譚凌，楊德培，李延新，欒慶武，李肖博

（1.國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061；2.四川省電力公司，成都 610041）

基于站域保護(hù)的失靈邏輯與CT斷線邏輯研究

譚凌1，楊德培2，李延新1，欒慶武1，李肖博1

（1.國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061；2.四川省電力公司，成都 610041）

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的開展，基于廣義測量信息，從系統(tǒng)的角度綜合考慮繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和配置的站域繼電保護(hù)得到了越來越多的關(guān)注。分析了現(xiàn)有母線保護(hù)中失靈邏輯與電流互感器（CT）斷線邏輯的實(shí)現(xiàn)方式及其存在的不足，從站域保護(hù)的角度給出相應(yīng)的解決方案。通過動態(tài)模擬試驗(yàn)，證實(shí)了站域繼電保護(hù)可以克服傳統(tǒng)保護(hù)的局限性，進(jìn)一步改善保護(hù)的靈敏性和可靠性。

站域保護(hù)；母線保護(hù)；失靈邏輯；電流互感器斷線邏輯

0 引言

伴隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了電子式傳感器技術(shù)、時(shí)鐘同步及數(shù)據(jù)同步技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光纖通信技術(shù)等新技術(shù)，為繼電保護(hù)的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。從全局角度對電力系統(tǒng)進(jìn)行檢測、保護(hù)、規(guī)劃是大電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，而實(shí)施站域繼電保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)重要發(fā)展方向［1-3］。本文詳細(xì)分析了現(xiàn)有母線保護(hù)中的失靈邏輯與電流互感器（CT）斷線邏輯及其相關(guān)的整定原則，并結(jié)合母線保護(hù)，從站域保護(hù)的角度給出相應(yīng)的含邏輯判斷和整定原則的綜合解決方案，證明站域繼電保護(hù)可以克服傳統(tǒng)保護(hù)的局限性，從而進(jìn)一步改善保護(hù)的靈敏性和可靠性。

1 站域保護(hù)綜述

站域繼電保護(hù)（Substation Area Relay Protection）是伴隨智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而提出的新型繼電保護(hù)理念，是基于變電站實(shí)時(shí)信息的統(tǒng)一采集，以集中或分布協(xié)同方式判定故障，自動調(diào)整動作決策的繼電保護(hù)［2］。

由圖1可以看出，站域保護(hù)的區(qū)域包括本變電站和與本變電站相鄰的所有線路。在智能變電站中，所有間隔采集裝置獨(dú)立，全站實(shí)現(xiàn)同步采集。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置都是單元件的保護(hù)，而站域繼電保護(hù)技術(shù)則綜合了區(qū)域電力系統(tǒng)的信息，可以反映系統(tǒng)狀態(tài)的變化，從而減少出錯(cuò)的可能性，具有更強(qiáng)的自適應(yīng)性。

圖1 站域保護(hù)的范圍

2 失靈保護(hù)

2.1 傳統(tǒng)失靈保護(hù)的定值整定原則

考慮到各元件的靈敏度，傳統(tǒng)失靈保護(hù)每個(gè)間隔的失靈電流判別定值見表1（表中：In為1 A或5A，下同）。

表1 失靈保護(hù)電流定值

傳統(tǒng)失靈保護(hù)只是整定單個(gè)裝置的定值，但站域保護(hù)需要整定整個(gè)站域各元件的失靈電流定值，必然導(dǎo)致定值整定十分繁瑣。

雖然從2008年起標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范就開始簡化［4］，但在西北電網(wǎng)一些330 kV變電站的110 kV系統(tǒng)及部分地區(qū)高壓系統(tǒng)中，線路支路采用三相機(jī)械聯(lián)動開關(guān)，線路支路發(fā)生對稱故障斷路器失靈時(shí)，并沒有零序電流和負(fù)序電流，依靠零序電流和負(fù)序電流來判別故障啟動失靈的簡化邏輯無法滿足失靈啟動的要求。

變壓器斷路器失靈保護(hù)的失靈啟動判別邏輯與傳統(tǒng)的基本相同，失靈相過流定值既要躲過負(fù)荷，防止正常運(yùn)行時(shí)啟動，又要保證斷路器失靈時(shí)靈敏動作，實(shí)際整定中很難同時(shí)滿足靈敏性與可靠性的要求。

2.2 分布式電源接入的影響

隨著新能源及微網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，多點(diǎn)、多元分布式電源并網(wǎng)接入后，低電壓等級也將存在電源輸入的情況，將會對傳統(tǒng)的斷路器失靈邏輯帶來重大的影響。此時(shí)，如果僅考慮220 kV及以上電壓等級開關(guān)失靈，將無法滿足智能電網(wǎng)的發(fā)展需求。

2.3 站域保護(hù)中失靈保護(hù)的整定原則與優(yōu)化

當(dāng)某個(gè)區(qū)域線路故障開關(guān)失靈時(shí)，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置都是對單元件的保護(hù)，不可能僅根據(jù)一個(gè)保護(hù)跳閘開入接點(diǎn)就全跳該支路所在母線的全部支路，為防止誤動必須增加故障失靈電流的判斷。因此，從某個(gè)角度來說，傳統(tǒng)的失靈保護(hù)配置方案已不是最優(yōu)方案。

