康豐，周小波，唐治國(guó)

(南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，南京 211100)

0 引言

電力系統(tǒng)中發(fā)生電流互感器(CT)斷線時(shí)，要求各種保護(hù)不要誤動(dòng)［1－4］，此要求對(duì)于母線保護(hù)來(lái)說(shuō)尤其重要［5－8］。若斷線單元的斷線電流大于母線保護(hù)的動(dòng)作電流值，且母線保護(hù)的比率制動(dòng)特性也滿足要求，母線保護(hù)往往會(huì)發(fā)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作［9］。在220kV電壓等級(jí)及其以下的母線保護(hù)往往由電壓閉鎖來(lái)防止大電流CT斷線導(dǎo)致的母線保護(hù)誤動(dòng)。然而，330 kV及其以上電壓等級(jí)的母線保護(hù)往往由于電壓靈敏度的問(wèn)題取消了電壓閉鎖邏輯，此時(shí)大電流CT斷線往往會(huì)導(dǎo)致母線保護(hù)動(dòng)作出口，切除母線上所有單元。目前，CT斷線的判別往往通過(guò)母線差流產(chǎn)生的時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，差流一直存在且滿足一定的延時(shí)，母線保護(hù)才發(fā)CT斷線閉鎖信號(hào)來(lái)提示母線保護(hù)已經(jīng)被閉鎖［10－11］。此方法不能快速地反映CT斷線，且存在母線保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。本文提出的方案是利用母線保護(hù)數(shù)據(jù)采集量大的特點(diǎn)，通過(guò)分析故障時(shí)刻的數(shù)據(jù)量及CT斷線時(shí)刻數(shù)據(jù)量的特征，快速、有效地分析出母線保護(hù)的CT斷線。

1 母線保護(hù)的數(shù)據(jù)量特征分析

1.1 母線保護(hù)的區(qū)內(nèi)外故障波形特征分析

圖1為典型3/2接線的母線實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀(RTDS)模型，此模型含有2個(gè)串回路、1個(gè)大電源發(fā)生器及線路雙回回路等。交流互感器IBUR5(以下簡(jiǎn)稱I5)和IBUR6(以下簡(jiǎn)稱I6)的二次電流接入母線保護(hù)。在母線發(fā)生故障時(shí)對(duì)I5和I6的電流波形進(jìn)行分析。

圖1 母線保護(hù)仿真模型接線

母線保護(hù)發(fā)生區(qū)內(nèi)或區(qū)外故障時(shí)，其顯著特征為母線保護(hù)制動(dòng)電流發(fā)生明顯變化，如圖2(母線區(qū)外故障)和圖3(母線區(qū)內(nèi)故障)所示。從圖2可以看出，母線的制動(dòng)電流(IFA)發(fā)生變化，其IFA增大，但母線保護(hù)無(wú)差動(dòng)電流(IDCA);從圖3可以看出，母線保護(hù)的IFA也發(fā)生了變化，其IFA變大，但母線保護(hù)存在IDCA。從圖2和圖3還可以看出，每個(gè)母線間隔電流都有變化，特別在其故障相，每個(gè)間隔電流往增大的方向增加。在故障期間，間隔三相電流的平衡被打破，導(dǎo)致間隔單元存在零序電流。

1.2 母線保護(hù)CT斷線時(shí)的波形特征分析

當(dāng)母線發(fā)生CT斷線時(shí)，其波形如圖4(母線CT斷線)所示。從圖4可以看出，I5A的電流斷線，母線保護(hù)的制動(dòng)電流發(fā)生了變化，但 IFA變小;在波形圖中也可以看出母線保護(hù)產(chǎn)生了IDCA，其大小為斷線相的電流大小。再觀察母線保護(hù)間隔的電流，發(fā)現(xiàn)只有斷線間隔有零序電流，其他間隔無(wú)零序電流。由于現(xiàn)在母線保護(hù)的差動(dòng)判據(jù)能在20 ms內(nèi)判出差動(dòng)故障，而目前母線CT斷線判據(jù)的延時(shí)往往為秒級(jí)，故圖4的波形往往容易造成母線保護(hù)誤動(dòng)。

圖2 母線保護(hù)區(qū)外故障波形

圖3 母線保護(hù)區(qū)內(nèi)故障波形

2 母線保護(hù)快速CT斷線關(guān)鍵技術(shù)

