關于CT斷線功能在智能變電站中應用的探討

汪思滿 錢國明 唐治國

摘 要：國內主流廠家對于CT斷線功能理解差異較大，保護相關標準中CT斷線方面的性能指標要求較少，該文提出CT斷線功能的一些重要性能指標；介紹國內主流廠家母線保護的CT斷線功能，指出存在的不足；提出智能變電站CT斷線特征的概念，對智能變電站母線保護的CT斷線特征進行了分析；充分利用智能變電站信息共享的優勢，設計新的母線保護CT斷線功能實現方案，提升CT斷線功能的性能指標，適應智能變電站的應用，給智能變電站保護相關標準的制定、運行維護、保護裝置研制等提供參考。

關鍵詞：CT斷線 母線保護 方向保護 智能變電站 合并單元

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（a）-0063-04

The Discuss About CT Line-break Functions in Smart Substation

WANG Siman QIAN Guo-ming TANG Zhi-guo

（NANJING SAC POWER GRID AUTOMATION CO. LTD. ，Nanjing 211153， Jiangsu Province， China）

Abstract：There are large differences between major domestic manufacturers about understanding CT line-break function，and there are a few requirements about CT line-break performance index in protection standards.Some important performance indexes of CT line-break functions are put forward in this paper；CT line-break functions about busbar protection IEDs of major domestic manufacturers are introduced，and the deficiencies are pointed out；The author puts forward a concept about CT line-break features in smart substation， and CT line-break features are analyzed about busbar protection in smart substation；the author makes full use of the advantages of information sharing in smart substation，and designs a new scheme of CT line-break functions about busbar protection to improve performance indexes of CT line-break function，to adapt to the application of smart substation，and provides the reference for protection standard setting，operation maintenance，and protection design etc.of smart substation.

Key Words：CT line-break； busbar protection；directional protection；smart substation ；merging unit

常規變電站CT斷線由于發生的概率較低，在相關標準中提及的內容比較少。保護裝置在電流互感器二次回路不正?；驍嗑€時，應發告警信號，除母線保護外，允許跳閘；縱聯差動保護，應裝設電流回路斷線監視裝置，斷線后動作于信號，電流回路斷線允許差動保護跳閘[1]；裝置應具有TA斷線判別功能，發生TA斷線后應發告警信號，對于雙母線等單斷路器主接線應閉鎖保護，對于3/2接線等雙斷路器主接線可不閉鎖保護[2]；這些是保護相關標準中對于CT斷線的主要內容，標準中對于CT斷線的規范僅限于發告警信號和是否閉鎖保護，在CT斷線判別精度、判別時間、斷線相識別、斷線間隔識別、斷線閉鎖后快速開放策略等方面沒有細化的要求，但這些內容是非常重要的性能指標，處理的不好會直接影響系統的安全運行。采樣值傳輸是變電站自動化系統過程層與間隔層通信的重要內容，智能變電站過程層上最大的數據流出現在電子式互感器和保護、測控之間的采樣值傳輸過程中[3]，因此CT斷線不僅僅是常規變得站二次回路的概念了，通信回路等環節異常也表象為CT斷線特征，現有的CT斷線功能設計方案已經不能完全適應智能變電站的需求，有必要對CT斷線功能的設計方案進行細化研究。

1 目前母線保護常用的CT斷線判據及其性能

1.1 支路CT斷線常用判據

常用判據1[4]：任一相大差電流大于 CT斷線定值，延時9秒發CT斷線信號，同時閉鎖差動保護。自動返回，返回時間0.9秒。

常用判據2[5]：CT斷線告警段和閉鎖段均經固定延時10s發信號，在閉鎖段投入時判斷TA 斷線后按相按段閉鎖裝置，TA 斷線消失后，自動解除閉鎖。

常用判據3[6]：CT斷線閉鎖差動保護功能分為單相閉鎖和三相閉鎖；在大差單相有差流（差流達到CT斷線閉鎖定值）情況下，如果僅一路連接單元的該相二次無電流或電流較小、而其它兩相二次電流接近，且該路連接單元二次監測到零序電流、最大相電流大于0.05In，則判定該相斷線，延時0.5s，閉鎖該相差動保護。在大差有差流（差流達到CT斷線閉鎖定值）情況下，不滿足單相CT斷線的判別條件，延時5s，閉鎖三相差動。

1.2 支路CT斷線判別存在的不足

快速斷線識別無，斷線判別的延時較長，容易造成誤動；斷線相識別無或不徹底；斷線間隔識別無；斷線后策略簡單，僅閉鎖差動，無記憶斷線間隔功能；閉鎖后快速開放策略無；CT斷線判別過于簡單，僅依賴于差流，有誤判的可能。

