康丰，周小波，唐治国

(南京国电南自电网自动化有限公司，南京 211100)

0 引言

电力系统中发生电流互感器(CT)断线时，要求各种保护不要误动［1－4］，此要求对于母线保护来说尤其重要［5－8］。若断线单元的断线电流大于母线保护的动作电流值，且母线保护的比率制动特性也满足要求，母线保护往往会发差动保护动作［9］。在220kV电压等级及其以下的母线保护往往由电压闭锁来防止大电流CT断线导致的母线保护误动。然而，330 kV及其以上电压等级的母线保护往往由于电压灵敏度的问题取消了电压闭锁逻辑，此时大电流CT断线往往会导致母线保护动作出口，切除母线上所有单元。目前，CT断线的判别往往通过母线差流产生的时刻开始计时，差流一直存在且满足一定的延时，母线保护才发CT断线闭锁信号来提示母线保护已经被闭锁［10－11］。此方法不能快速地反映CT断线，且存在母线保护误动的风险。本文提出的方案是利用母线保护数据采集量大的特点，通过分析故障时刻的数据量及CT断线时刻数据量的特征，快速、有效地分析出母线保护的CT断线。

1 母线保护的数据量特征分析

1.1 母线保护的区内外故障波形特征分析

图1为典型3/2接线的母线实时数字仿真仪(RTDS)模型，此模型含有2个串回路、1个大电源发生器及线路双回回路等。交流互感器IBUR5(以下简称I5)和IBUR6(以下简称I6)的二次电流接入母线保护。在母线发生故障时对I5和I6的电流波形进行分析。

图1 母线保护仿真模型接线

母线保护发生区内或区外故障时，其显著特征为母线保护制动电流发生明显变化，如图2(母线区外故障)和图3(母线区内故障)所示。从图2可以看出，母线的制动电流(IFA)发生变化，其IFA增大，但母线保护无差动电流(IDCA);从图3可以看出，母线保护的IFA也发生了变化，其IFA变大，但母线保护存在IDCA。从图2和图3还可以看出，每个母线间隔电流都有变化，特别在其故障相，每个间隔电流往增大的方向增加。在故障期间，间隔三相电流的平衡被打破，导致间隔单元存在零序电流。

1.2 母线保护CT断线时的波形特征分析

当母线发生CT断线时，其波形如图4(母线CT断线)所示。从图4可以看出，I5A的电流断线，母线保护的制动电流发生了变化，但 IFA变小;在波形图中也可以看出母线保护产生了IDCA，其大小为断线相的电流大小。再观察母线保护间隔的电流，发现只有断线间隔有零序电流，其他间隔无零序电流。由于现在母线保护的差动判据能在20 ms内判出差动故障，而目前母线CT断线判据的延时往往为秒级，故图4的波形往往容易造成母线保护误动。

图2 母线保护区外故障波形

图3 母线保护区内故障波形

2 母线保护快速CT断线关键技术

为了解决母线保护装置在大电流CT断线(断线相的电流大于母线保护的差动定值)时易误动的问题，该技术利用电流变化量的变化特征，配合其他辅助判据，能有效区分故障与断线，达到母线保护不误动的目的。

2.1 基于电流变化量的母线保护快速CT断线技术方案

通过分析目前应用较为广泛的CT断线方案，提出以下技术方案:通过分析母线上连接的各单元(母联、线路、变压器等)的电流变化量特征来判断CT断线。电流变化量与预设门槛比较可分为向上变化、向下变化及无变化3种，统计母线上的3种电流变化量，将统计值与制动电流的变化量结合，使得母线保护CT断线行为正确而且快速。

图4 母线保护的CT断线波形图

2.2 技术实现

以图5为例，母线上有3个单元，分别为单元1、单元2和单元3，其步骤如下。

图5 3个单元的母线示意

2.2.1 步骤1:数据采集

对母线上各连接单元A，B，C三相电流以恒定的采样频率进行电流采样。母线上所有连接单元如图5所示:以单母线为例，连接单元为 I1，I2，I3，其中I1，I2，I3可定义为主变压器、线路等。

2.2.2 步骤2:计算各单元每相电流变化量和零序电流

分别计算母线上各连接单元A，B，C三相电流变化量，然后电流变化量与预设定值(Iset1)相比较判断电流变化方向，并记住每相电流的变化方向。其计算方法如下:

式中:I为前采样点电流;I1为前两周波采样点电流，Φ分别为A，B，C三相;n表示母线上的第n个连接单元;ΔI表示在当前采样点的电流与前n个周波对应采样点的电流之差。在图5所示连接单元中，各单元电流变化量(以I1C为例)为

式中:I1Cj为当前计算点C相电流;I1Cn为上n周波对应采样点。

计算每个单元的零序电流

式中:InL为n支路的当前零序采样点电流;InA，InB，InC为n支路当前采样点电流。

以第1单元的零序电流示例，则I1L=I1A+I1B+I1C。据此可求出各单元的零序电流I1L，I2L，I3L。经过如下处理后，判别出零序电流存在支路，具体比较如下(第1单元为例):I1L＞Iset1时，第1单元判存在零序电流，NL1=1;否则判无零序电流，NL1=0。

2.2.3 步骤3:计算差流及制动电流及其变化量

分别依据母线的差流和制动电流计算公式

求出母线保护每相的差流和制动电流(以C相为例):

