國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院 王作維 張侃君 黎恒烜 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司 張 洪 鄂士平

南京南瑞繼保電氣有限公司 丁 杰 程 立

1 引言

隨著傳統(tǒng)機(jī)電配電系統(tǒng)向全智能網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)日益明顯，全球許多電網(wǎng)公司都在其系統(tǒng)監(jiān)控和運(yùn)行中傾向于采用智能電網(wǎng)技術(shù)，其中智能變電站由于可以自動(dòng)對(duì)信息進(jìn)行采集、監(jiān)測(cè)、智能調(diào)節(jié)等，成為了未來(lái)變電站的重要發(fā)展方向。但新技術(shù)往往帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，其給運(yùn)維工作帶來(lái)的問(wèn)題也無(wú)法忽略，智能變電站的內(nèi)部設(shè)備較多，設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，變電站的內(nèi)部某一設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)影響整個(gè)變電站的穩(wěn)定運(yùn)行，而變電站母線作為電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要元件，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，內(nèi)部故障時(shí)拒動(dòng)或外部故障時(shí)的誤動(dòng)，都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)安全造成極大的負(fù)面影響，甚至可能造成大規(guī)模停電事故[1]。母線保護(hù)的原理是基于電流差動(dòng)原理，而TA 飽和會(huì)導(dǎo)致測(cè)量所得的差流嚴(yán)重失真，進(jìn)而影響保護(hù)的判斷。

電流互感器飽和時(shí)，可將其二次電流在一個(gè)周期內(nèi)分為階段飽和期和非飽和期。在非飽和期電流能線性傳變，而飽和期故障二次電流近似為零，因此區(qū)外故障時(shí)差流有所增加，容易造成母線差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。不同時(shí)刻發(fā)生的飽和程度不同，若為發(fā)生在周波內(nèi)的深度飽和，則會(huì)在電流過(guò)零點(diǎn)后左右開(kāi)始飽和，這會(huì)對(duì)母線差動(dòng)保護(hù)的可靠性帶來(lái)極大的影響。若能準(zhǔn)確判定出區(qū)內(nèi)外故障是否飽和，為開(kāi)放或閉鎖差動(dòng)保護(hù)提供準(zhǔn)確的判據(jù)，則會(huì)大大提高差動(dòng)保護(hù)的可靠性。

為了解決TA 飽和所帶來(lái)的問(wèn)題，繼保領(lǐng)域的科研工作者也做了許多研究，如時(shí)差法[2]、倒數(shù)法[3]和波形識(shí)別法[4]等，其中時(shí)差法應(yīng)用最為廣泛，但其受所使用的突變?cè)绊戄^大，區(qū)外故障發(fā)生嚴(yán)重TA 飽和時(shí)檢測(cè)到的時(shí)差可能為零，造成保護(hù)誤判。導(dǎo)數(shù)法 抗干擾能力差，波形識(shí)別法往往需要一個(gè)周期以上才能識(shí)別成功，由以上分析可知，尋找一種識(shí)別母線保護(hù)TA 飽和的新判據(jù)有其重要性。

基于CT 飽和時(shí)二次側(cè)電流在飽和區(qū)畸變，在非飽和區(qū)能準(zhǔn)確反映一次側(cè)電流波形這一特性，本文提出一種檢測(cè)TA 飽和的新判據(jù)，經(jīng)仿真驗(yàn)證，該方法能準(zhǔn)確識(shí)別TA 飽和，提高了智能變電站母線保護(hù)的可靠性。

2 TA 飽和電流特性分析

在母線保護(hù)中的TA 等值電路如圖1所示，為一次側(cè)電流，為二次側(cè)電流，為勵(lì)磁電流。一次側(cè)電流通過(guò)電流互感器傳變?yōu)槎蝹?cè)電流，但由于磁感應(yīng)強(qiáng)度B 與磁場(chǎng)強(qiáng)度H 之間不是線性關(guān)系，當(dāng)鐵芯未飽和時(shí)，勵(lì)磁阻抗很大，二次側(cè)電流可以準(zhǔn)確反映出一次側(cè)電流，但當(dāng)鐵芯飽和后，勵(lì)磁電流增大，二次側(cè)電流受其影響而產(chǎn)生畸變，如圖2。

圖1 TA 等值電路圖

圖2 TA 飽和的一二次電流波形圖

3 基于TA 飽和二次側(cè)電流特征的變電站母線保護(hù)新判據(jù)

