關(guān)于CT斷線功能在智能變電站中應(yīng)用的探討

汪思滿 錢國明 唐治國

摘 要：國內(nèi)主流廠家對于CT斷線功能理解差異較大，保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中CT斷線方面的性能指標(biāo)要求較少，該文提出CT斷線功能的一些重要性能指標(biāo)；介紹國內(nèi)主流廠家母線保護(hù)的CT斷線功能，指出存在的不足；提出智能變電站CT斷線特征的概念，對智能變電站母線保護(hù)的CT斷線特征進(jìn)行了分析；充分利用智能變電站信息共享的優(yōu)勢，設(shè)計新的母線保護(hù)CT斷線功能實現(xiàn)方案，提升CT斷線功能的性能指標(biāo)，適應(yīng)智能變電站的應(yīng)用，給智能變電站保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定、運(yùn)行維護(hù)、保護(hù)裝置研制等提供參考。

關(guān)鍵詞：CT斷線 母線保護(hù) 方向保護(hù) 智能變電站 合并單元

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（a）-0063-04

The Discuss About CT Line-break Functions in Smart Substation

WANG Siman QIAN Guo-ming TANG Zhi-guo

（NANJING SAC POWER GRID AUTOMATION CO. LTD. ，Nanjing 211153， Jiangsu Province， China）

Abstract：There are large differences between major domestic manufacturers about understanding CT line-break function，and there are a few requirements about CT line-break performance index in protection standards.Some important performance indexes of CT line-break functions are put forward in this paper；CT line-break functions about busbar protection IEDs of major domestic manufacturers are introduced，and the deficiencies are pointed out；The author puts forward a concept about CT line-break features in smart substation， and CT line-break features are analyzed about busbar protection in smart substation；the author makes full use of the advantages of information sharing in smart substation，and designs a new scheme of CT line-break functions about busbar protection to improve performance indexes of CT line-break function，to adapt to the application of smart substation，and provides the reference for protection standard setting，operation maintenance，and protection design etc.of smart substation.

Key Words：CT line-break； busbar protection；directional protection；smart substation ；merging unit

常規(guī)變電站CT斷線由于發(fā)生的概率較低，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中提及的內(nèi)容比較少。保護(hù)裝置在電流互感器二次回路不正常或斷線時，應(yīng)發(fā)告警信號，除母線保護(hù)外，允許跳閘；縱聯(lián)差動保護(hù)，應(yīng)裝設(shè)電流回路斷線監(jiān)視裝置，斷線后動作于信號，電流回路斷線允許差動保護(hù)跳閘[1]；裝置應(yīng)具有TA斷線判別功能，發(fā)生TA斷線后應(yīng)發(fā)告警信號，對于雙母線等單斷路器主接線應(yīng)閉鎖保護(hù)，對于3/2接線等雙斷路器主接線可不閉鎖保護(hù)[2]；這些是保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對于CT斷線的主要內(nèi)容，標(biāo)準(zhǔn)中對于CT斷線的規(guī)范僅限于發(fā)告警信號和是否閉鎖保護(hù)，在CT斷線判別精度、判別時間、斷線相識別、斷線間隔識別、斷線閉鎖后快速開放策略等方面沒有細(xì)化的要求，但這些內(nèi)容是非常重要的性能指標(biāo)，處理的不好會直接影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。采樣值傳輸是變電站自動化系統(tǒng)過程層與間隔層通信的重要內(nèi)容，智能變電站過程層上最大的數(shù)據(jù)流出現(xiàn)在電子式互感器和保護(hù)、測控之間的采樣值傳輸過程中[3]，因此CT斷線不僅僅是常規(guī)變得站二次回路的概念了，通信回路等環(huán)節(jié)異常也表象為CT斷線特征，現(xiàn)有的CT斷線功能設(shè)計方案已經(jīng)不能完全適應(yīng)智能變電站的需求，有必要對CT斷線功能的設(shè)計方案進(jìn)行細(xì)化研究。

1 目前母線保護(hù)常用的CT斷線判據(jù)及其性能

1.1 支路CT斷線常用判據(jù)

