基于差動特性的CT極性自適應判別方法

摘要：對于差動保護來講，線路CT極性的正確與否直接影響差動保護的正確動作，因此必須保證線路CT極性的正確性。文章基于差動保護特性提出了一種適用于配網(wǎng)新增線路的CT極性的自適應判別方法。

關鍵詞：差動保護；CT極性；自適應判別方法；電力配網(wǎng)；新增線路 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM93 文章編號：1009-2374（2015）15-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.073

現(xiàn)在隨著智能化一次設備和IEC61850標準的不斷完善，數(shù)字化變電站在我國迅速發(fā)展。基于數(shù)字化變電站的集中式繼電保護裝置能夠通過網(wǎng)絡獲得配網(wǎng)內(nèi)任何一條支路的信息，這樣就為繼電保護的發(fā)展提供了堅實的基礎。本文首先通過圖論建立了整個配網(wǎng)的拓撲矩陣，然后根據(jù)拓撲矩陣找到一個恰當?shù)牟顒訁^(qū)域，再基于差動保護特性，提出了一種基于差動特性適用于配網(wǎng)新增線路CT的自適應判別方法。

1 集中式保護網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

目前在智能化配網(wǎng)系統(tǒng)中的集中式保護網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為：在每個測量點處都裝設終端裝置，再由幾個變電站構(gòu)成的配網(wǎng)區(qū)域主站設置集中式保護裝置。終端裝置和集中式保護裝置均通過網(wǎng)絡通訊，共同構(gòu)成一個完整的保護系統(tǒng)。終端裝置完成的功能主要有：（1）采集安裝處的模擬量和開關量信息；（2）對信息進行簡單的處理；（3）與集中式保護裝置通信，并將就地信息上傳，同時接收來集中式保護裝置的命令信息；（4）根據(jù)接收到的來自集中式保護裝置命令信息執(zhí)行跳、合開關的操作。

集中式保護裝置完成的功能主要有：（1）接收來自多個終端裝置的模擬量和開關量信息，進行邏輯判別，完成各種保護功能；（2）做出保護和控制決策后下達執(zhí)行命令至終端裝置執(zhí)行。

集中式保護裝置能夠獲取整個配網(wǎng)系統(tǒng)各個結(jié)點的電氣信息，這就為利用整個配網(wǎng)系統(tǒng)信息開展繼電保護研究提供了基礎。

2 配網(wǎng)系統(tǒng)的圖論表示

下面以圖1所示5節(jié)點電力系統(tǒng)為例介紹配網(wǎng)系統(tǒng)基于圖論的拓撲矩陣。

在圖1所示系統(tǒng)中，包括3個電源（節(jié)點編號分別為n1、n4、n5）、2個變電站（節(jié)點編號分別為n2、n3）、5條線路（節(jié)點編號分別為n6、n7、n8、n9、n10）、10個斷路器（每個斷路器均包括電流互感器）。每個斷路器上設置一個終端裝置，10個斷路器編號分別為e1、e2、…、e10。設斷路器都在合閘位置，邊的正方向規(guī)定為從母線指向線路。

圖1 系統(tǒng)圖

分別使用鄰接矩陣和可達矩陣表示配網(wǎng)系統(tǒng)各節(jié)點及連接關系，然后根據(jù)圖論的方法就可以得到整個配網(wǎng)的各個差動區(qū)域。鄰接矩陣C表示不同節(jié)點的鄰接關系（鄰接為1，不鄰接為0），可達矩陣P表示節(jié)點間的可達性關系（節(jié)點間存在路是為1，不存在路時為0）。根據(jù)圖論，對于路長不大于4的可達矩陣，可由下列公式求得：P=CC2C3C4。因而可達矩陣P的計算可由B=C+C2+C3+C4，再將B中非零元素改為1而零元素不變得出。對于圖1的配網(wǎng)系統(tǒng)，其鄰接矩陣C和可達矩陣P分別為：

根據(jù)鄰接矩陣和可達矩陣可以得到個節(jié)點的關聯(lián)域，也就得到了配網(wǎng)系統(tǒng)的差動區(qū)域。

3 新增線路CT極性自適應判別方法

3.1 基本原理

目前光纖差動保護是基于基爾霍夫電流定律：其假設進入某節(jié)點的電流為正值，離開這節(jié)點的電流為負值，則所有涉及這節(jié)點的電流的代數(shù)和等于零。即：

|∑ik|=0

基爾霍夫電流定律要求所有電流的極性都是正確的。如果有且只有一個電流的極性（假設的極性）是錯誤的，則該節(jié)點的電流的代數(shù)和就不等于零，即：

|∑ik|=2|im|≠0

此時如果人為地調(diào)整極性，則所有電流的極性均滿足基爾霍夫電流定律的要求，這時該節(jié)點的電流的代數(shù)和就仍等于零。

從以上分析可知，對于某個差動區(qū)域來說，若有且只有一個電流極性是未知的。首先假設該電流的極性是流入的，即該電流的電流系數(shù)為1，然后將該電流乘以電流系數(shù)后代入差動方程進行計算，如果此時差動方程不滿足，則說明該電流的極性和假設是一致的；如果差動方程滿足，則說明該電流的極性和要求的相反，此時該電流的電流系數(shù)為-1。這樣就保證了該電流極性符合差動保護的要求。