1.3 母聯CT斷線常用判據

母聯（分段）電流回路斷線，不閉鎖差動保護。與聯絡開關相連的兩段母線小差電流越限（差流達到CT斷線閉鎖定值），且大差不越限（差流達不到CT斷線閉鎖定值），發“互聯”信號，發生區內故障時，差動保護按照互聯邏輯動作出口[4-6]

1.4 母聯CT斷線判別存在的不足

母聯斷線后發“互聯”信號，把母聯連接的兩條母線當成一條母線處理，小差失去選擇性，母線發生區內故障，兩條母線都會跳閘，導致事故跳閘范圍的擴大。

2 智能變電站CT斷線特征

智能變電站以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求 [7]。合并單元是智能變電站中的重要設備，合并單元完成數據采集，并通過通信接口和其它設備共享采樣數據，保護設備之間通過共享網絡實現GOOSE信息交換，CT斷線特征的信息可以通過GOOSE互聯。

智能變電站過程層的通信方案有多種[7]，本文以MSV直連GOOSE組網的方案進行說明，主要體現設備間的通信連接環節，組網方案的變化不影響該文的分析內容。如圖1所示，電流數據的采集和傳輸環節較多，每一個環節都有可能發生異常，通信等環節異?？梢詫崟r檢測，在每一幀MSV報文中立即置錯誤標志，那么在保護接收端收到的電流數據就不可用，立即閉鎖相關保護，出現異常的電流數據置零，對于保護裝置IED采集到的電流也表現為單相或者三相斷線的特征。因此智能變電站由于采樣方式的不同，CT斷線特征可以分為：數據傳輸等環節的異常（即依據錯誤標志識別）和CT斷線（即依據電流識別），CT斷線特征結果取它們的或門邏輯。

系統架構的復雜性和新技術的應用必然導致應用初期數據采樣傳輸穩定性不高，短期內CT斷線特征發生的概率也會較常規站高，CT斷線特征需要細化研究，盡最大的努力降低由于CT斷線特征帶來的安全隱患。

3 CT斷線功能新方案

3.1 快速CT斷線功能設計方案及案例

對于重負荷間隔CT發生斷線，目前斷線判別的延時一般較長，滯后于差動動作的時間，差動動作時間一般小于20ms，如果沒有快速CT斷線的判別功能，在電壓閉鎖開放或者用于無電壓閉鎖功能的母線保護時，可能會導致差動保護誤動出口跳閘?？焖貱T斷線判別可以基于這樣的原則：對于斷線特征量明顯，會立即導致誤動的情況，判別時間要快；斷線特征量不明顯的，不會立即導致誤動的，判別時間慢一點可以接受，保證判別的精度要求。

電流互感器二次斷線最明顯的特征是電流下降[8]，對于重負荷間隔的CT斷線，特征表現為制動量減小的突變，對于一些復雜故障，特征也有表現為制動量減小的突變，如高阻接地故障、區外轉區內故障，但可以通過狀態序列復合判斷方法鑒別這些復雜故障，區分是故障狀態就不判CT斷線，防止誤判。

故障特征一般表現為制動量增大的突變，不可預知的CT斷線特征（即依據電流識別）三相同時發生的概率非常小，因此不考慮三相同時斷線的情況?？焖貱T斷線判別設計為：非故障狀態下，大差某相制動電流向下突變，瞬時值突變量值達到20%以上，此相別大差差流也接近突變量值的大小，立即閉鎖差動保護20 ms，快速CT斷線判別在這個時間內完成；掃描每一個間隔的零序電流，如出現三相電流較不平衡的間隔，此間隔三相電流進行比較，電流較小的相別和出現大差差流越限的相別對應，那么判斷為此間隔此相斷線，置此相別CT斷線，并且記憶斷線間隔編號，直至差流消失CT斷線返回或者開關斷開。

某110 kV變電站雙母線接線的母線保護裝置在實際發生CT斷線時的錄波數據，如圖2所示，由于沒有快速CT斷線判別功能，差動元件誤動作，開始由于電壓閉鎖元件沒有開放，沒有跳閘出口，后來由于誤拉裝置PT開關，電壓閉鎖元件開放，造成誤跳閘事故。ia_14、ib_14、ic_14分別為編號為14間隔的三相電流，錄波顯示14間隔B相發生CT斷線，Id_B為B相的大差差流，If_B為B相的大差制動電流，本案例能夠被新的設計方案快速識別出CT斷線，能夠避免誤動的發生。

