关于CT断线功能在智能变电站中应用的探讨

汪思满 钱国明 唐治国

摘 要：国内主流厂家对于CT断线功能理解差异较大，保护相关标准中CT断线方面的性能指标要求较少，该文提出CT断线功能的一些重要性能指标；介绍国内主流厂家母线保护的CT断线功能，指出存在的不足；提出智能变电站CT断线特征的概念，对智能变电站母线保护的CT断线特征进行了分析；充分利用智能变电站信息共享的优势，设计新的母线保护CT断线功能实现方案，提升CT断线功能的性能指标，适应智能变电站的应用，给智能变电站保护相关标准的制定、运行维护、保护装置研制等提供参考。

关键词：CT断线 母线保护 方向保护 智能变电站 合并单元

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：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

常规变电站CT断线由于发生的概率较低，在相关标准中提及的内容比较少。保护装置在电流互感器二次回路不正常或断线时，应发告警信号，除母线保护外，允许跳闸；纵联差动保护，应装设电流回路断线监视装置，断线后动作于信号，电流回路断线允许差动保护跳闸[1]；装置应具有TA断线判别功能，发生TA断线后应发告警信号，对于双母线等单断路器主接线应闭锁保护，对于3/2接线等双断路器主接线可不闭锁保护[2]；这些是保护相关标准中对于CT断线的主要内容，标准中对于CT断线的规范仅限于发告警信号和是否闭锁保护，在CT断线判别精度、判别时间、断线相识别、断线间隔识别、断线闭锁后快速开放策略等方面没有细化的要求，但这些内容是非常重要的性能指标，处理的不好会直接影响系统的安全运行。采样值传输是变电站自动化系统过程层与间隔层通信的重要内容，智能变电站过程层上最大的数据流出现在电子式互感器和保护、测控之间的采样值传输过程中[3]，因此CT断线不仅仅是常规变得站二次回路的概念了，通信回路等环节异常也表象为CT断线特征，现有的CT断线功能设计方案已经不能完全适应智能变电站的需求，有必要对CT断线功能的设计方案进行细化研究。

1 目前母线保护常用的CT断线判据及其性能

1.1 支路CT断线常用判据

常用判据1[4]：任一相大差电流大于 CT断线定值，延时9秒发CT断线信号，同时闭锁差动保护。自动返回，返回时间0.9秒。

常用判据2[5]：CT断线告警段和闭锁段均经固定延时10s发信号，在闭锁段投入时判断TA 断线后按相按段闭锁装置，TA 断线消失后，自动解除闭锁。

常用判据3[6]：CT断线闭锁差动保护功能分为单相闭锁和三相闭锁；在大差单相有差流（差流达到CT断线闭锁定值）情况下，如果仅一路连接单元的该相二次无电流或电流较小、而其它两相二次电流接近，且该路连接单元二次监测到零序电流、最大相电流大于0.05In，则判定该相断线，延时0.5s，闭锁该相差动保护。在大差有差流（差流达到CT断线闭锁定值）情况下，不满足单相CT断线的判别条件，延时5s，闭锁三相差动。

1.2 支路CT断线判别存在的不足

快速断线识别无，断线判别的延时较长，容易造成误动；断线相识别无或不彻底；断线间隔识别无；断线后策略简单，仅闭锁差动，无记忆断线间隔功能；闭锁后快速开放策略无；CT断线判别过于简单，仅依赖于差流，有误判的可能。

1.3 母联CT断线常用判据

母联（分段）电流回路断线，不闭锁差动保护。与联络开关相连的两段母线小差电流越限（差流达到CT断线闭锁定值），且大差不越限（差流达不到CT断线闭锁定值），发“互联”信号，发生区内故障时，差动保护按照互联逻辑动作出口[4-6]

1.4 母联CT断线判别存在的不足

母联断线后发“互联”信号，把母联连接的两条母线当成一条母线处理，小差失去选择性，母线发生区内故障，两条母线都会跳闸，导致事故跳闸范围的扩大。

2 智能变电站CT断线特征

智能变电站以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求 [7]。合并单元是智能变电站中的重要设备，合并单元完成数据采集，并通过通信接口和其它设备共享采样数据，保护设备之间通过共享网络实现GOOSE信息交换，CT断线特征的信息可以通过GOOSE互联。

智能变电站过程层的通信方案有多种[7]，本文以MSV直连GOOSE组网的方案进行说明，主要体现设备间的通信连接环节，组网方案的变化不影响该文的分析内容。如图1所示，电流数据的采集和传输环节较多，每一个环节都有可能发生异常，通信等环节异常可以实时检测，在每一帧MSV报文中立即置错误标志，那么在保护接收端收到的电流数据就不可用，立即闭锁相关保护，出现异常的电流数据置零，对于保护装置IED采集到的电流也表现为单相或者三相断线的特征。因此智能变电站由于采样方式的不同，CT断线特征可以分为：数据传输等环节的异常（即依据错误标志识别）和CT断线（即依据电流识别），CT断线特征结果取它们的或门逻辑。

