基于差动特性的CT极性自适应判别方法

摘要：对于差动保护来讲，线路CT极性的正确与否直接影响差动保护的正确动作，因此必须保证线路CT极性的正确性。文章基于差动保护特性提出了一种适用于配网新增线路的CT极性的自适应判别方法。

关键词：差动保护；CT极性；自适应判别方法；电力配网；新增线路 文献标识码：A

中图分类号：TM93 文章编号：1009-2374（2015）15-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.073

现在随着智能化一次设备和IEC61850标准的不断完善，数字化变电站在我国迅速发展。基于数字化变电站的集中式继电保护装置能够通过网络获得配网内任何一条支路的信息，这样就为继电保护的发展提供了坚实的基础。本文首先通过图论建立了整个配网的拓扑矩阵，然后根据拓扑矩阵找到一个恰当的差动区域，再基于差动保护特性，提出了一种基于差动特性适用于配网新增线路CT的自适应判别方法。

1 集中式保护网络结构

目前在智能化配网系统中的集中式保护网络结构为：在每个测量点处都装设终端装置，再由几个变电站构成的配网区域主站设置集中式保护装置。终端装置和集中式保护装置均通过网络通讯，共同构成一个完整的保护系统。终端装置完成的功能主要有：（1）采集安装处的模拟量和开关量信息；（2）对信息进行简单的处理；（3）与集中式保护装置通信，并将就地信息上传，同时接收来集中式保护装置的命令信息；（4）根据接收到的来自集中式保护装置命令信息执行跳、合开关的操作。

集中式保护装置完成的功能主要有：（1）接收来自多个终端装置的模拟量和开关量信息，进行逻辑判别，完成各种保护功能；（2）做出保护和控制决策后下达执行命令至终端装置执行。

集中式保护装置能够获取整个配网系统各个结点的电气信息，这就为利用整个配网系统信息开展继电保护研究提供了基础。

2 配网系统的图论表示

下面以图1所示5节点电力系统为例介绍配网系统基于图论的拓扑矩阵。

在图1所示系统中，包括3个电源（节点编号分别为n1、n4、n5）、2个变电站（节点编号分别为n2、n3）、5条线路（节点编号分别为n6、n7、n8、n9、n10）、10个断路器（每个断路器均包括电流互感器）。每个断路器上设置一个终端装置，10个断路器编号分别为e1、e2、…、e10。设断路器都在合闸位置，边的正方向规定为从母线指向线路。

图1 系统图

分别使用邻接矩阵和可达矩阵表示配网系统各节点及连接关系，然后根据图论的方法就可以得到整个配网的各个差动区域。邻接矩阵C表示不同节点的邻接关系（邻接为1，不邻接为0），可达矩阵P表示节点间的可达性关系（节点间存在路是为1，不存在路时为0）。根据图论，对于路长不大于4的可达矩阵，可由下列公式求得：P=CC2C3C4。因而可达矩阵P的计算可由B=C+C2+C3+C4，再将B中非零元素改为1而零元素不变得出。对于图1的配网系统，其邻接矩阵C和可达矩阵P分别为：

根据邻接矩阵和可达矩阵可以得到个节点的关联域，也就得到了配网系统的差动区域。

3 新增线路CT极性自适应判别方法

3.1 基本原理

目前光纤差动保护是基于基尔霍夫电流定律：其假设进入某节点的电流为正值，离开这节点的电流为负值，则所有涉及这节点的电流的代数和等于零。即：

|∑ik|=0

基尔霍夫电流定律要求所有电流的极性都是正确的。如果有且只有一个电流的极性（假设的极性）是错误的，则该节点的电流的代数和就不等于零，即：

|∑ik|=2|im|≠0

此时如果人为地调整极性，则所有电流的极性均满足基尔霍夫电流定律的要求，这时该节点的电流的代数和就仍等于零。

从以上分析可知，对于某个差动区域来说，若有且只有一个电流极性是未知的。首先假设该电流的极性是流入的，即该电流的电流系数为1，然后将该电流乘以电流系数后代入差动方程进行计算，如果此时差动方程不满足，则说明该电流的极性和假设是一致的；如果差动方程满足，则说明该电流的极性和要求的相反，此时该电流的电流系数为-1。这样就保证了该电流极性符合差动保护的要求。

