智能變電站中幾種CT異常狀態及保護裝置的處理

經驗人：吳培濤 趙 磊

智能變電站中幾種CT異常狀態及保護裝置的處理

經驗人：吳培濤 趙 磊

本文針對智能變電站目前所采用的電子式互感器，通過分析其在日常應用中各個環節可能出現的問題，分析線路保護、母差保護、主變保護、對各種保護的CT異常狀態的處理機制。進而得出電子式互感器在未來的發展方向并做了深入的思考，結論具有一定的參考價值，對同行今后的工作能起到部分的啟發作用。

自20世紀70年代以來，人們一直在尋求一種安全、可靠、理論完善、性能優越的新方法來實現電力系統高電壓、大電流的測量。基于光學傳感器技術的光電電流互感器OCT和光學電壓互感器OVT及采用空芯線圈和低功耗鐵芯線圈感應被測電流的電子式互感器ECT和EVT一直受到國內外的廣泛關注和深入研究。隨著溫度穩定和工藝一致性等問題的逐漸解決，電子式電流互感器已經逐步從試驗階段走向工程應用。電子式互感器相對于傳統的互感器技術有著明顯的優勢，因此，其技術的穩定性將成為推動智能化變電站應用技術工程化的主要推動力，并將為變電站自動化技術的發展起到積極作用。

異常狀態分析

智能變電站采用電子式電流互感器，與常規電流互感器相比主要有以下特點：不含鐵芯，消除了磁飽和和鐵磁諧振等問題，抗電磁干擾性能好，低壓側開路無高壓危險；動態范圍大，測量精度高。但是電子式電流互感器二次回路相對傳統電流互感器來說更為復雜?，F在廣泛采用的有源電子式電流互感器的工作原理為：一次電流通過空心線圈變換成小電壓信號，經遠端模塊進行數模轉換后，傳輸給合并單元，由合并單元處理合并，最后送給保護裝置使用。在這一過程中羅氏線圈二次側與遠端模塊采用二次電纜連接，遠端模塊與合并單元以及合并單元與保護裝置用光纖或光纜連接，現在廣泛采用的有源電子式電流互感器在一次電流小于20A的狀態下，還需要合并單元通過光纖進行激光供電。并且每套保護裝置接收兩路A/D采樣，并進行互相校驗后采用。

以上傳輸過程中任何一個環節出現問題，都將造成電流互感器的異常狀態，現將各種異常狀態總結如下。

羅氏線圈二次側與遠端模塊連接的二次電纜出現斷線或連接不牢

遠端模塊接收不到經過羅氏線圈變換后的小電壓信號，這與一次電流為零的狀態相同，此時遠端模塊仍能通過激光或者取能線圈供電，持續不斷的向合并單元發送零值采樣信號，這與傳統電流互感器的CT斷線狀態相似，只是沒有了開路高壓的危險，如圖1所示。

圖1 羅氏線圈二次側與遠端模塊連接的二次電纜出現斷線或連接不牢

遠端模塊與合并單元連接的光纖出現斷線或各光纖接頭出現松動、污損，取能線圈或激光供電系統出現問題，遠端模塊失去電源

此時合并單元無法收到遠端模塊送來的數字信號，但合并單元與保護裝置仍然可以正常通訊，此時合并單元檢測到斷線信號，并將傳送給保護的采樣信號品質位置無效，如圖2所示。

圖2 遠端模塊與合并單元連接的光纖出現斷線

合并單元與保護裝置連接的光纖出現斷線或各纖接頭出現松動、污損

如圖3所示。此時保護裝置檢測到與合并單元通訊終端，將發出SV斷鏈告警。

合并單源某一路A/D處理模塊出現損壞，導致保護裝置雙A/D采樣值不一致，此差值越過某一限值后，保護裝置將不采用次采樣信號

各種處理機制

當遇到以上幾種異常狀態時，保護裝置需要采取不同的措施，以滿足在可靠性的前提下不失選擇性。下面分別以線路保護，母差保護，主變保護為例，對各種保護的CT異常狀態的處理機制進行分析。

圖3 合并單元與保護裝置連接的光纖出現斷線或各纖接頭出現松動

線路保護

由于線路縱差保護對電流采樣品質要求較高也最具有代表性，下面對以光纖縱連差動保護的處理機制進行分析。在異常狀態1的情況下，和傳統保護相同，此時保護裝置按照傳統的CT斷線判據判別出斷線相，當“CT斷線閉鎖差動”控制字投入時，即閉鎖該斷線相差動保護，非斷線相在故障時仍可動作，當“CT斷線閉鎖差動”控制字退出時，則該斷線相動作條件由“斷線后差動定值”來決定，非斷線相則仍按原定值正常動作。