计算制动电流的变化量

式中:ΔIf为制动电流变化量;If1为前n个周波的制动电流;If为当前采样点的制动电流。

以C相为例，ΔIfCj=IfCj－If1Cj。可据此求出A，B，C三相制动电流的变化量，并与母线保护的差动定值做比较，判别制动电流的变化(以C相为例):当ΔIfCj＞母线保护的差动定值时，制动电流向上变化，NFUC=1;否则制动电流无向上变化，NFUC=0;以此类推，可计算出A，B相的差流和制动电流及制动电流的变化量NFUA，NFUB。

2.2.4 步骤4:电流变化量的统计

统计电流变化量，主要统计电流向上的变化量(N1)、向下的变化量(N2)以及制动电流向上的变化量(N4)、零序电流产生单元的数量(N3)。以图5所连接的3个单元为例:

2.2.5 步骤5:通过统筹判断CT断线

(1)电流变化量向上的总数(N1)大于0。

(2)电流变化量向下的总数(N2)大于1。

(3)零序电流的总数(N3)大于1。

(4)制动电流向上变化量的总数(N4)大于0。

当上面4个条件有1个满足时，则不进行快速CT断线判别。当上面的条件都不满足时，则进行快速CT断线判别，其步骤如下。

第1步:若判断电流向下的总数(N2)为1，则记住电流向下变化的单元及其相别。

第2步:若零序电流的总数(N3)等于1，则记住零序电流存在的单元。

第3步:母线保护的差流Id大于CT断线闭锁的定值，则记住差流存在的相别。

第4步:当差流存在的相别与电流向下变化的相别一致且电流变化的单元与零序存在的单元一致时，则进一步判断快速CT断线。

第5步:前面4步都满足时，则对断线单元的电流进行比较。电流向下变化的相别电流要最小，其他两相电流都比断线相电流大且大小相近。

当这5步运行完毕且条件都满足时，则认为母线保护的快速CT断线条件满足，为了满足可靠性要求，连续判断M(M小于1个周波的采样点数)个点，如果M个点全面满足条件，则认为母线保护CT断线，发CT断线信号，闭锁母线保护，其逻辑如图6所示。

2.3 技术的应用

利用上面的5个步骤分析图2(母线区外故障)、图3(母线区内故障)和图4(母线大电流CT断线)的波形，来检验此技术的正确与有效。

(1)图2为母线区外故障(A相)录波图，利用上面的公式可以算出 N1=2，N2=0，N3=2，N4=1。由于N1＞0或N3＞1，则认为母线发生了故障而不是发生了CT断线，不闭锁母线保护。

(2)图3为母线区内故障(A相)录波图，利用上面的公式可以算出 N1=1，N2=0，N3=1，N4=0。由于N1＞0或N3＞1，故认为母线发生了故障而不是发生了CT断线，不闭锁母线保护。

图6 基于电流变化量的母线保护快速CT断线逻辑

(3)图4为CT断线时的录波图，图4中母线I5 A相断线，A相为大电流CT断线，断线时产生的差流大于断线闭锁定值且还大于母线保护动作定值。利用上面的公式则可以算出:N1=0，N2=1，N3=1，N4=0。此时差流产生的相别与电流变化的相别一致，电流变化的单元与零序存在的单元一致，C相的电流断线后降到了无流门槛以下，A和B相电流的幅值远大于C相电流且A和B相电流大小相差不大。故此判据很快地判出第1单元C相断线并闭锁母线保护。如果无此判据，母线保护由于差流满足条件会误动作。

3 结束语

综上所述，利用基于电流变化量的母线保护的快速CT断线判断方案，能准确地判断出CT断线单元及其断线相，能及时闭锁母线保护，防止母线保护误动。尤其对没有电压闭锁的母线保护，此判据能够有效地防止其大电流CT断线引起的母线保护误动。电流变化量的快速CT断线有效地解决了母线保护大电流CT断线误动的难题，该技术可用于母线保护装置，提高母线保护的安全性。

［1］GB/T 14285—2006继电保护和安全自动装置技术规程［S］.

［2］周玉兰.1999—2003年全国电网元件保护运行情况分析［J］.中国电力，2005，38(5):13 －19.

［3］周玉兰，许勇，王俊永，等.2000年全国电力系统继电保护与安全自动装置运行情况［J］.电网技术，2001，25(8):63－75.

［4］朱声石.高压电网继电保护原理与技术［M］.北京:中国电力出版社，1995.

［5］周玉兰，王俊永.2001年全国电网主设备保护预先分析［J］.电力自动化设备，2002，22(11):78 －82.

［6］周玉兰.2003年上半年全国电网元件保护运行情况分析［J］.中国电力，2004，37(5):43 －46.

［7］陆征军，吕航，李力.输电线路分布电容对快速母线差动保护的影响［J］.继电器，2005，33(1):68－72.

［8］王春生，卓乐友，艾素兰.母线保护［M］.北京:中国电力出版社，1987.

［9］汪觉恒，唐卫华.国内外各类母线保护技术特性分析［J］.电力自动化设备，2000，20(1):43 －45.

［10］王梅义.电网继电保护应用［M］.北京:中国电力出版社，1998.

［11］DL/T 587—2007微机继电保护装置运行管理规程［S］.