母線保護中母聯CT斷線識別及處理方案研究

李紅 衛星 張庭 車帥 趙德玉

摘 要：本研究詳述了變電站發生二次回路CT斷線的環節，分析了母聯CT斷線對母線保護動作行為產生的不利影響。基于母聯CT斷線后的電氣特征，提出母線保護上母聯CT斷線的兩種識別方案，給出了基于全周傅氏算法的詳細判據。從繼電保護四性角度出發，提出母聯CT斷線的三種處理方案，詳述了三種方案的特點，并從不同電壓等級出發，分別論述了選擇哪種方案更有利于在電力系統中發揮繼電保護作用。

關鍵詞：母線保護;CT斷線;斷線識別;雙套配置;選擇性

中圖分類號：TM774 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）10-0033-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.10.007

Identification and Treatment of the CT Breaking of Bus-Tie in Busbar Protection

LI Hong? ? WEI Xing? ? ZHANG Ting? ? CHE Shuai? ? ZHAO Deyu

（Xuchang Xuji Software Technology Co.，Ltd.，Xuchang? 461000，China）

Abstract：This study firstly details the CT breaking of the secondary circuit in subsation，analyzes the CT breaking of bus-tie bring adverse influence on the action of busbar protection.Based on electrical characteristics after the CT breaking of bus-tie，proposes two identification schemes of bus-tie breaking on busbar protection，and gives a detailed criterion which based on full wave Fourier algorithm.From the point view of the four basic requirements of relay protection，this paper proposes three treatment programmes of the bus-tie CT breaking，and details characters of the three options，and discusses the choice of which program depending on the voltage level is more conducive to play the role of relay protection in the power system.

Keywords：busbar protection;CT break;breaking identification;double set of configuration;selectivity

0 引言

繼電保護二次回路是繼電保護裝置發揮作用的關鍵組成部分，一次系統的運行狀態通過二次回路傳變傳遞到二次系統，如果二次回路發生CT斷線異常，那么繼電保護將無法準確判斷一次系統的運行狀態，繼電保護裝置將不能對電力系統起到應有的保護作用，還可能會造成更嚴重的電力系統故障[1-3]。目前，現場運行的母線保護是為了防止出現普通支路CT斷線時差動保護誤動，在識別出普通支路CT斷線異常時閉鎖差動保護。而母聯CT斷線會影響與之相聯的兩段母線的動作選擇，不考慮系統電壓等級而直接置母線互聯的處理方法會擴大故障跳閘范圍，不能滿足當前電力系統安全穩定運行的要求[4-5]。隨著電力系統的不斷發展，選擇性備受關注，在電力系統中如何最大程度地發揮繼電保護作用是繼電保護研發人員關注的重點。

基于此，重點研究變電站發生CT二次回路斷線的環節，深入分析母聯CT斷線異常對繼電保護動作行為產生的不利影響。根據二次回路CT斷線特征，提出兩種母聯CT斷線的識別方案，并從電力系統對繼電保護特性要求的角度出發，提出三種母聯CT斷線異常的處理方案，并對其使用情況進行分析。

1 二次回路CT斷線的發生環節及影響

1.1 二次回路CT斷線的出現環節

220 kV變電站中母線保護裝置為雙重化配置，兩套保護用CT二次電流來自電流互感器的不同線圈，二次電纜經過電纜溝引至保護小室內母線保護的屏端子，再經屏端子引入至母線保護裝置箱端子，最終使二次電流經保護裝置的小CT變換器傳給保護裝置CPU。且兩套保護裝置的支路CT二次回路相互隔離，不存在任何電氣連接。支路CT二次回路接線示意圖如圖1所示。

由圖1可知，對于變電站中的母線保護而言，所有支路從互感器二次側到母線保護裝置小CT變換器接線端子間的任何環節，均有可能發生斷線。變電站中二次電纜一般鋪設在電纜溝的封閉環境中，且有非常全面的防鼠措施，正常運行中很少發生CT斷線異常。因此，二次回路CT斷線最有可能是發生在保護小室的保護屏端子到母線箱端子的這段距離，且主要是由于長時間運行、高溫老化導致的接觸不良，甚至是端子脫落。

