單CT配置方式下線路末端故障快切風險分析及解決方案

高逸舟

（國網湖北省電力有限公司谷城縣供電公司，湖北 谷城 441700）

0 引 言

隨著電力系統的發展和智能化程度的提升，人們對電力系統運行的安全性和可靠性要求日益提高。在電力系統中，故障快切的處理是保證系統安全運行的重要環節之一[1]。傳統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險進行分析，并提出解決方案。通過定值優化和跳位加速邏輯的設計，有效降低故障快切的風險，提高整個系統的保護可靠性。

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

1 單CT配置線路線末故障快切風險分析

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。單CT配置方式下，為避免線路保護與母線保護范圍出現死區，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靠線路側保護繞組，線路保護使用CT靠母線側保護繞組，從而實現保護范圍交叉，消除保護死區。

圖1 線路間隔典型單CT配置方式

傳統的繼電保護系統中，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險。由于只有一個CT進行電流采集，當該CT發生故障或失效時，將無法正常檢測到故障電流，從而導致保護系統的失效。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，并采取相應的保護動作。這種邏輯可以加快保護系統的響應速度，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，制定相應的防護措施，確保保護系統的可靠性和穩定性。

圖2 單CT配置保護范圍

2 解決方案

當前的電網運行規程并未充分考慮單CT配置帶來的線路末端故障快切風險，系統運行方式和整定原則仍存在一定的優化空間，線路保護也未針對此類故障設計快速切除邏輯[6,7]。文章從優化運行管理和完善保護邏輯2個維度研究解決方案。優化運行管理解決方案主要從電網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生故障時通過快速保護動作邏輯切除故障來降低風險。

2.1 運行管理優化措施

2.1.1 電網運行方式優化

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

圖3 單CT側往雙CT側充電

第二，系統斷點位置優化。通過對線路故障類型、故障位置以及故障電流等參數進行研究，可合理選擇系統斷點位置。對于容易發生故障的部位，應優先設置系統斷點，以快速切除故障點，減少對整個系統運行的影響。此外，充分利用現有的監測和控制技術來支持系統斷點位置優化。通過實時監測系統的電流、電壓等參數，結合保護設備的動作情況，及時判斷故障點位置，并進行相應的切除操作，有效降低故障快切風險。利用自動化控制技術，實現對系統斷點位置的智能判斷和調整，提高系統的自動化程度與運行效率。

2.1.2 整定原則優化

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

第一，優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，需要通過優化整定原則來減少動作時間。采用經驗公式或者模擬計算的方法，可確定合適的動作時間范圍。實際應用中，還可以根據運行經驗和設備狀態來進一步優化動作時間。

第二，優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的電流，需要通過優化整定原則來提高保護裝置的靈敏度。通過調整整定參數，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，考慮設備的參數變化和噪聲的影響，確保保護裝置的靈敏度能夠滿足實際應用需求。

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

第四，驗證和優化整定原則。實際應用中，可以通過模擬計算、實驗驗證以及運行監測等方法驗證和優化整定原則。通過與實際故障的比對和分析，進一步優化整定原則，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。傳統的單CT配置方式中，由于只有一個CT對線路進行保護，當線路末端發生故障時，需要經過一系列的判斷和計算才能確定故障位置，并觸發保護動作。這個過程會有一定的時間延遲，導致故障處理不及時，對電網的穩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。跳位加速保護本側邏輯和跳位加速保護對側邏輯分別如圖4和圖5所示。

圖4 跳位加速保護本側邏輯

圖5 跳位加速保護對側邏輯

當線路末端發生故障時，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，整定參數優化。合理設置保護裝置的整定參數，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，根據歷史故障數據進行訓練，建立故障模型，進一步提高判斷精度。

3 結 論

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