國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學研究院 王作維 張侃君 黎恒烜 國網(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)機電配電系統(tǒng)向全智能網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變的趨勢日益明顯，全球許多電網(wǎng)公司都在其系統(tǒng)監(jiān)控和運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對信息進行采集、監(jiān)測、智能調(diào)節(jié)等，成為了未來變電站的重要發(fā)展方向。但新技術(shù)往往帶來新的挑戰(zhàn)，其給運維工作帶來的問題也無法忽略，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，變電站的內(nèi)部某一設(shè)備出現(xiàn)問題，會影響整個變電站的穩(wěn)定運行，而變電站母線作為電力系統(tǒng)中的一個重要元件，關(guān)系到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，內(nèi)部故障時拒動或外部故障時的誤動，都會對電力系統(tǒng)安全造成極大的負面影響，甚至可能造成大規(guī)模停電事故[1]。母線保護的原理是基于電流差動原理，而TA 飽和會導(dǎo)致測量所得的差流嚴重失真，進而影響保護的判斷。

電流互感器飽和時，可將其二次電流在一個周期內(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)外故障時差流有所增加，容易造成母線差動保護誤動。不同時刻發(fā)生的飽和程度不同，若為發(fā)生在周波內(nèi)的深度飽和，則會在電流過零點后左右開始飽和，這會對母線差動保護的可靠性帶來極大的影響。若能準確判定出區(qū)內(nèi)外故障是否飽和，為開放或閉鎖差動保護提供準確的判據(jù)，則會大大提高差動保護的可靠性。

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

基于CT 飽和時二次側(cè)電流在飽和區(qū)畸變，在非飽和區(qū)能準確反映一次側(cè)電流波形這一特性，本文提出一種檢測TA 飽和的新判據(jù)，經(jīng)仿真驗證，該方法能準確識別TA 飽和，提高了智能變電站母線保護的可靠性。

2 TA 飽和電流特性分析

在母線保護中的TA 等值電路如圖1所示，為一次側(cè)電流，為二次側(cè)電流，為勵磁電流。一次側(cè)電流通過電流互感器傳變?yōu)槎蝹?cè)電流，但由于磁感應(yīng)強度B 與磁場強度H 之間不是線性關(guān)系，當鐵芯未飽和時，勵磁阻抗很大，二次側(cè)電流可以準確反映出一次側(cè)電流，但當鐵芯飽和后，勵磁電流增大，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，KA應(yīng)等于0。發(fā)生區(qū)外故障導(dǎo)致CT 飽和時，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，KA仍為0，所以在每個周期KA都有一段時間為零。而區(qū)內(nèi)故障產(chǎn)生TA飽和時，KA除了在少數(shù)-1和2交匯點時出現(xiàn)為零的情況外，其余時刻均不為零。因為區(qū)外故障發(fā)生CT 飽和時，一個周期內(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，則保護動作，小于17ms 判斷為TA 飽和，保護無需動作。

圖4 母線保護判據(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新判據(jù)

根據(jù)3.1節(jié)分析，本文設(shè)置如保護判據(jù)流程如圖所示，本方法設(shè)置一固定門檻值set，當KAset時，保護開始進行17ms 的計時，計時期間如果出現(xiàn)KA

4 仿真驗證

利用MATLAB/Simulink 對本文提出的母線保護TA 新判據(jù)進行仿真驗證，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 正常運行及區(qū)外故障

系統(tǒng)正常運行時的電流波形如圖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 相接地故障來模擬嚴重和輕微區(qū)內(nèi)故障，故障時刻為0.205s，通過圖7、圖8可以看出，|KA|遠大于整定值，且計時t 也大于17ms，保護正確動作。

4.3 區(qū)內(nèi)故障時發(fā)生TA 飽和

設(shè)置母線B 在t=0.205s 時發(fā)生三相金屬線接地短路，區(qū)內(nèi)故障伴隨TA 飽和時，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，但仍遠大于整定值，保護依然可以正確動作。

4.4 區(qū)外故障時發(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 發(fā) 生， 如 圖10。|KA|在0.2065s時，即1.5ms 后大于整定值，保護開始計時，一直持續(xù)到0.21625s 時低于整定值，持續(xù)時間為9.65ms，低于17ms，判斷為TA 發(fā)生飽和，保護不動作。

圖7 嚴重區(qū)內(nèi)故障

圖8 輕微區(qū)內(nèi)故障

圖9 區(qū)內(nèi)故障時發(fā)生TA 飽和

圖10 區(qū)內(nèi)故障時發(fā)生TA 飽和

5 結(jié)語

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新判據(jù)，利用TA 飽和時二次側(cè)電流存在兩個非飽和區(qū)這一特征，加入計時t 去規(guī)避區(qū)外故障發(fā)生TA 飽和的情況。經(jīng)過仿真分析，該方法在各種工況條件下都準確動作，一個周波內(nèi)即可準確給保護提供判斷，為防TA 飽和對保護的干擾具有一定的意義。