3.2 支路CT斷線特征閉鎖后快速開放設計方案

新的CT斷線判別方案識別和記憶斷線間隔和相別，CT斷線特征出現后，斷線相的大差差動是被閉鎖的，相當于差動保護被退出，此時可投入方向式母線保護。方向式母線保護的動作條件是有一個及以上指向母線的方向元件動作，同時沒有任何一個指向線路方向的元件動作[9-10]。如圖2所示，方向元件取各間隔保護IED的方向元件，各間隔保護IED方向元件的結果通過GOOSE網傳輸給母線保護。

方向元件的設計，方向指向母線為1，非指向母線為-1，無故障為0，如下式所示：

（1）

變壓器間隔的方向元件設計：如圖3 a）所示，虛線框內的間隔表示對于母線保護IED有CT斷線特征，此間隔為變壓器，一種情況：變壓器間隔保護IED本側無CT斷線特征，如圖1所示，假設E7處有異常，E5處沒有異常的情況，直接取變壓器保護IED本側的方向元件的結果；另一種情況：變壓器間隔保護IED本側也有CT斷線特征，那么就需要用其它側的方向元件合成本側的方向元件，方向指向范圍包含了變壓器，由于F2或F3故障都要跳開本側開關，所以方向范圍包含變壓器不影響跳變壓器本側的選擇性。

線路間隔的方向元件設計：如圖3b）所示，虛線框內的間隔表示對于母線保護IED有CT斷線特征，此間隔為線路，一種情況：線路間隔保護IED無CT斷線特征，如圖1所示，假設E7處有異常，E5處沒有異常的情況，直接取線路保護IED的方向元件的結果；另一種情況：線路間隔保護IED也有CT斷線特征，這時要用對側的方向元件結果，方向指向范圍包含了線路本身，由于F7或F8故障都要跳開線路本側開關，所以方向范圍包含線路本身不影響跳本側線路開關的選擇性。

母線保護IED判別出有CT斷線特征后閉鎖差動保護，投入方向保護，如方向保護判別出故障方向指向母線，那么立即跳開有CT斷線特征的間隔和母聯間隔，經延時確認斷線間隔的開關確實跳開，CT斷線閉鎖返回，這時就可以通過差動保護選擇故障母線，避免僅閉鎖差動保護導致的拒動。

3.3 母聯CT斷線功能設計方案

分相母聯CT斷線判別，與母聯連接的兩個小差任意一相的差流都大于CT斷線定值，同相別的大差差流小于CT斷線定值，母聯開關處于合位，母聯電流三相不平衡，本相電流較其它相別低，判定為母聯本相CT斷線，如果母聯電流僅不滿足電流三相不平衡的特征，其它條件都滿足，則判為母聯三相斷線。任意一相的母聯電流的SV報文中錯誤標置1，本相電流數據不可用，等同于本相母聯CT斷線。此處母聯CT斷線的判斷，較過去增加了一些必要條件，原因取決于斷線以后的策略，防止其它特殊情況誤判為母聯CT斷線，導致策略的不適用，策略僅針對母聯CT斷線特征。如：小差差流產生的原因是由于隔刀位置錯誤導致的，某間隔實際運行在I母線，但隔刀位置信號接收的確是II母線，這樣導致I、II母的小差差流都不平衡的情況和母聯CT斷線特征類似，這種情況要排除在外。

母聯CT斷線特征出現后的策略，母聯任一相判斷出有CT斷線，立即閉鎖與母聯連接的兩個小差，大差不被閉鎖，此時母線如果發生區內故障，小差因被閉鎖不動作，大差動作僅跳開母聯開關，母聯開關位置由合到分，延時一段時間（躲開母聯開關的滅弧時間，一般設定為100 ms），確認母聯開關斷開，母聯CT斷線特征不再影響差動保護的選擇性，母聯CT斷線特征閉鎖小差返回，小差恢復選擇性，可以正確選擇故障母線跳閘。

4 結論

CT斷線功能的設計需要考慮判別精度、判別速度、斷線相、斷線間隔等性能指標。

CT斷線特征是智能變電站CT斷線功能設計的對象。

快速CT斷線判據可有效解決大電流CT斷線導致誤動的情況發生。

利用智能站GOOSE組網的優勢，在支路CT斷線特征出現時，母線保護IED投入方向保護是可行的，解決了拒動的問題，可明顯提升母線保護單套配置的可靠性。

母聯CT斷線特征設計方案，解決了拒動或者失去選擇性的問題。

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