3.2 新增線路CT極性識別

對于新增線路，其兩端的CT極性都是未知的，不能直接使用新增線路兩端電流進行識別。但是對于配網(wǎng)集中式保護裝置，其可以整合配網(wǎng)系統(tǒng)各個結(jié)點的電氣信息，這就為自動識別新增線路CT極性提供了基礎。

首先，按照本文第2部分介紹的方法建立整個配網(wǎng)（包括新增線路）的拓撲矩陣。根據(jù)配網(wǎng)拓撲矩陣，再通過網(wǎng)絡拓撲變換就可以獲取一個特定的差動區(qū)域，使得該區(qū)域中只包含新增線路一側(cè)的電流信息，這樣該差動區(qū)域中就只包含一個未知CT極性。在正常負荷電流條件下，通過計算該區(qū)域差動方程是否滿足就可以確定該CT的電流系數(shù)，也就識別出該CT的極性。

其次，通過網(wǎng)絡拓撲矩陣的拓撲變換，可以得到另一個只包含新增線路另一端電流信息一個未知CT極性的差動區(qū)域。使用同樣的方法，就可以得到新增線路另一端CT的電流系數(shù)，即可識別出新增線路另一端CT的

極性。

最后，形成一個包含新增線路的這個配網(wǎng)系統(tǒng)所有CT極性的電流系數(shù)矩陣，在進行差動計算時先乘以電流系數(shù)矩陣將各CT的極性調(diào)整為符合差動保護要求方向。

按照本文的方法，只要知道配網(wǎng)系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，就可以自動識別配網(wǎng)系統(tǒng)中新增線路兩側(cè)CT的極性，而不需要人工干預。

4 實例分析

對于如圖1所示的配電網(wǎng)系統(tǒng)，假定線路n6～n9處于正常運行狀態(tài)，其CT極性均已經(jīng)過校驗（人工或自動識別）是正確的，n10為新增線路。

當配電網(wǎng)新增一條線路n10后，首先根據(jù)網(wǎng)絡拓撲圖得出只包含新增線路一端CT的差動區(qū)域。如當n10投入運行后，e3、e6、e10形成一個差動區(qū)域，在該差動區(qū)域中，e3、e6處的CT極性已經(jīng)確認，e10處的CT極性待確定。

假設e10處的CT極性是母線指向線路的，即e10處電流系數(shù)為1，然后進行差動判別，如果不滿足差動動作條件，則e10處的CT極性就是母線指向線路。如果滿足差動動作條件，將e10處電流系數(shù)改為-1后重新進行差動判別確認，如果不滿足差動動作條件，則e10處的CT極性實際是線路指向母線。若仍然滿足差動動作條件則發(fā)出告警，并閉鎖和新增線路有關的差動保護。

確認e10處的CT極性后，接著確認e9處的CT極性：e9和e10同樣形成一個差動區(qū)域，在該差動區(qū)域中，e10處的CT極性已經(jīng)確認，e9處的CT極性待確定。使用和上文相同的方法即可確認e9處的CT極性。

集中式保護裝置在進行極性判別后形成一個包含新增線路的全網(wǎng)絡CT極性的矩陣，如圖2所示。極性判別完成以后，保護裝置投入相關差動保護，進行差動計算時各處電流首先乘以CT極性矩陣后，各CT極性就自動調(diào)整為以母線指向線路為正方向。

圖2 CT極性矩陣

5 結(jié)語

采用本文的方法，對于圖1所示一個配網(wǎng)系統(tǒng)，如果依次投入相鄰線路，只需要人工校核首條投運線路兩側(cè)CT的極性，其他線路CT極性都可以自動識別，不再需要人工干預。即使在最不利的情況，也只需要校核兩條線路的CT極性。

對于實際的配網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)聯(lián)系越緊密，按照本文的方法需要人工校核的CT數(shù)量就越少。本文的方法簡化了現(xiàn)場調(diào)試步驟，減少了現(xiàn)場調(diào)試時間，提高了現(xiàn)場調(diào)試效率，同時也提高了整體配網(wǎng)保護系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻

[1] 李敏霞.一起主變零序保護越級跳閘事故分析與處理[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（22）.

作者簡介：朱若松（1974-），男，河南許昌人，許繼電氣股份有限公司工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護理論及實際工程應用。

（責任編輯：蔣建華）endprint