1.2 母聯二次回路CT斷線后的影響

支路二次回路發生CT斷線異常后，支路電流的缺失必然會導致差流的出現，斷線后區內故障有可能拒動，區外故障有可能誤動。如圖2所示的系統中，母聯CT斷線后在1母K1點區內發生故障時，若1母上間隔4小電源支路提供的故障電流不滿足差動動作的定值門檻，2母間隔3大源支路經過母聯提供的強大短路電流完全無法計入母線差動電流，造成1母差動保護拒動。同時，K1點故障在2母的區外，但母聯電流無法計入母線差動電流，2母會判為區內故障從而誤動。母聯CT斷線后母線差動保護是無法通過正確動作來切除故障，只能通過時間較長的后備保護來切除故障，對電力系統的穩定運行非常不利，甚至可能造成故障元件的嚴重燒損，嚴重時甚至會導致整個電網系統的癱瘓、崩潰。

2 母聯CT斷線識別方案

變電站中發生母聯CT斷線后，基于母聯CT斷線后的電氣特征，本研究提出了兩種母聯CT斷線識別方案，一是根據母聯三相電流不平衡度來識別母聯CT斷線，二是根據母線差動電流來識別母聯CT斷線。

2.1 根據支路相電流不平衡判母聯CT斷線

由于母聯電流不計入大差，母聯CT斷線后，大差電流平衡與母聯斷路器相聯的兩段母線小差電流均會越限，且三相電流不平衡（三相斷線除外）。基于以上特征，提出了基于母聯電流三相不平衡度來識別母聯CT斷線的方案，即同時滿足公式（1）（2）（3）。

[I1.min≤Imk1]? ? ? ?（1）

[Id1≥Imk2或Id2≥Imk2]? ? ?（2）

[I1.max≥1.5×I1.min+Imk2]? ? （3）

式中：I1.max為母聯最大相電流;I1.min為最小相電流;Imk1為支路無流門檻（一般為0.04 In，In為額定電流）;Imk2為CT斷線閉鎖門檻，Id1為1母小差電流;Id2為2母小差電流。

CT斷線閉鎖門檻是按躲過正常運行時流過母線保護的最大不平衡電流整定，取值為0.05～0.3 In。式（3）中要求母聯最大相電流大于1.5倍最小相電流與母線TA斷線閉鎖電流定值之和。考慮到1.5倍最小相電流是為了防止CT斷線閉鎖定值整定較低時，因裝置采樣誤差導致誤判母聯CT斷線。判別邏輯示意圖如圖3所示。

為防止因倒閘操作或系統故障時引起母聯三相電流不平衡而導致誤判母聯CT斷線，式（1）（2）（3）均滿足后延時7 s置母聯CT斷線標志。

通過母聯電流三相不平衡度來識別母聯CT斷線方案的邏輯簡單且判據可靠，但在發生母聯三相CT斷線異常時，是無法通過母聯支路電流不平衡度來識別。

2.2 根據母線差流按相識別母聯CT斷線

母聯CT斷線后有兩個特征：一是三相電流不平衡，二是與其相聯的兩條母線均出現差流。三相電流不平衡是母聯某一相或兩相斷線的重要特征，母聯斷線相引起與其相連的兩條母線均出現大小相同、方向相反的差流，且基于母線差流可以實現按相識別。

220 kV系統中采用雙母接線的形式，在發生母聯A相CT斷線時，母聯A相無流、母線大差A相電流平衡、與母聯聯接的1母和2母A相差流均不平衡。同時，考慮到母聯互聯運行時，為了保護電路，將兩條母線置單母方式運行，母聯支路電流不再計入母線小差，因此母線互聯運行時不需要識別母聯CT斷線異常。具體判別邏輯如圖4所示。

按相判別母線大差、與母聯相聯的兩段母線小差電流及母聯相電流，不僅能夠識別出母聯CT斷線的相別，也能識別出母聯三相CT斷線的異常情況，更有利于母線保護裝置采取的相應措施，保證保護裝置動作的選擇性。

3 母聯CT斷線處理方案

3.1 母聯CT斷線的三種處理方案

母線保護在識別出母聯CT斷線異常后，可以采取以下3種處理措施。

方案1：不區分母聯CT斷線的具體相別，在母聯CT斷線后，在差動保護下跳母聯斷路器將直接跳閘。上述兩種識別方案的判別結果均可以實現該方案。

方案2：不區分母聯CT斷線的具體相別，母聯CT斷線后，置母線互聯，將兩條母線合并為一條單母線，進入單母運行模式，母聯電流不再計入母線差動電流。當發生母線區內故障時，差動保護瞬時跳開兩條母線上的所有支路。上述兩種識別方案的判別結果均可以實現該方案。

