智能变电站中几种CT异常状态及保护装置的处理

2015-11-17经验人吴培涛

中国科技信息 2015年16期

经验人：吴培涛赵磊

经验人：吴培涛赵磊

本文针对智能变电站目前所采用的电子式互感器，通过分析其在日常应用中各个环节可能出现的问题，分析线路保护、母差保护、主变保护、对各种保护的CT异常状态的处理机制。进而得出电子式互感器在未来的发展方向并做了深入的思考，结论具有一定的参考价值，对同行今后的工作能起到部分的启发作用。

自20世纪70年代以来，人们一直在寻求一种安全、可靠、理论完善、性能优越的新方法来实现电力系统高电压、大电流的测量。基于光学传感器技术的光电电流互感器OCT和光学电压互感器OVT及采用空芯线圈和低功耗铁芯线圈感应被测电流的电子式互感器ECT和EVT一直受到国内外的广泛关注和深入研究。随着温度稳定和工艺一致性等问题的逐渐解决，电子式电流互感器已经逐步从试验阶段走向工程应用。电子式互感器相对于传统的互感器技术有着明显的优势，因此，其技术的稳定性将成为推动智能化变电站应用技术工程化的主要推动力，并将为变电站自动化技术的发展起到积极作用。

异常状态分析

智能变电站采用电子式电流互感器，与常规电流互感器相比主要有以下特点：不含铁芯，消除了磁饱和和铁磁谐振等问题，抗电磁干扰性能好，低压侧开路无高压危险；动态范围大，测量精度高。但是电子式电流互感器二次回路相对传统电流互感器来说更为复杂。现在广泛采用的有源电子式电流互感器的工作原理为：一次电流通过空心线圈变换成小电压信号，经远端模块进行数模转换后，传输给合并单元，由合并单元处理合并，最后送给保护装置使用。在这一过程中罗氏线圈二次侧与远端模块采用二次电缆连接，远端模块与合并单元以及合并单元与保护装置用光纤或光缆连接，现在广泛采用的有源电子式电流互感器在一次电流小于20A的状态下，还需要合并单元通过光纤进行激光供电。并且每套保护装置接收两路A/D采样，并进行互相校验后采用。

以上传输过程中任何一个环节出现问题，都将造成电流互感器的异常状态，现将各种异常状态总结如下。

罗氏线圈二次侧与远端模块连接的二次电缆出现断线或连接不牢

远端模块接收不到经过罗氏线圈变换后的小电压信号，这与一次电流为零的状态相同，此时远端模块仍能通过激光或者取能线圈供电，持续不断的向合并单元发送零值采样信号，这与传统电流互感器的CT断线状态相似，只是没有了开路高压的危险，如图1所示。

图1 罗氏线圈二次侧与远端模块连接的二次电缆出现断线或连接不牢

远端模块与合并单元连接的光纤出现断线或各光纤接头出现松动、污损，取能线圈或激光供电系统出现问题，远端模块失去电源

此时合并单元无法收到远端模块送来的数字信号，但合并单元与保护装置仍然可以正常通讯，此时合并单元检测到断线信号，并将传送给保护的采样信号品质位置无效，如图2所示。

图2 远端模块与合并单元连接的光纤出现断线

合并单元与保护装置连接的光纤出现断线或各纤接头出现松动、污损

如图3所示。此时保护装置检测到与合并单元通讯终端，将发出SV断链告警。

合并单源某一路A/D处理模块出现损坏，导致保护装置双A/D采样值不一致，此差值越过某一限值后，保护装置将不采用次采样信号

各种处理机制

当遇到以上几种异常状态时，保护装置需要采取不同的措施，以满足在可靠性的前提下不失选择性。下面分别以线路保护，母差保护，主变保护为例，对各种保护的CT异常状态的处理机制进行分析。

图3 合并单元与保护装置连接的光纤出现断线或各纤接头出现松动

线路保护

由于线路纵差保护对电流采样品质要求较高也最具有代表性，下面对以光纤纵连差动保护的处理机制进行分析。在异常状态1的情况下，和传统保护相同，此时保护装置按照传统的CT断线判据判别出断线相，当“CT断线闭锁差动”控制字投入时，即闭锁该断线相差动保护，非断线相在故障时仍可动作，当“CT断线闭锁差动”控制字退出时，则该断线相动作条件由“断线后差动定值”来决定，非断线相则仍按原定值正常动作。

