)大規(guī)模復(fù)電導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。采取逐級復(fù)電、分段復(fù)電的方式，逐步將線路引入系統(tǒng)，有助于確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

圖3 單CT側(cè)往雙CT側(cè)充電

第二，系統(tǒng)斷點位置優(yōu)化。通過對線路故障類型、故障位置以及故障電流等參數(shù)進行研究，可合理選擇系統(tǒng)斷點位置。對于容易發(fā)生故障的部位，應(yīng)優(yōu)先設(shè)置系統(tǒng)斷點，以快速切除故障點，減少對整個系統(tǒng)運行的影響。此外，充分利用現(xiàn)有的監(jiān)測和控制技術(shù)來支持系統(tǒng)斷點位置優(yōu)化。通過實時監(jiān)測系統(tǒng)的電流、電壓等參數(shù)，結(jié)合保護設(shè)備的動作情況，及時判斷故障點位置，并進行相應(yīng)的切除操作，有效降低故障快切風(fēng)險。利用自動化控制技術(shù)，實現(xiàn)對系統(tǒng)斷點位置的智能判斷和調(diào)整，提高系統(tǒng)的自動化程度與運行效率。

2.1.2 整定原則優(yōu)化

在單CT配置方式下，為了降低線路末端故障快切風(fēng)險，需要優(yōu)化保護裝置的整定原則。整定原則是根據(jù)電網(wǎng)的特點和設(shè)備的參數(shù)來確定保護裝置的整定參數(shù)，確保保護裝置能夠準確檢測和切除故障[8]。

第一，優(yōu)化保護裝置的動作時間。動作時間是保護裝置從檢測到故障發(fā)生到切除故障的時間。在單CT配置方式下，由于不能同時檢測線路兩端的電流，需要通過優(yōu)化整定原則來減少動作時間。采用經(jīng)驗公式或者模擬計算的方法，可確定合適的動作時間范圍。實際應(yīng)用中，還可以根據(jù)運行經(jīng)驗和設(shè)備狀態(tài)來進一步優(yōu)化動作時間。

第二，優(yōu)化保護裝置的靈敏度。靈敏度指保護裝置對故障信號的檢測能力。在單CT配置方式下，由于只能檢測到一側(cè)的電流，需要通過優(yōu)化整定原則來提高保護裝置的靈敏度。通過調(diào)整整定參數(shù)，如電流閾值和時間延遲等，來提高保護裝置對故障信號的檢測能力。同時，考慮設(shè)備的參數(shù)變化和噪聲的影響，確保保護裝置的靈敏度能夠滿足實際應(yīng)用需求。

第三，優(yōu)化保護裝置的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是保護裝置在正常工作條件下不發(fā)生誤動的能力。在單CT配置方式下，由于只能檢測到一側(cè)的電流，需要通過優(yōu)化整定原則來提高保護裝置的穩(wěn)定性。通過調(diào)整整定參數(shù)，如時間延遲和靈敏度等，來減少誤動的概率。同時，考慮設(shè)備的參數(shù)變化和系統(tǒng)的運行狀態(tài)，確保保護裝置的穩(wěn)定性能夠滿足實際應(yīng)用需求。

第四，驗證和優(yōu)化整定原則。實際應(yīng)用中，可以通過模擬計算、實驗驗證以及運行監(jiān)測等方法驗證和優(yōu)化整定原則。通過與實際故障的比對和分析，進一步優(yōu)化整定原則，提高保護裝置的性能。

2.2 保護動作邏輯完善

2.2.1 跳位加速邏輯

跳位加速邏輯是一種用于單CT配置方式下線路末端故障快切的解決方案。傳統(tǒng)的單CT配置方式中，由于只有一個CT對線路進行保護，當(dāng)線路末端發(fā)生故障時，需要經(jīng)過一系列的判斷和計算才能確定故障位置，并觸發(fā)保護動作。這個過程會有一定的時間延遲，導(dǎo)致故障處理不及時，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性造成影響。為解決這個問題，引入跳位加速邏輯。跳位加速保護本側(cè)邏輯和跳位加速保護對側(cè)邏輯分別如圖4和圖5所示。

圖4 跳位加速保護本側(cè)邏輯

圖5 跳位加速保護對側(cè)邏輯

當(dāng)線路末端發(fā)生故障時，故障電流會通過線路上的電阻和電感元件流向線路的起點；而在故障發(fā)生位置之前的線路上，由于沒有故障電流的注入，電壓波形會與正常情況下的波形有所不同。因此，通過檢測線路上電壓波形的變化，可以間接判斷故障位置。

2.2.2 防誤動特性分析

在發(fā)生故障時，保護裝置能夠正確判斷故障的類型和位置，避免虛假動作或誤動作。針對單CT配置方式下的防誤動問題，可以采取以下措施。

第一，信號濾波。通過對電流、電壓等信號進行濾波處理，消除干擾信號對保護裝置的影響，提高保護裝置的判斷準確性。常用的濾波方法有低通濾波、高通濾波以及帶通濾波等。

第二，整定參數(shù)優(yōu)化。合理設(shè)置保護裝置的整定參數(shù)，確保在正常工作條件下能夠靈敏檢測故障，而不受外界因素的影響。

第三，加強邏輯判斷。改進保護裝置的邏輯判斷算法，提高對故障類型的識別能力。引入多重判斷邏輯，通過對不同信號的綜合分析，提高故障判斷的準確性。同時，根據(jù)歷史故障數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，建立故障模型，進一步提高判斷精度。

3 結(jié) 論

通過對單CT配置方式下線路末端故障快切風(fēng)險的分析及解決方案的研究，為電力系統(tǒng)中故障快切問題的解決提供新的思路和方法。通過定值優(yōu)化和跳位加速邏輯的設(shè)計，有效降低故障快切的風(fēng)險，提高系統(tǒng)的故障處理能力和保護可靠性。