3.2 新增线路CT极性识别

对于新增线路，其两端的CT极性都是未知的，不能直接使用新增线路两端电流进行识别。但是对于配网集中式保护装置，其可以整合配网系统各个结点的电气信息，这就为自动识别新增线路CT极性提供了基础。

首先，按照本文第2部分介绍的方法建立整个配网（包括新增线路）的拓扑矩阵。根据配网拓扑矩阵，再通过网络拓扑变换就可以获取一个特定的差动区域，使得该区域中只包含新增线路一侧的电流信息，这样该差动区域中就只包含一个未知CT极性。在正常负荷电流条件下，通过计算该区域差动方程是否满足就可以确定该CT的电流系数，也就识别出该CT的极性。

其次，通过网络拓扑矩阵的拓扑变换，可以得到另一个只包含新增线路另一端电流信息一个未知CT极性的差动区域。使用同样的方法，就可以得到新增线路另一端CT的电流系数，即可识别出新增线路另一端CT的

极性。

最后，形成一个包含新增线路的这个配网系统所有CT极性的电流系数矩阵，在进行差动计算时先乘以电流系数矩阵将各CT的极性调整为符合差动保护要求方向。

按照本文的方法，只要知道配网系统的拓扑结构，就可以自动识别配网系统中新增线路两侧CT的极性，而不需要人工干预。

4 实例分析

对于如图1所示的配电网系统，假定线路n6～n9处于正常运行状态，其CT极性均已经过校验（人工或自动识别）是正确的，n10为新增线路。

当配电网新增一条线路n10后，首先根据网络拓扑图得出只包含新增线路一端CT的差动区域。如当n10投入运行后，e3、e6、e10形成一个差动区域，在该差动区域中，e3、e6处的CT极性已经确认，e10处的CT极性待确定。

假设e10处的CT极性是母线指向线路的，即e10处电流系数为1，然后进行差动判别，如果不满足差动动作条件，则e10处的CT极性就是母线指向线路。如果满足差动动作条件，将e10处电流系数改为-1后重新进行差动判别确认，如果不满足差动动作条件，则e10处的CT极性实际是线路指向母线。若仍然满足差动动作条件则发出告警，并闭锁和新增线路有关的差动保护。

确认e10处的CT极性后，接着确认e9处的CT极性：e9和e10同样形成一个差动区域，在该差动区域中，e10处的CT极性已经确认，e9处的CT极性待确定。使用和上文相同的方法即可确认e9处的CT极性。

集中式保护装置在进行极性判别后形成一个包含新增线路的全网络CT极性的矩阵，如图2所示。极性判别完成以后，保护装置投入相关差动保护，进行差动计算时各处电流首先乘以CT极性矩阵后，各CT极性就自动调整为以母线指向线路为正方向。

图2 CT极性矩阵

5 结语

采用本文的方法，对于图1所示一个配网系统，如果依次投入相邻线路，只需要人工校核首条投运线路两侧CT的极性，其他线路CT极性都可以自动识别，不再需要人工干预。即使在最不利的情况，也只需要校核两条线路的CT极性。

对于实际的配网系统，系统联系越紧密，按照本文的方法需要人工校核的CT数量就越少。本文的方法简化了现场调试步骤，减少了现场调试时间，提高了现场调试效率，同时也提高了整体配网保护系统的可靠性。

参考文献

[1] 李敏霞.一起主变零序保护越级跳闸事故分析与处理[J].电力系统保护与控制，2009，37（22）.

作者简介：朱若松（1974-），男，河南许昌人，许继电气股份有限公司工程师，研究方向：电力系统继电保护理论及实际工程应用。

（责任编辑：蒋建华）endprint