系统架构的复杂性和新技术的应用必然导致应用初期数据采样传输稳定性不高，短期内CT断线特征发生的概率也会较常规站高，CT断线特征需要细化研究，尽最大的努力降低由于CT断线特征带来的安全隐患。

3 CT断线功能新方案

3.1 快速CT断线功能设计方案及案例

对于重负荷间隔CT发生断线，目前断线判别的延时一般较长，滞后于差动动作的时间，差动动作时间一般小于20ms，如果没有快速CT断线的判别功能，在电压闭锁开放或者用于无电压闭锁功能的母线保护时，可能会导致差动保护误动出口跳闸。快速CT断线判别可以基于这样的原则：对于断线特征量明显，会立即导致误动的情况，判别时间要快；断线特征量不明显的，不会立即导致误动的，判别时间慢一点可以接受，保证判别的精度要求。

电流互感器二次断线最明显的特征是电流下降[8]，对于重负荷间隔的CT断线，特征表现为制动量减小的突变，对于一些复杂故障，特征也有表现为制动量减小的突变，如高阻接地故障、区外转区内故障，但可以通过状态序列复合判断方法鉴别这些复杂故障，区分是故障状态就不判CT断线，防止误判。

故障特征一般表现为制动量增大的突变，不可预知的CT断线特征（即依据电流识别）三相同时发生的概率非常小，因此不考虑三相同时断线的情况。快速CT断线判别设计为：非故障状态下，大差某相制动电流向下突变，瞬时值突变量值达到20%以上，此相别大差差流也接近突变量值的大小，立即闭锁差动保护20 ms，快速CT断线判别在这个时间内完成；扫描每一个间隔的零序电流，如出现三相电流较不平衡的间隔，此间隔三相电流进行比较，电流较小的相别和出现大差差流越限的相别对应，那么判断为此间隔此相断线，置此相别CT断线，并且记忆断线间隔编号，直至差流消失CT断线返回或者开关断开。

某110 kV变电站双母线接线的母线保护装置在实际发生CT断线时的录波数据，如图2所示，由于没有快速CT断线判别功能，差动元件误动作，开始由于电压闭锁元件没有开放，没有跳闸出口，后来由于误拉装置PT开关，电压闭锁元件开放，造成误跳闸事故。ia_14、ib_14、ic_14分别为编号为14间隔的三相电流，录波显示14间隔B相发生CT断线，Id_B为B相的大差差流，If_B为B相的大差制动电流，本案例能够被新的设计方案快速识别出CT断线，能够避免误动的发生。

3.2 支路CT断线特征闭锁后快速开放设计方案

新的CT断线判别方案识别和记忆断线间隔和相别，CT断线特征出现后，断线相的大差差动是被闭锁的，相当于差动保护被退出，此时可投入方向式母线保护。方向式母线保护的动作条件是有一个及以上指向母线的方向元件动作，同时没有任何一个指向线路方向的元件动作[9-10]。如图2所示，方向元件取各间隔保护IED的方向元件，各间隔保护IED方向元件的结果通过GOOSE网传输给母线保护。

方向元件的设计，方向指向母线为1，非指向母线为-1，无故障为0，如下式所示：

（1）

变压器间隔的方向元件设计：如图3 a）所示，虚线框内的间隔表示对于母线保护IED有CT断线特征，此间隔为变压器，一种情况：变压器间隔保护IED本侧无CT断线特征，如图1所示，假设E7处有异常，E5处没有异常的情况，直接取变压器保护IED本侧的方向元件的结果；另一种情况：变压器间隔保护IED本侧也有CT断线特征，那么就需要用其它侧的方向元件合成本侧的方向元件，方向指向范围包含了变压器，由于F2或F3故障都要跳开本侧开关，所以方向范围包含变压器不影响跳变压器本侧的选择性。

线路间隔的方向元件设计：如图3b）所示，虚线框内的间隔表示对于母线保护IED有CT断线特征，此间隔为线路，一种情况：线路间隔保护IED无CT断线特征，如图1所示，假设E7处有异常，E5处没有异常的情况，直接取线路保护IED的方向元件的结果；另一种情况：线路间隔保护IED也有CT断线特征，这时要用对侧的方向元件结果，方向指向范围包含了线路本身，由于F7或F8故障都要跳开线路本侧开关，所以方向范围包含线路本身不影响跳本侧线路开关的选择性。