在异常状态2的情况下，保护装置收到合并单元发来的采样信号的品质位被置为无效，此时将闭锁与该采样值相关的所有保护，保护将无法启动，主保护及后备保护都无法动作。

在异常状态3的情况下，保护装置将检测到SV通讯中断，闭锁所有保护，保护将无法启动，主保护及后备保护都无法动作。

在异常状态4的情况下，保护装置检测到两路A/D采样不一致，将发出SV采样不一致告警，闭锁所有保护，保护将无法启动，主保护及后备保护都无法动作。

以上为主流保护厂家的线路保护对4种CT异常状态的处理机制，笔者认为对于传统电流互感器来说，CT断线将面临着低压边开路高压危险，所以闭锁所有相别的差动保护，并发出告警信号，由值班员申请退出保护。而电子式互感器，CT二次断线没有低压边开路高压危险，所以仅闭锁断线相差动保护，非断线相保护仍能正常动作，这种处理机制是合理的，但是对于异常状态2和异常状态4，如果仅是一相出现光纤断线或双A/D采样不一致的状况，合并单元或保护装置是可以判别出该异常相别的，而此时保护闭锁所有相别的保护，而且装置所判别的二次CT断线即第一种异常状态发生在电流互感器本体高压侧，这与异常状态2和异常状态4的环境更为危险，所以这种处理机制是否欠妥？

母线保护

母线保护与线路保护的不同之处在于，母差保护涉及多个原件的采样，当其中某一个原件的采样出现问题时，需要考虑是闭锁所有原件的差动保护，还只闭锁单间隔的差动保护。在异常状态1的情况下，若线路间隔出现CT断线，则闭锁间隔所在母线的断线相的差动保护，若母联间隔出现断线此时不闭锁差动保护，许继wmh-800型母线保护，即判为母线互联状态，任一母线故障切除两条母线上的所有连接元件。四方csc-150母线保护，只判断线相母线互联，而非断线相仍能选择母线动作。

在状态2至4的情况下，母线保护均闭锁所有原件的差动保护，装置报CT品质异常告警。

与线路保护相同，CT断线的处理机制是按相按母线闭锁差动保护，而另外三种情况下则是闭锁所有间隔的差动保护，这种处理机制是否合适？其次母联间隔的采样电流只参与小差电流的计算，如果母联CT在状态2至4的情况下，闭锁所有差动保护，会扩大故障范围，在故障发生到保护人员到现场处理的这段时间内如果母线出现故障，有引起保护拒动的可能。

变压器保护

在状态1至4的情况下，变压器保护均闭锁所有和电流有关的保护。

考虑到母线保护和主变保护均是涉及多个元件的保护，如果其中某个元件的交流采样回路出现异常，对故障的处理不该扩大至非故障间隔。在保护装置中设有每个间隔的电流sv软压板，投入此压板后装置接收合并单元送来的电流采样信息参与保护计算，并监视sv链路状态，发现异常即闭锁保护，当退出此压板后，该间隔的电流采样将不参与保护计算，保护装置也不再监视该支路的sv链路状态，此时即使该间隔sv链路出现异常，保护仍能正常动作。因此在ct异常状态下，可以考虑将异常间隔停运后，退出该间隔电流sv软压板进行检修，其他间隔仍可继续运行。但是需要注意必须将该间隔停运后才可退出sv压板，如果颠倒顺序，一旦异常间隔的sv软压板退出后，保护将重新开放，而此时该间隔电流将不计入差流计算，此时差动电流将不再平衡，当达到定值时保护将会误动。

结束语

作为智能化变电站应用技术的重要标志非常规互感器的技术对于变电站自动化系统带来的影响主要体现在数据采集环节的数字化应用，信息的集成化，一、二次系统电气隔离对于二次系统安全性的提高，并将大大简化现场试验，实现保护应用原理的简洁化、提高保护装置的安全性等，因此随着非常规互感器技术的日臻成熟，将引领变电站自动化应用技术进入一个全新的发展阶段。