而站域繼電保護(hù)技術(shù)綜合了一個(gè)電力系統(tǒng)一個(gè)區(qū)域的信息，可以反映系統(tǒng)狀態(tài)的變化，不僅減少繼電保護(hù)出錯(cuò)的可能性，還大大簡化母線保護(hù)中失靈保護(hù)的故障判別。

在站域保護(hù)區(qū)域線路故障或變壓器故障時(shí)，考慮母線側(cè)開關(guān)失靈的啟動判別，可以采用如下判據(jù)：

（1）判別區(qū)域內(nèi)變壓器或線路差動保護(hù)是否動作；

（2）整個(gè)站域是否出現(xiàn)差流；

（3）母線側(cè)變壓器或線路是否有電流。

然后再經(jīng)過一定延時(shí)，判別為母線側(cè)開關(guān)失靈，邏輯框圖如圖2所示。

判據(jù)的判別意義如下：

（1）內(nèi)部使用變壓器或線路差動保護(hù)動作接點(diǎn)來判斷是否有故障；

（2）站域內(nèi)有差流用于確認(rèn)區(qū)域內(nèi)有故障，以保證失靈動作的可靠性；

（3）母線側(cè)變壓器或線路持續(xù)有電流，用于判斷開關(guān)是否斷開。

傳統(tǒng)的線路失靈的零序或負(fù)序電流判據(jù)、變壓器失靈的有流判據(jù)，被站域保護(hù)中的區(qū)域差流作故障判斷代替了，再加上固定有流定值0.04 In作開關(guān)斷開判斷，失靈保護(hù)的有流判斷和啟動動作邏輯就被大大簡化了。

圖2 基于站域保護(hù)的斷路器失靈啟動邏輯

線路開關(guān)是三相、分相或三相聯(lián)動，對于站域保護(hù)中的失靈邏輯沒有區(qū)別。三相失靈相電流定值也不需要整定，不用擔(dān)心因?yàn)槎氵^了所有變壓器支路最大負(fù)荷電流，而沒有給系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的故障電流留下足夠的靈敏度。

非母線側(cè)開關(guān)失靈仍采用輸出動作接點(diǎn)啟動方式，由對端區(qū)域的保護(hù)接收到該接點(diǎn)后進(jìn)行失靈的判斷和動作。

當(dāng)母線故障開關(guān)失靈時(shí)，變壓器跳三側(cè)開關(guān)的處理方法和常規(guī)一致，但因?yàn)檎居虮Ｗo(hù)包含母線保護(hù)、變壓器保護(hù)和線路保護(hù)，母線故障后開關(guān)失靈傳遞給變壓器不再需要外部接線，內(nèi)部邏輯勾連就可以了，出口回路也能優(yōu)化。

將母線保護(hù)區(qū)域內(nèi)的失靈保護(hù)擴(kuò)展到整個(gè)站域區(qū)內(nèi)的失靈保護(hù)，可以優(yōu)化邏輯啟動部分，取消失靈有流定值；優(yōu)化出口邏輯，減少不必要的跳閘回路；使失靈邏輯的靈敏性和可靠性同時(shí)得到提高。

3 CT斷線邏輯

3.1 傳統(tǒng)保護(hù)CT斷線邏輯

傳統(tǒng)母線保護(hù)CT斷線有CT斷線閉鎖段和CT斷線告警段，為防止誤告警和誤閉鎖，都有一段固定防誤延時(shí)。

非聯(lián)絡(luò)支路的CT斷線邏輯框圖如圖3所示。當(dāng)任意一相大差電流大于CT斷線閉鎖定值時(shí)，閉鎖差動保護(hù)，CT斷線返回后自動解除閉鎖差動保護(hù)；當(dāng)任意一相大差電流大于CT斷線告警定值時(shí)，延時(shí)發(fā)“CT斷線”告警信號。

3.2 需要改進(jìn)情況

傳統(tǒng)母線保護(hù)中之所以設(shè)置CT斷線告警段，是因?yàn)榭紤]到母線所有間隔差流的累計(jì)誤差，必然會有一段模糊區(qū)，為防止誤閉鎖，閉鎖定值不能整定得太小。即使有告警段，因?yàn)槔塾?jì)誤差依然存在，有時(shí)CT斷線告警靈敏度也不能滿足較小負(fù)荷支路正常運(yùn)行時(shí)斷線的告警需求。

圖3 傳統(tǒng)保護(hù)支路CT斷線邏輯圖

3.3 站域保護(hù)中CT斷線邏輯

在站域保護(hù)中，判斷母線保護(hù)所用CT是否斷線，可采用的不僅只有母線保護(hù)范圍內(nèi)的相關(guān)信息，還可以綜合整個(gè)站域一起考慮。