母线保护IED判别出有CT断线特征后闭锁差动保护，投入方向保护，如方向保护判别出故障方向指向母线，那么立即跳开有CT断线特征的间隔和母联间隔，经延时确认断线间隔的开关确实跳开，CT断线闭锁返回，这时就可以通过差动保护选择故障母线，避免仅闭锁差动保护导致的拒动。

3.3 母联CT断线功能设计方案

分相母联CT断线判别，与母联连接的两个小差任意一相的差流都大于CT断线定值，同相别的大差差流小于CT断线定值，母联开关处于合位，母联电流三相不平衡，本相电流较其它相别低，判定为母联本相CT断线，如果母联电流仅不满足电流三相不平衡的特征，其它条件都满足，则判为母联三相断线。任意一相的母联电流的SV报文中错误标置1，本相电流数据不可用，等同于本相母联CT断线。此处母联CT断线的判断，较过去增加了一些必要条件，原因取决于断线以后的策略，防止其它特殊情况误判为母联CT断线，导致策略的不适用，策略仅针对母联CT断线特征。如：小差差流产生的原因是由于隔刀位置错误导致的，某间隔实际运行在I母线，但隔刀位置信号接收的确是II母线，这样导致I、II母的小差差流都不平衡的情况和母联CT断线特征类似，这种情况要排除在外。

母联CT断线特征出现后的策略，母联任一相判断出有CT断线，立即闭锁与母联连接的两个小差，大差不被闭锁，此时母线如果发生区内故障，小差因被闭锁不动作，大差动作仅跳开母联开关，母联开关位置由合到分，延时一段时间（躲开母联开关的灭弧时间，一般设定为100 ms），确认母联开关断开，母联CT断线特征不再影响差动保护的选择性，母联CT断线特征闭锁小差返回，小差恢复选择性，可以正确选择故障母线跳闸。

4 结论

CT断线功能的设计需要考虑判别精度、判别速度、断线相、断线间隔等性能指标。

CT断线特征是智能变电站CT断线功能设计的对象。

快速CT断线判据可有效解决大电流CT断线导致误动的情况发生。

利用智能站GOOSE组网的优势，在支路CT断线特征出现时，母线保护IED投入方向保护是可行的，解决了拒动的问题，可明显提升母线保护单套配置的可靠性。

母联CT断线特征设计方案，解决了拒动或者失去选择性的问题。

参考文献

[1] 中国标准出版社.GB/T 14285-2006继电器保护和安全自动装置技术规程[S].北京，2006.

[2] 中国电力出版社.DL/T 670母线保护装置通用技术条件[S].北京，2010.

[3] 易永辉，王雷涛，陶永健.智能变电站过程层应用技术研究[J].电力系统保护与控制，2010，38（21）：1-5.

YI Yong-hui，WANG Lei-tao，TAO Yong-jian. Process level application scheme in smart substation [J]. POWER SYSTM PROTECTION AND CONTROL， 2010，38（21）：1-5.

[4] 深圳南瑞科技股份有限公司.BP-2C微机母线保护装置说明书[Z].2008（9）.

[5] 北京四方继保自动化股份有限公司.CSC-150数字式母线保护装置说明书[Z].2006（4）.

BEIJIN SIFANG AUTOMATION CO.，LTD.CSC-150 digital busbar protection[Z].2006（4）.

[6] 国电南京自动化股份有限公司.SGB-750数字式母线保护装置说明书[Z]. 2013（7）.

[7] 樊陈，倪益民，窦仁辉，等.智能变电站过程层组网方案分析[J].电力系统自动化，2011，35（18）：67-70.

FAN Chen，NI Yimin，DOU Renhui，SHEN Jian，GAO Chunlei，HUANG Guofang. Analysis of Network Scheme for Process Layer in Smart Substation [J]. Automation of Electric Power Systems， 2011，35（18）：67-70.

[8] 文明浩.线路纵差保护CT二次断线判据分析[J].继电器，2006，34（18）：1-3.

WEN Ming-hao.Analysis of second loop break criterion of CT used in differential protection of transmission line[J]，RELAY， 2006，34（18）：1-3.

[9] 徐小龙，游大海，尹项根.方向式母线保护的探讨和应用[J].电力系统自动化，2003，27（22）：80-81.

XU Xiao-long，YOU Da-hai， YIN Xiang-gen.APPLICATION OF COMMUNICATION-BASED DIRECTIONAL BUSBAR PROTECTION[J].Automation of Electric Power Systems， 2003，27（22）：80-81.

[10] 李营，杨奇逊.方向式微机母线保护的研究[J].继电器，2000，28（1）：26-28.

YI Ying，YANG Qi-xun.Study of microprocessor-based directional bus protection[J].RELAY，2000，28（1）：26-28.