常用判據(jù)1[4]：任一相大差電流大于 CT斷線定值，延時9秒發(fā)CT斷線信號，同時閉鎖差動保護(hù)。自動返回，返回時間0.9秒。

常用判據(jù)2[5]：CT斷線告警段和閉鎖段均經(jīng)固定延時10s發(fā)信號，在閉鎖段投入時判斷TA 斷線后按相按段閉鎖裝置，TA 斷線消失后，自動解除閉鎖。

常用判據(jù)3[6]：CT斷線閉鎖差動保護(hù)功能分為單相閉鎖和三相閉鎖；在大差單相有差流（差流達(dá)到CT斷線閉鎖定值）情況下，如果僅一路連接單元的該相二次無電流或電流較小、而其它兩相二次電流接近，且該路連接單元二次監(jiān)測到零序電流、最大相電流大于0.05In，則判定該相斷線，延時0.5s，閉鎖該相差動保護(hù)。在大差有差流（差流達(dá)到CT斷線閉鎖定值）情況下，不滿足單相CT斷線的判別條件，延時5s，閉鎖三相差動。

1.2 支路CT斷線判別存在的不足

快速斷線識別無，斷線判別的延時較長，容易造成誤動；斷線相識別無或不徹底；斷線間隔識別無；斷線后策略簡單，僅閉鎖差動，無記憶斷線間隔功能；閉鎖后快速開放策略無；CT斷線判別過于簡單，僅依賴于差流，有誤判的可能。

1.3 母聯(lián)CT斷線常用判據(jù)

母聯(lián)（分段）電流回路斷線，不閉鎖差動保護(hù)。與聯(lián)絡(luò)開關(guān)相連的兩段母線小差電流越限（差流達(dá)到CT斷線閉鎖定值），且大差不越限（差流達(dá)不到CT斷線閉鎖定值），發(fā)“互聯(lián)”信號，發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，差動保護(hù)按照互聯(lián)邏輯動作出口[4-6]

1.4 母聯(lián)CT斷線判別存在的不足

母聯(lián)斷線后發(fā)“互聯(lián)”信號，把母聯(lián)連接的兩條母線當(dāng)成一條母線處理，小差失去選擇性，母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，兩條母線都會跳閘，導(dǎo)致事故跳閘范圍的擴(kuò)大。

2 智能變電站CT斷線特征

智能變電站以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求 [7]。合并單元是智能變電站中的重要設(shè)備，合并單元完成數(shù)據(jù)采集，并通過通信接口和其它設(shè)備共享采樣數(shù)據(jù)，保護(hù)設(shè)備之間通過共享網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)GOOSE信息交換，CT斷線特征的信息可以通過GOOSE互聯(lián)。

智能變電站過程層的通信方案有多種[7]，本文以MSV直連GOOSE組網(wǎng)的方案進(jìn)行說明，主要體現(xiàn)設(shè)備間的通信連接環(huán)節(jié)，組網(wǎng)方案的變化不影響該文的分析內(nèi)容。如圖1所示，電流數(shù)據(jù)的采集和傳輸環(huán)節(jié)較多，每一個環(huán)節(jié)都有可能發(fā)生異常，通信等環(huán)節(jié)異常可以實時檢測，在每一幀MSV報文中立即置錯誤標(biāo)志，那么在保護(hù)接收端收到的電流數(shù)據(jù)就不可用，立即閉鎖相關(guān)保護(hù)，出現(xiàn)異常的電流數(shù)據(jù)置零，對于保護(hù)裝置IED采集到的電流也表現(xiàn)為單相或者三相斷線的特征。因此智能變電站由于采樣方式的不同，CT斷線特征可以分為：數(shù)據(jù)傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)的異常（即依據(jù)錯誤標(biāo)志識別）和CT斷線（即依據(jù)電流識別），CT斷線特征結(jié)果取它們的或門邏輯。

系統(tǒng)架構(gòu)的復(fù)雜性和新技術(shù)的應(yīng)用必然導(dǎo)致應(yīng)用初期數(shù)據(jù)采樣傳輸穩(wěn)定性不高，短期內(nèi)CT斷線特征發(fā)生的概率也會較常規(guī)站高，CT斷線特征需要細(xì)化研究，盡最大的努力降低由于CT斷線特征帶來的安全隱患。