3.1 各工況下母線差流分析

以圖3所示的變電站母線模型為例，母線B 分別與各支路電源G1-G4相連，R1-R4分別為各支路TA，l1-l4為各支路輸電線路。

圖3 變電站母線模型

取支路l1電流向量為1，支路l2、l3、l4電流之和為2，規(guī)定與母線相連的所有支路電流均以流出母線為正方向，令KA=1+2

由基爾霍夫電流定律可知，線路正常工作或者區(qū)外故障時(shí)，KA應(yīng)等于0。發(fā)生區(qū)外故障導(dǎo)致CT 飽和時(shí)，在飽和區(qū)，由于發(fā)生TA 飽和二次側(cè)電流發(fā)生畸變，KA不為0，但是在非飽和區(qū)時(shí)，KA仍為0，所以在每個(gè)周期KA都有一段時(shí)間為零。而區(qū)內(nèi)故障產(chǎn)生TA飽和時(shí)，KA除了在少數(shù)-1和2交匯點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)為零的情況外，其余時(shí)刻均不為零。因?yàn)閰^(qū)外故障發(fā)生CT 飽和時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)有兩段線性區(qū)，而起始線性區(qū)一般大于3ms，非線性區(qū)小于17ms，所以可以17ms 為輔助判據(jù)，如果非線性區(qū)大于17ms，則保護(hù)動(dòng)作，小于17ms 判斷為T(mén)A 飽和，保護(hù)無(wú)需動(dòng)作。

圖4 母線保護(hù)判據(jù)流程圖

3.2 基于TA 飽和二次側(cè)電流特征的變電站母線保護(hù)新判據(jù)

根據(jù)3.1節(jié)分析，本文設(shè)置如保護(hù)判據(jù)流程如圖所示，本方法設(shè)置一固定門(mén)檻值set，當(dāng)KAset時(shí)，保護(hù)開(kāi)始進(jìn)行17ms 的計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)期間如果出現(xiàn)KA

4 仿真驗(yàn)證

利用MATLAB/Simulink 對(duì)本文提出的母線保護(hù)TA 新判據(jù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真模型如圖3，其中EG1=330∠0°，EG2=330∠-25°，EG3=330∠-15°，EG4=330∠-20°，l1=10km，l2=45km，l3=50km，l4=60 km，其中線路阻抗的參數(shù)為r1=0.027Ω/km，l1=0.9mH/km，r0=0.195Ω/km，r1=2.21mH/km，整定值set=0.5A。

圖6 區(qū)外故障

4.1 正常運(yùn)行及區(qū)外故障

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的電流波形如圖5，|KA|

圖5 正常情況

4.2 區(qū)內(nèi)故障

在圖3母線上分別設(shè)置三相接地和A 相接地故障來(lái)模擬嚴(yán)重和輕微區(qū)內(nèi)故障，故障時(shí)刻為0.205s，通過(guò)圖7、圖8可以看出，|KA|遠(yuǎn)大于整定值，且計(jì)時(shí)t 也大于17ms，保護(hù)正確動(dòng)作。

4.3 區(qū)內(nèi)故障時(shí)發(fā)生TA 飽和

設(shè)置母線B 在t=0.205s 時(shí)發(fā)生三相金屬線接地短路，區(qū)內(nèi)故障伴隨TA 飽和時(shí)，該線路電流發(fā)生了一定畸變，但是整體波形與區(qū)內(nèi)故障接近，|KA|略微減小，如圖9，但仍遠(yuǎn)大于整定值，保護(hù)依然可以正確動(dòng)作。

4.4 區(qū)外故障時(shí)發(fā)生TA 飽和

在圖3中l(wèi)2末端設(shè)置A 相金屬接地故障，故障 在0.205s 時(shí) 發(fā) 生， 如 圖10。|KA|在0.2065s時(shí)，即1.5ms 后大于整定值，保護(hù)開(kāi)始計(jì)時(shí)，一直持續(xù)到0.21625s 時(shí)低于整定值，持續(xù)時(shí)間為9.65ms，低于17ms，判斷為T(mén)A 發(fā)生飽和，保護(hù)不動(dòng)作。

圖7 嚴(yán)重區(qū)內(nèi)故障

圖8 輕微區(qū)內(nèi)故障

圖9 區(qū)內(nèi)故障時(shí)發(fā)生TA 飽和

圖10 區(qū)內(nèi)故障時(shí)發(fā)生TA 飽和

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出的基于TA 飽和二次側(cè)電流特征的變電站母線保護(hù)新判據(jù)，利用TA 飽和時(shí)二次側(cè)電流存在兩個(gè)非飽和區(qū)這一特征，加入計(jì)時(shí)t 去規(guī)避區(qū)外故障發(fā)生TA 飽和的情況。經(jīng)過(guò)仿真分析，該方法在各種工況條件下都準(zhǔn)確動(dòng)作，一個(gè)周波內(nèi)即可準(zhǔn)確給保護(hù)提供判斷，為防TA 飽和對(duì)保護(hù)的干擾具有一定的意義。