母线保护中母联CT断线识别及处理方案研究
李红 卫星 张庭 车帅 赵德玉
摘 要：本研究详述了变电站发生二次回路CT断线的环节，分析了母联CT断线对母线保护动作行为产生的不利影响。基于母联CT断线后的电气特征，提出母线保护上母联CT断线的两种识别方案，给出了基于全周傅氏算法的详细判据。从继电保护四性角度出发，提出母联CT断线的三种处理方案，详述了三种方案的特点，并从不同电压等级出发，分别论述了选择哪种方案更有利于在电力系统中发挥继电保护作用。
关键词：母线保护;CT断线;断线识别;双套配置;选择性
中图分类号：TM774 文献标志码：A 文章编号：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
繼电保护二次回路是继电保护装置发挥作用的关键组成部分，一次系统的运行状态通过二次回路传变传递到二次系统，如果二次回路发生CT断线异常，那么继电保护将无法准确判断一次系统的运行状态，继电保护装置将不能对电力系统起到应有的保护作用，还可能会造成更严重的电力系统故障[1-3]。目前，现场运行的母线保护是为了防止出现普通支路CT断线时差动保护误动，在识别出普通支路CT断线异常时闭锁差动保护。而母联CT断线会影响与之相联的两段母线的动作选择，不考虑系统电压等级而直接置母线互联的处理方法会扩大故障跳闸范围，不能满足当前电力系统安全稳定运行的要求[4-5]。随着电力系统的不断发展，选择性备受关注，在电力系统中如何最大程度地发挥继电保护作用是继电保护研发人员关注的重点。
基于此，重点研究变电站发生CT二次回路断线的环节，深入分析母联CT断线异常对继电保护动作行为产生的不利影响。根据二次回路CT断线特征，提出两种母联CT断线的识别方案，并从电力系统对继电保护特性要求的角度出发，提出三种母联CT断线异常的处理方案，并对其使用情况进行分析。
1 二次回路CT断线的发生环节及影响
1.1 二次回路CT断线的出现环节
220 kV变电站中母线保护装置为双重化配置，两套保护用CT二次电流来自电流互感器的不同线圈，二次电缆经过电缆沟引至保护小室内母线保护的屏端子，再经屏端子引入至母线保护装置箱端子，最终使二次电流经保护装置的小CT变换器传给保护装置CPU。且两套保护装置的支路CT二次回路相互隔离，不存在任何电气连接。支路CT二次回路接线示意图如图1所示。
由图1可知，对于变电站中的母线保护而言，所有支路从互感器二次侧到母线保护装置小CT变换器接线端子间的任何环节，均有可能发生断线。变电站中二次电缆一般铺设在电缆沟的封闭环境中，且有非常全面的防鼠措施，正常运行中很少发生CT断线异常。因此，二次回路CT断线最有可能是发生在保护小室的保护屏端子到母线箱端子的这段距离，且主要是由于长时间运行、高温老化导致的接触不良，甚至是端子脱落。
1.2 母联二次回路CT断线后的影响
支路二次回路发生CT断线异常后，支路电流的缺失必然会导致差流的出现，断线后区内故障有可能拒动，区外故障有可能误动。如图2所示的系统中，母联CT断线后在1母K1点区内发生故障时，若1母上间隔4小电源支路提供的故障电流不满足差动动作的定值门槛，2母间隔3大源支路经过母联提供的强大短路电流完全无法计入母线差动电流，造成1母差动保护拒动。同时，K1点故障在2母的区外，但母联电流无法计入母线差动电流，2母会判为区内故障从而误动。母联CT断线后母线差动保护是无法通过正确动作来切除故障，只能通过时间较长的后备保护来切除故障，对电力系统的稳定运行非常不利，甚至可能造成故障元件的严重烧损，严重时甚至会导致整个电网系统的瘫痪、崩溃。
2 母联CT断线识别方案
变电站中发生母联CT断线后，基于母联CT断线后的电气特征，本研究提出了两种母联CT断线识别方案，一是根据母联三相电流不平衡度来识别母联CT断线，二是根据母线差动电流来识别母联CT断线。
2.1 根据支路相电流不平衡判母联CT断线
由于母联电流不计入大差，母联CT断线后，大差电流平衡与母联断路器相联的两段母线小差电流均会越限，且三相电流不平衡（三相断线除外）。基于以上特征，提出了基于母联电流三相不平衡度来识别母联CT断线的方案，即同时满足公式（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为母联最大相电流;I1.min为最小相电流;Imk1为支路无流门槛（一般为0.04 In，In为额定电流）;Imk2为CT断线闭锁门槛，Id1为1母小差电流;Id2为2母小差电流。
CT断线闭锁门槛是按躲过正常运行时流过母线保护的最大不平衡电流整定，取值为0.05～0.3 In。式（3）中要求母联最大相电流大于1.5倍最小相电流与母线TA断线闭锁电流定值之和。考虑到1.5倍最小相电流是为了防止CT断线闭锁定值整定较低时，因装置采样误差导致误判母联CT断线。判别逻辑示意图如图3所示。
为防止因倒闸操作或系统故障时引起母联三相电流不平衡而导致误判母联CT断线，式（1）（2）（3）均满足后延时7 s置母联CT断线标志。
通过母联电流三相不平衡度来识别母联CT断线方案的逻辑简单且判据可靠，但在发生母联三相CT断线异常时，是无法通过母联支路电流不平衡度来识别。