3 CT斷線功能新方案

3.1 快速CT斷線功能設(shè)計方案及案例

對于重負(fù)荷間隔CT發(fā)生斷線，目前斷線判別的延時一般較長，滯后于差動動作的時間，差動動作時間一般小于20ms，如果沒有快速CT斷線的判別功能，在電壓閉鎖開放或者用于無電壓閉鎖功能的母線保護(hù)時，可能會導(dǎo)致差動保護(hù)誤動出口跳閘。快速CT斷線判別可以基于這樣的原則：對于斷線特征量明顯，會立即導(dǎo)致誤動的情況，判別時間要快；斷線特征量不明顯的，不會立即導(dǎo)致誤動的，判別時間慢一點可以接受，保證判別的精度要求。

電流互感器二次斷線最明顯的特征是電流下降[8]，對于重負(fù)荷間隔的CT斷線，特征表現(xiàn)為制動量減小的突變，對于一些復(fù)雜故障，特征也有表現(xiàn)為制動量減小的突變，如高阻接地故障、區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障，但可以通過狀態(tài)序列復(fù)合判斷方法鑒別這些復(fù)雜故障，區(qū)分是故障狀態(tài)就不判CT斷線，防止誤判。

故障特征一般表現(xiàn)為制動量增大的突變，不可預(yù)知的CT斷線特征（即依據(jù)電流識別）三相同時發(fā)生的概率非常小，因此不考慮三相同時斷線的情況。快速CT斷線判別設(shè)計為：非故障狀態(tài)下，大差某相制動電流向下突變，瞬時值突變量值達(dá)到20%以上，此相別大差差流也接近突變量值的大小，立即閉鎖差動保護(hù)20 ms，快速CT斷線判別在這個時間內(nèi)完成；掃描每一個間隔的零序電流，如出現(xiàn)三相電流較不平衡的間隔，此間隔三相電流進(jìn)行比較，電流較小的相別和出現(xiàn)大差差流越限的相別對應(yīng)，那么判斷為此間隔此相斷線，置此相別CT斷線，并且記憶斷線間隔編號，直至差流消失CT斷線返回或者開關(guān)斷開。

某110 kV變電站雙母線接線的母線保護(hù)裝置在實際發(fā)生CT斷線時的錄波數(shù)據(jù)，如圖2所示，由于沒有快速CT斷線判別功能，差動元件誤動作，開始由于電壓閉鎖元件沒有開放，沒有跳閘出口，后來由于誤拉裝置PT開關(guān)，電壓閉鎖元件開放，造成誤跳閘事故。ia_14、ib_14、ic_14分別為編號為14間隔的三相電流，錄波顯示14間隔B相發(fā)生CT斷線，Id_B為B相的大差差流，If_B為B相的大差制動電流，本案例能夠被新的設(shè)計方案快速識別出CT斷線，能夠避免誤動的發(fā)生。

3.2 支路CT斷線特征閉鎖后快速開放設(shè)計方案

新的CT斷線判別方案識別和記憶斷線間隔和相別，CT斷線特征出現(xiàn)后，斷線相的大差差動是被閉鎖的，相當(dāng)于差動保護(hù)被退出，此時可投入方向式母線保護(hù)。方向式母線保護(hù)的動作條件是有一個及以上指向母線的方向元件動作，同時沒有任何一個指向線路方向的元件動作[9-10]。如圖2所示，方向元件取各間隔保護(hù)IED的方向元件，各間隔保護(hù)IED方向元件的結(jié)果通過GOOSE網(wǎng)傳輸給母線保護(hù)。

方向元件的設(shè)計，方向指向母線為1，非指向母線為-1，無故障為0，如下式所示：

（1）

變壓器間隔的方向元件設(shè)計：如圖3 a）所示，虛線框內(nèi)的間隔表示對于母線保護(hù)IED有CT斷線特征，此間隔為變壓器，一種情況：變壓器間隔保護(hù)IED本側(cè)無CT斷線特征，如圖1所示，假設(shè)E7處有異常，E5處沒有異常的情況，直接取變壓器保護(hù)IED本側(cè)的方向元件的結(jié)果；另一種情況：變壓器間隔保護(hù)IED本側(cè)也有CT斷線特征，那么就需要用其它側(cè)的方向元件合成本側(cè)的方向元件，方向指向范圍包含了變壓器，由于F2或F3故障都要跳開本側(cè)開關(guān)，所以方向范圍包含變壓器不影響跳變壓器本側(cè)的選擇性。