如果母線保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障，整個(gè)站域區(qū)內(nèi)的大差動必然能動作，差流必然越限；而如果整個(gè)站域的差流沒有越限，僅母線保護(hù)范圍差流越限了，就可以判斷為母線保護(hù)范圍內(nèi)CT斷線，此時(shí)可立即閉鎖母線保護(hù)。

因?yàn)槠渌儔浩鞅Ｗo(hù)和線路每個(gè)間隔都能獨(dú)立判別CT斷線、發(fā)CT斷線閉鎖或告警，母線的CT斷線告警段也就沒有必要再單獨(dú)設(shè)置了。同時(shí)，因?yàn)槭亲儔浩鞅Ｗo(hù)或線路間隔各自獨(dú)立判別，減小了累計(jì)誤差對CT斷線邏輯判斷的影響，能較好地滿足較小負(fù)荷支路CT斷線的告警靈敏度，可以明確到CT斷線的具體間隔。

站域保護(hù)中母線保護(hù)的CT斷線邏輯只使用一段閉鎖段，CT斷線告警由站域保護(hù)中的變壓器保護(hù)或線路保護(hù)發(fā)出。母線保護(hù)CT斷線邏輯如圖4所示。

圖4 站域保護(hù)母線保護(hù)CT斷線邏輯圖

4 動態(tài)模擬試驗(yàn)

建立110 kV站域保護(hù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停居虮Ｗo(hù)裝置同時(shí)保護(hù)雙母線、線路L1和變壓器T1，開關(guān)為三相聯(lián)動開關(guān)，系統(tǒng)主接線圖如圖5所示。

等值系統(tǒng)G容量為806MW，等值阻抗為15.0∠82°；等值系統(tǒng)S1和S2容量為480MV·A，等值阻抗為25.0∠82°；輸電線路L1和L2長50 km，正序電阻為0.037Ω／km，正序感抗為0.303Ω／km，零序電阻為0.315Ω／km，零序感抗為1.081Ω／km；變壓器T1容量為60MV·A，短路電抗為17.5%，高壓側(cè)電壓為115.0 kV，低壓側(cè)電壓為10.5 kV。

4.1 模擬線路或變壓器開關(guān)失靈

模擬K12線路末端故障，BRK2開關(guān)失靈，正確啟動II母線保護(hù)失靈動作。

模擬K7變壓器故障，BRK3開關(guān)失靈，正確啟動II母線保護(hù)失靈動作。

4.2 模擬TA斷線及斷線中再故障試驗(yàn)

分別在不同的功率下，模擬TA3電流B相斷線，保護(hù)可靠不動作，裝置報(bào)文“母線CT斷線，變壓器CT斷線”；在TA3的電流B相斷線情況下，發(fā)生區(qū)內(nèi)外各種故障：K2故障點(diǎn)，II母線保護(hù)正確動作，K6故障點(diǎn)，變壓器保護(hù)正確動作。

圖5 系統(tǒng)主接線圖

再模擬TA2電流A相斷線，保護(hù)可靠不動作，裝置報(bào)文“母線CT斷線，線路L1斷線”；在TA2的電流A相斷線情況下，發(fā)生區(qū)內(nèi)外各種故障：K10故障點(diǎn)，線路保護(hù)正確動作。

5 結(jié)束語

站域繼電保護(hù)是繼電保護(hù)朝集中方向發(fā)展的一種嘗試，具有比較現(xiàn)實(shí)的意義。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，從系統(tǒng)全局角度對電力系統(tǒng)進(jìn)行檢測、保護(hù)、規(guī)劃是大電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，而實(shí)施站域繼電保護(hù)系統(tǒng)是達(dá)到該目標(biāo)的一個(gè)途徑。站域繼電保護(hù)可以克服傳統(tǒng)保護(hù)的局限性，從而進(jìn)一步改善保護(hù)的靈敏性和可靠性［5］。

［1］袁季修.防御大停電的廣域保護(hù)和緊急控制［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］肖健，文福拴.廣域保護(hù)及其應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào)，2008，20（2）：22，35.

［3］蘇盛，LIK K，CHANW L，等.廣域電流差動保護(hù)區(qū)劃分專家系統(tǒng)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（3）：55-58.

［4］Q／GDW 1175—2013變壓器、高壓并聯(lián)電抗器和母線保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］胡學(xué)浩.美加聯(lián)合電網(wǎng)大面積停電事故的反思和啟示［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27（9）：2-6.

（本文責(zé)編：劉芳）

TM 772

A

1674-1951（2015）08-0019-03

譚凌（1975—），女，湖南益陽人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)控制保護(hù)等方面的研究（E-mail：tan_cn＠163.com）。

楊德培（1970—），男，四川內(nèi)江人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)控制保護(hù)等方面的研究。

李延新（1971—），男，福建泉州人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)控制保護(hù)等方面的研究。

欒慶武（1983—），男，吉林吉林人，工程師，從事電力系統(tǒng)控制保護(hù)等方面的研究。

李肖博（1980—），男，河北石家莊人，工程師，從事電力系統(tǒng)控制保護(hù)等方面的研究。

2015-04-17；

2015-07-20