方案3：按相識別母聯CT斷線，母聯CT斷線后相聯母線斷線相發生區內故障時，母線差動保護先跳CT斷線的母聯，如果差動保護跳母聯100 ms后故障依然存在，再跳故障母線;母聯CT斷線后相關母線非斷線相發生區內的故障，直接跳故障母線。基于三相電流不平衡度的識別方案無法識別母聯CT斷線的具體相別，只有基于母線差流識別方案的判別結果才可以適用于本方案。

3.2 三種處理方案各自特點

方案1：從一次系統角度出發，解除母聯CT斷線異常對母線保護動作行為的不利影響。在母聯CT斷線后瞬時跳開母聯斷路器，將兩條母線解列，在發生故障時保證差動保護的選擇性，其局限在于沒有任何系統故障時可能會跳開母聯斷路器，從而對電力系統的潮流穩定產生沖擊。

方案2：從繼電保護二次側屏蔽了母聯CT斷線異常對母線保護動作行為的不利影響。母聯CT斷線異常置母線互聯運行后，發生母線區內故障時可以瞬時切除故障，避免CT斷線后發生故障對電力系統的一次設備造成沖擊，其局限性在于母線互聯運行方式下任一段母線發生區內故障，必然會多跳一段母線。

方案3：從一次系統和二次側兩個角度出發，二者相互配合，解決母聯CT斷線異常對母線保護動作行為的不利影響。按相識別出母聯CT斷線后，斷線相故障時瞬時跳開CT斷線的母聯斷路器，隔離故障，從而保證母線差動保護動作的選擇性，延時100 ms跳母線為另一套母線保護正確選擇故障母線且瞬時跳閘提供了機會。

3.3 電力系統中不同等級中的方案選擇

在變電站的低壓側10 kV或35 kV母線上，雙母線上的電源均來自兩條母線，母聯跳開后，對兩條母線的運行不會存在影響，采用方案3最為合適。

在110 kV電力系統中，母線保護一般為單配置，母線保護的動作行為直接關乎著電力系統能否安全運行，所以在110 kV電力系統中，寧愿多設置跳斷路器隔離故障，也不能漏設置跳斷路器從而讓故障蔓延，造成遠、近后備保護越級跳閘。因此，在110 kV系統應優先選擇方案1，斷線后置互聯標志，發生故障后兩條母線瞬時動作。

在220 kV電力系統中，母線保護一般雙重化配置，在母聯CT斷線后，可以利用雙重化保護配置的優勢，用好兩套保護之間的配合，即兩套保護不可能同時發生母聯CT斷線異常。假設A套保護發生母聯A相CT斷線，那么發生母線A相故障時，讓A套保護先瞬時跳開母聯，且在A套保護跳母聯的同時，B套保護可以瞬時動作，跳開母聯和故障母線上的斷路器。如果B套保護拒動或B套保護在退出運行狀態的100 ms延時后，已跳開母聯斷路器的A套保護不再受母聯CT斷線的影響，能夠對故障母線做出正確的選擇。方案3是根據繼電保護雙重化配置來設置兩套保護互為備用，而不是雙重化配置的兩套保護同時跳閘。假設母聯CT斷線后1母發生故障，以母聯CT斷線為時域起點，兩套保護動作行為的跳閘時序如圖5所示。

4 結語

本研究系統地概述了變電站發生CT二次回路斷線的環節及母聯CT斷線異常對母線保護動作行為的不利影響，提出了兩種母聯CT斷線的識別方案及三種處理方案。重點研究如何有效利用220 kV系統變電站中母線保護雙套配置互為備用，在母聯CT斷線后發生母線區內斷線相故障時，采取瞬時跳母聯、延時跳母線的處理方案，既保證了母線差動保護動作的選擇性，又不影響繼電保護的速動性和可靠性，有效保障電力系統的安全穩定運行。該設計方案已成功運用到新研發的新六統一常規采樣GOOSE跳閘母線保護裝置中，經中國電科院的動模測試，在實際工程中大大提高了母線保護裝置對電力系統的安全保障作用。

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