2.2 根据母线差流按相识别母联CT断线
母联CT断线后有两个特征：一是三相电流不平衡，二是与其相联的两条母线均出现差流。三相电流不平衡是母联某一相或两相断线的重要特征，母联断线相引起与其相连的两条母线均出现大小相同、方向相反的差流，且基于母线差流可以实现按相识别。
220 kV系统中采用双母接线的形式，在发生母联A相CT断线时，母联A相无流、母线大差A相电流平衡、与母联联接的1母和2母A相差流均不平衡。同时，考虑到母联互联运行时，为了保护电路，将两条母线置单母方式运行，母联支路电流不再计入母线小差，因此母线互联运行时不需要识别母联CT断线异常。具体判别逻辑如图4所示。
按相判别母线大差、与母联相联的两段母线小差电流及母联相电流，不仅能够识别出母联CT断线的相别，也能识别出母联三相CT断线的异常情况，更有利于母线保护装置采取的相应措施，保证保护装置动作的选择性。
3 母联CT断线處理方案
3.1 母联CT断线的三种处理方案
母线保护在识别出母联CT断线异常后，可以采取以下3种处理措施。
方案1：不区分母联CT断线的具体相别，在母联CT断线后，在差动保护下跳母联断路器将直接跳闸。上述两种识别方案的判别结果均可以实现该方案。
方案2：不区分母联CT断线的具体相别，母联CT断线后，置母线互联，将两条母线合并为一条单母线，进入单母运行模式，母联电流不再计入母线差动电流。当发生母线区内故障时，差动保护瞬时跳开两条母线上的所有支路。上述两种识别方案的判别结果均可以实现该方案。
方案3：按相识别母联CT断线，母联CT断线后相联母线断线相发生区内故障时，母线差动保护先跳CT断线的母联，如果差动保护跳母联100 ms后故障依然存在，再跳故障母线;母联CT断线后相关母线非断线相发生区内的故障，直接跳故障母线。基于三相电流不平衡度的识别方案无法识别母联CT断线的具体相别，只有基于母线差流识别方案的判别结果才可以适用于本方案。
3.2 三种处理方案各自特点
方案1：从一次系统角度出发，解除母联CT断线异常对母线保护动作行为的不利影响。在母联CT断线后瞬时跳开母联断路器，将两条母线解列，在发生故障时保证差动保护的选择性，其局限在于没有任何系统故障时可能会跳开母联断路器，从而对电力系统的潮流稳定产生冲击。
方案2：从继电保护二次侧屏蔽了母联CT断线异常对母线保护动作行为的不利影响。母联CT断线异常置母线互联运行后，发生母线区内故障时可以瞬时切除故障，避免CT断线后发生故障对电力系统的一次设备造成冲击，其局限性在于母线互联运行方式下任一段母线发生区内故障，必然会多跳一段母线。
方案3：从一次系统和二次侧两个角度出发，二者相互配合，解决母联CT断线异常对母线保护动作行为的不利影响。按相识别出母联CT断线后，断线相故障时瞬时跳开CT断线的母联断路器，隔离故障，从而保证母线差动保护动作的选择性，延时100 ms跳母线为另一套母线保护正确选择故障母线且瞬时跳闸提供了机会。
3.3 电力系统中不同等级中的方案选择
在变电站的低压侧10 kV或35 kV母线上，双母线上的电源均来自两条母线，母联跳开后，对两条母线的运行不会存在影响，采用方案3最为合适。
在110 kV电力系统中，母线保护一般为单配置，母线保护的动作行为直接关乎着电力系统能否安全运行，所以在110 kV电力系统中，宁愿多设置跳断路器隔离故障，也不能漏设置跳断路器从而让故障蔓延，造成远、近后备保护越级跳闸。因此，在110 kV系统应优先选择方案1，断线后置互联标志，发生故障后两条母线瞬时动作。
在220 kV电力系统中，母线保护一般双重化配置，在母联CT断线后，可以利用双重化保护配置的优势，用好两套保护之间的配合，即两套保护不可能同时发生母联CT断线异常。假设A套保护发生母联A相CT断线，那么发生母线A相故障时，让A套保护先瞬时跳开母联，且在A套保护跳母联的同时，B套保护可以瞬时动作，跳开母联和故障母线上的断路器。如果B套保护拒动或B套保护在退出运行状态的100 ms延时后，已跳开母联断路器的A套保护不再受母联CT断线的影响，能够对故障母线做出正确的选择。方案3是根据继电保护双重化配置来设置两套保护互为备用，而不是双重化配置的两套保护同时跳闸。假设母联CT断线后1母发生故障，以母联CT断线为时域起点，两套保护动作行为的跳闸时序如图5所示。
4 结语
本研究系统地概述了变电站发生CT二次回路断线的环节及母联CT断线异常对母线保护动作行为的不利影响，提出了两种母联CT断线的识别方案及三种处理方案。重点研究如何有效利用220 kV系统变电站中母线保护双套配置互为备用，在母联CT断线后发生母线区内断线相故障时，采取瞬时跳母联、延时跳母线的处理方案，既保证了母线差动保护动作的选择性，又不影响继电保护的速动性和可靠性，有效保障电力系统的安全稳定运行。该设计方案已成功运用到新研发的新六统一常规采样GOOSE跳闸母线保护装置中，经中国电科院的动模测试，在实际工程中大大提高了母线保护装置对电力系统的安全保障作用。
参考文献：
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