為了解決母線保護(hù)裝置在大電流CT斷線(斷線相的電流大于母線保護(hù)的差動(dòng)定值)時(shí)易誤動(dòng)的問(wèn)題，該技術(shù)利用電流變化量的變化特征，配合其他輔助判據(jù)，能有效區(qū)分故障與斷線，達(dá)到母線保護(hù)不誤動(dòng)的目的。

2.1 基于電流變化量的母線保護(hù)快速CT斷線技術(shù)方案

通過(guò)分析目前應(yīng)用較為廣泛的CT斷線方案，提出以下技術(shù)方案:通過(guò)分析母線上連接的各單元(母聯(lián)、線路、變壓器等)的電流變化量特征來(lái)判斷CT斷線。電流變化量與預(yù)設(shè)門檻比較可分為向上變化、向下變化及無(wú)變化3種，統(tǒng)計(jì)母線上的3種電流變化量，將統(tǒng)計(jì)值與制動(dòng)電流的變化量結(jié)合，使得母線保護(hù)CT斷線行為正確而且快速。

圖4 母線保護(hù)的CT斷線波形圖

2.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

以圖5為例，母線上有3個(gè)單元，分別為單元1、單元2和單元3，其步驟如下。

圖5 3個(gè)單元的母線示意

2.2.1 步驟1:數(shù)據(jù)采集

對(duì)母線上各連接單元A，B，C三相電流以恒定的采樣頻率進(jìn)行電流采樣。母線上所有連接單元如圖5所示:以單母線為例，連接單元為 I1，I2，I3，其中I1，I2，I3可定義為主變壓器、線路等。

2.2.2 步驟2:計(jì)算各單元每相電流變化量和零序電流

分別計(jì)算母線上各連接單元A，B，C三相電流變化量，然后電流變化量與預(yù)設(shè)定值(Iset1)相比較判斷電流變化方向，并記住每相電流的變化方向。其計(jì)算方法如下:

式中:I為前采樣點(diǎn)電流;I1為前兩周波采樣點(diǎn)電流，Φ分別為A，B，C三相;n表示母線上的第n個(gè)連接單元;ΔI表示在當(dāng)前采樣點(diǎn)的電流與前n個(gè)周波對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的電流之差。在圖5所示連接單元中，各單元電流變化量(以I1C為例)為

式中:I1Cj為當(dāng)前計(jì)算點(diǎn)C相電流;I1Cn為上n周波對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)。

計(jì)算每個(gè)單元的零序電流

式中:InL為n支路的當(dāng)前零序采樣點(diǎn)電流;InA，InB，InC為n支路當(dāng)前采樣點(diǎn)電流。

以第1單元的零序電流示例，則I1L=I1A+I1B+I1C。據(jù)此可求出各單元的零序電流I1L，I2L，I3L。經(jīng)過(guò)如下處理后，判別出零序電流存在支路，具體比較如下(第1單元為例):I1L＞Iset1時(shí)，第1單元判存在零序電流，NL1=1;否則判無(wú)零序電流，NL1=0。

2.2.3 步驟3:計(jì)算差流及制動(dòng)電流及其變化量

分別依據(jù)母線的差流和制動(dòng)電流計(jì)算公式

求出母線保護(hù)每相的差流和制動(dòng)電流(以C相為例):

計(jì)算制動(dòng)電流的變化量

式中:ΔIf為制動(dòng)電流變化量;If1為前n個(gè)周波的制動(dòng)電流;If為當(dāng)前采樣點(diǎn)的制動(dòng)電流。

以C相為例，ΔIfCj=IfCj－If1Cj?？蓳?jù)此求出A，B，C三相制動(dòng)電流的變化量，并與母線保護(hù)的差動(dòng)定值做比較，判別制動(dòng)電流的變化(以C相為例):當(dāng)ΔIfCj＞母線保護(hù)的差動(dòng)定值時(shí)，制動(dòng)電流向上變化，NFUC=1;否則制動(dòng)電流無(wú)向上變化，NFUC=0;以此類推，可計(jì)算出A，B相的差流和制動(dòng)電流及制動(dòng)電流的變化量NFUA，NFUB。

2.2.4 步驟4:電流變化量的統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)電流變化量，主要統(tǒng)計(jì)電流向上的變化量(N1)、向下的變化量(N2)以及制動(dòng)電流向上的變化量(N4)、零序電流產(chǎn)生單元的數(shù)量(N3)。以圖5所連接的3個(gè)單元為例:

2.2.5 步驟5:通過(guò)統(tǒng)籌判斷CT斷線

(1)電流變化量向上的總數(shù)(N1)大于0。

(2)電流變化量向下的總數(shù)(N2)大于1。

(3)零序電流的總數(shù)(N3)大于1。

(4)制動(dòng)電流向上變化量的總數(shù)(N4)大于0。

當(dāng)上面4個(gè)條件有1個(gè)滿足時(shí)，則不進(jìn)行快速CT斷線判別。當(dāng)上面的條件都不滿足時(shí)，則進(jìn)行快速CT斷線判別，其步驟如下。

第1步:若判斷電流向下的總數(shù)(N2)為1，則記住電流向下變化的單元及其相別。

第2步:若零序電流的總數(shù)(N3)等于1，則記住零序電流存在的單元。

第3步:母線保護(hù)的差流Id大于CT斷線閉鎖的定值，則記住差流存在的相別。

第4步:當(dāng)差流存在的相別與電流向下變化的相別一致且電流變化的單元與零序存在的單元一致時(shí)，則進(jìn)一步判斷快速CT斷線。

第5步:前面4步都滿足時(shí)，則對(duì)斷線單元的電流進(jìn)行比較。電流向下變化的相別電流要最小，其他兩相電流都比斷線相電流大且大小相近。

當(dāng)這5步運(yùn)行完畢且條件都滿足時(shí)，則認(rèn)為母線保護(hù)的快速CT斷線條件滿足，為了滿足可靠性要求，連續(xù)判斷M(M小于1個(gè)周波的采樣點(diǎn)數(shù))個(gè)點(diǎn)，如果M個(gè)點(diǎn)全面滿足條件，則認(rèn)為母線保護(hù)CT斷線，發(fā)CT斷線信號(hào)，閉鎖母線保護(hù)，其邏輯如圖6所示。

2.3 技術(shù)的應(yīng)用

利用上面的5個(gè)步驟分析圖2(母線區(qū)外故障)、圖3(母線區(qū)內(nèi)故障)和圖4(母線大電流CT斷線)的波形，來(lái)檢驗(yàn)此技術(shù)的正確與有效。

(1)圖2為母線區(qū)外故障(A相)錄波圖，利用上面的公式可以算出 N1=2，N2=0，N3=2，N4=1。由于N1＞0或N3＞1，則認(rèn)為母線發(fā)生了故障而不是發(fā)生了CT斷線，不閉鎖母線保護(hù)。

(2)圖3為母線區(qū)內(nèi)故障(A相)錄波圖，利用上面的公式可以算出 N1=1，N2=0，N3=1，N4=0。由于N1＞0或N3＞1，故認(rèn)為母線發(fā)生了故障而不是發(fā)生了CT斷線，不閉鎖母線保護(hù)。

圖6 基于電流變化量的母線保護(hù)快速CT斷線邏輯

(3)圖4為CT斷線時(shí)的錄波圖，圖4中母線I5 A相斷線，A相為大電流CT斷線，斷線時(shí)產(chǎn)生的差流大于斷線閉鎖定值且還大于母線保護(hù)動(dòng)作定值。利用上面的公式則可以算出:N1=0，N2=1，N3=1，N4=0。此時(shí)差流產(chǎn)生的相別與電流變化的相別一致，電流變化的單元與零序存在的單元一致，C相的電流斷線后降到了無(wú)流門檻以下，A和B相電流的幅值遠(yuǎn)大于C相電流且A和B相電流大小相差不大。故此判據(jù)很快地判出第1單元C相斷線并閉鎖母線保護(hù)。如果無(wú)此判據(jù)，母線保護(hù)由于差流滿足條件會(huì)誤動(dòng)作。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，利用基于電流變化量的母線保護(hù)的快速CT斷線判斷方案，能準(zhǔn)確地判斷出CT斷線單元及其斷線相，能及時(shí)閉鎖母線保護(hù)，防止母線保護(hù)誤動(dòng)。尤其對(duì)沒(méi)有電壓閉鎖的母線保護(hù)，此判據(jù)能夠有效地防止其大電流CT斷線引起的母線保護(hù)誤動(dòng)。電流變化量的快速CT斷線有效地解決了母線保護(hù)大電流CT斷線誤動(dòng)的難題，該技術(shù)可用于母線保護(hù)裝置，提高母線保護(hù)的安全性。

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