在異常狀態2的情況下，保護裝置收到合并單元發來的采樣信號的品質位被置為無效，此時將閉鎖與該采樣值相關的所有保護，保護將無法啟動，主保護及后備保護都無法動作。

在異常狀態3的情況下，保護裝置將檢測到SV通訊中斷，閉鎖所有保護，保護將無法啟動，主保護及后備保護都無法動作。

在異常狀態4的情況下，保護裝置檢測到兩路A/D采樣不一致，將發出SV采樣不一致告警，閉鎖所有保護，保護將無法啟動，主保護及后備保護都無法動作。

以上為主流保護廠家的線路保護對4種CT異常狀態的處理機制，筆者認為對于傳統電流互感器來說，CT斷線將面臨著低壓邊開路高壓危險，所以閉鎖所有相別的差動保護，并發出告警信號，由值班員申請退出保護。而電子式互感器，CT二次斷線沒有低壓邊開路高壓危險，所以僅閉鎖斷線相差動保護，非斷線相保護仍能正常動作，這種處理機制是合理的，但是對于異常狀態2和異常狀態4，如果僅是一相出現光纖斷線或雙A/D采樣不一致的狀況，合并單元或保護裝置是可以判別出該異常相別的，而此時保護閉鎖所有相別的保護，而且裝置所判別的二次CT斷線即第一種異常狀態發生在電流互感器本體高壓側，這與異常狀態2和異常狀態4的環境更為危險，所以這種處理機制是否欠妥？

母線保護

母線保護與線路保護的不同之處在于，母差保護涉及多個原件的采樣，當其中某一個原件的采樣出現問題時，需要考慮是閉鎖所有原件的差動保護，還只閉鎖單間隔的差動保護。在異常狀態1的情況下，若線路間隔出現CT斷線，則閉鎖間隔所在母線的斷線相的差動保護，若母聯間隔出現斷線此時不閉鎖差動保護，許繼wmh-800型母線保護，即判為母線互聯狀態，任一母線故障切除兩條母線上的所有連接元件。四方csc-150母線保護，只判斷線相母線互聯，而非斷線相仍能選擇母線動作。

在狀態2至4的情況下，母線保護均閉鎖所有原件的差動保護，裝置報CT品質異常告警。

與線路保護相同，CT斷線的處理機制是按相按母線閉鎖差動保護，而另外三種情況下則是閉鎖所有間隔的差動保護，這種處理機制是否合適？其次母聯間隔的采樣電流只參與小差電流的計算，如果母聯CT在狀態2至4的情況下，閉鎖所有差動保護，會擴大故障范圍，在故障發生到保護人員到現場處理的這段時間內如果母線出現故障，有引起保護拒動的可能。

變壓器保護

在狀態1至4的情況下，變壓器保護均閉鎖所有和電流有關的保護。

考慮到母線保護和主變保護均是涉及多個元件的保護，如果其中某個元件的交流采樣回路出現異常，對故障的處理不該擴大至非故障間隔。在保護裝置中設有每個間隔的電流sv軟壓板，投入此壓板后裝置接收合并單元送來的電流采樣信息參與保護計算，并監視sv鏈路狀態，發現異常即閉鎖保護，當退出此壓板后，該間隔的電流采樣將不參與保護計算，保護裝置也不再監視該支路的sv鏈路狀態，此時即使該間隔sv鏈路出現異常，保護仍能正常動作。因此在ct異常狀態下，可以考慮將異常間隔停運后，退出該間隔電流sv軟壓板進行檢修，其他間隔仍可繼續運行。但是需要注意必須將該間隔停運后才可退出sv壓板，如果顛倒順序，一旦異常間隔的sv軟壓板退出后，保護將重新開放，而此時該間隔電流將不計入差流計算，此時差動電流將不再平衡，當達到定值時保護將會誤動。

結束語

作為智能化變電站應用技術的重要標志非常規互感器的技術對于變電站自動化系統帶來的影響主要體現在數據采集環節的數字化應用，信息的集成化，一、二次系統電氣隔離對于二次系統安全性的提高，并將大大簡化現場試驗，實現保護應用原理的簡潔化、提高保護裝置的安全性等，因此隨著非常規互感器技術的日臻成熟，將引領變電站自動化應用技術進入一個全新的發展階段。

吳培濤1，2趙 磊2

1.華北電力大學 電氣與電子工程學院；2.國網寧夏電力公司檢修公司

吳培濤（1985-），男，高級技師，工程師，從事電力系統自動化和繼電保護檢修維護工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.052