線路間隔的方向元件設(shè)計：如圖3b）所示，虛線框內(nèi)的間隔表示對于母線保護(hù)IED有CT斷線特征，此間隔為線路，一種情況：線路間隔保護(hù)IED無CT斷線特征，如圖1所示，假設(shè)E7處有異常，E5處沒有異常的情況，直接取線路保護(hù)IED的方向元件的結(jié)果；另一種情況：線路間隔保護(hù)IED也有CT斷線特征，這時要用對側(cè)的方向元件結(jié)果，方向指向范圍包含了線路本身，由于F7或F8故障都要跳開線路本側(cè)開關(guān)，所以方向范圍包含線路本身不影響跳本側(cè)線路開關(guān)的選擇性。

母線保護(hù)IED判別出有CT斷線特征后閉鎖差動保護(hù)，投入方向保護(hù)，如方向保護(hù)判別出故障方向指向母線，那么立即跳開有CT斷線特征的間隔和母聯(lián)間隔，經(jīng)延時確認(rèn)斷線間隔的開關(guān)確實跳開，CT斷線閉鎖返回，這時就可以通過差動保護(hù)選擇故障母線，避免僅閉鎖差動保護(hù)導(dǎo)致的拒動。

3.3 母聯(lián)CT斷線功能設(shè)計方案

分相母聯(lián)CT斷線判別，與母聯(lián)連接的兩個小差任意一相的差流都大于CT斷線定值，同相別的大差差流小于CT斷線定值，母聯(lián)開關(guān)處于合位，母聯(lián)電流三相不平衡，本相電流較其它相別低，判定為母聯(lián)本相CT斷線，如果母聯(lián)電流僅不滿足電流三相不平衡的特征，其它條件都滿足，則判為母聯(lián)三相斷線。任意一相的母聯(lián)電流的SV報文中錯誤標(biāo)置1，本相電流數(shù)據(jù)不可用，等同于本相母聯(lián)CT斷線。此處母聯(lián)CT斷線的判斷，較過去增加了一些必要條件，原因取決于斷線以后的策略，防止其它特殊情況誤判為母聯(lián)CT斷線，導(dǎo)致策略的不適用，策略僅針對母聯(lián)CT斷線特征。如：小差差流產(chǎn)生的原因是由于隔刀位置錯誤導(dǎo)致的，某間隔實際運(yùn)行在I母線，但隔刀位置信號接收的確是II母線，這樣導(dǎo)致I、II母的小差差流都不平衡的情況和母聯(lián)CT斷線特征類似，這種情況要排除在外。

母聯(lián)CT斷線特征出現(xiàn)后的策略，母聯(lián)任一相判斷出有CT斷線，立即閉鎖與母聯(lián)連接的兩個小差，大差不被閉鎖，此時母線如果發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，小差因被閉鎖不動作，大差動作僅跳開母聯(lián)開關(guān)，母聯(lián)開關(guān)位置由合到分，延時一段時間（躲開母聯(lián)開關(guān)的滅弧時間，一般設(shè)定為100 ms），確認(rèn)母聯(lián)開關(guān)斷開，母聯(lián)CT斷線特征不再影響差動保護(hù)的選擇性，母聯(lián)CT斷線特征閉鎖小差返回，小差恢復(fù)選擇性，可以正確選擇故障母線跳閘。

4 結(jié)論

CT斷線功能的設(shè)計需要考慮判別精度、判別速度、斷線相、斷線間隔等性能指標(biāo)。

CT斷線特征是智能變電站CT斷線功能設(shè)計的對象。

快速CT斷線判據(jù)可有效解決大電流CT斷線導(dǎo)致誤動的情況發(fā)生。

利用智能站GOOSE組網(wǎng)的優(yōu)勢，在支路CT斷線特征出現(xiàn)時，母線保護(hù)IED投入方向保護(hù)是可行的，解決了拒動的問題，可明顯提升母線保護(hù)單套配置的可靠性。

母聯(lián)CT斷線特征設(shè)計方案，解決了拒動或者失去選擇性的問題。

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