一种基于拓扑约束的双母单分段母联CT断线的处理方法与流程

本发明涉及继电保护中的母线保护领域，尤其是一种基于拓扑约束的双母单分段母联ct断线的处理方法。

背景技术：

电流互感器(currenttransformer，ct)作为一次回路电流信息的测量装置，在电网中大量应用，为电力系统继电保护设备提供原始数据，保障电力系统的安全。在系统运行过程中，不可避免的会出现ct断线故障。母联(分段)ct断线后，根据其大差无流，母联(分段)两侧母线小差有流的电气特性，以往母线保护常采取以下处理方式：

(1)将ct断线的母联(分段)两侧母线作为互联母线处理；母联(分段)ct断线后的电气特性与母线互联后的电气特性及其相似，将两侧母线作为互联母线处理，消除母联(分段)ct断线对于差流的影响，但由于互联处理是将两段母线当作一条母线处理，因此发生区内故障时，母线保护同时切除两条母线上的所有断路器，扩大故障范围；

(2)报母联(分段)ct断线告警，发生断线相母线保护区内故障时，先跳母联(分段)，延时100ms后选择故障母线；先跳母联，起到了隔离故障的作用，100ms的延时保证了母联断路器能够完全跳开，之后再根据差流特性去选择故障母线。但对于双母单分段的接线方式而言，若发生与ct断线母联(分段)不相邻的母线发生故障，装置会切除非故障母线的母联(分段)，扩大了故障的范围，改变了系统结构，不利于故障分析。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于拓扑约束的双母单分段母联ct断线的处理方法，能够对区内故障正确响应，不扩大故障范围，不误跳无故障母线，确保用电安全，减小母线故障对电网系统及用户的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于拓扑约束的双母单分段母联ct断线的处理方法，包括如下步骤：

(1)设置双母单分段接线方式，母线保护装置的保护范围为i、ii、iii三段母线；

(2)在装置未互联时，计算出大差a相差流为零，i母及ii母小差a相均有差流，表明i、ii母之间的母联1发生a相ct断线，母线保护装置发出“母联1ct断线”告警信号；

(3)若ct断线的母联1非相邻母线即iii母发生区内a相故障，三条母线均存在差流，利用基尔霍夫电流定律，对于i、ii母线构成的小区1，其有效区域内的节点差流应为除去母联1以外，i、ii母上所有相关断路器的电流之和；

id1a＝id1a+id2a＝0(1-8)

其中，id1a为小区1对应差流，id1a为i母小差电流，id2a为ii母小差电流；消除了母联1的影响后，小区1的整体差流为零，结合母联1ct断线的特征，认为故障发生在小区1以外区域，装置闭锁i、ii母差动，跳开iii母上所有支路断路器，切除故障。

优选的，步骤(1)中，装置未互联指没有互联压板投入或没有支路刀闸双跨。

优选的，步骤(2)中，若发生母联1ct断线，则对应电气量关系如下：

ida＝0(1-1)

id1a＞ictdx(1-2)

id2a＞ictdx(1-3)

id3a＝0(1-4)

id1a＝0(1-5)

其中，ida为大差电流，id1a为i母小差电流，id2a为ii母小差电流，id3a为iii母小差电流，ictdx为ct断线定值电流，id1a为小区1对应差流；母联作为两段母线的联络开关，其电流只计入小差计算，不计入大差计算，在母线仅有母联ct断线时，会表现出大差无流，小差有流的特性；根据公式(1-1)、(1-2)和(1-3)，可以得出母线区内大差无流，母联1两侧i、ii母小差有差流，母线保护装置发出“母联1ct断线”告警信号。

优选的，步骤(3)中，若ct断线的母联1非相邻母线即iii母发生区内a相故障，故障点短路电流为ifault，根据电路拓扑约束关系，故障后，故障电流从母联1流过，对应的电气量关系如下：

ida＝id3a＝ifault＞icd(1-6)

|id1a|＝|id2a|＞0(1-7)

故障后，三条母线均存在差流，无法进行故障母线的选择；根据基尔霍夫电流定律，对于小区1，其有效区域内的节点差流应为除去母联1以外，i、ii母上所有相关断路器的电流之和；

id1a＝id1a+ia2a＝0(1-8)

其中，ida为大差电流，id3a为iii母小差电流，icd为差动电流定值，id1a为i母小差电流，id2a为ii母小差电流，id1a为小区1对应差流；公式(1-8)表明，消除了母联1的影响后，小区1的整体差流为零，结合母联1ct断线的特征，认为故障发生在小区1以外区域，装置闭锁i、ii母差动，跳开iii母上所有支路断路器，切除故障。

本发明的有益效果为：本发明能够解决在双母单分段母线接线方式下，母线联络开关发生ct断线时，若发生与ct断线母联不相邻的母线故障，并且有故障电流从ct断线的母联流过时，由于大差及三条母线小差均表现出差流，而导致三条母线均动作，造成母线保护失去选择性，误跳非故障母线，扩大故障范围的问题；本发明在母联(分段)ct断线后，母线保护装置对区内故障正确响应，不扩大故障范围，不误跳无故障母线，确保用电安全，减小母线故障对电网系统及用户的影响。

附图说明

图1是本发明的双母单分段接线示意图。

图2是母联ct断线后继而故障未用本发明方法处理，装置动作跳闸的波形示意图。包含支路跳闸开关量及支路1(母联1)、支路3、支路13、支路14、支路20(分段)、支路21(母联2)c相电流波形，i、ii、iii母小差差流及大差差流波形。

图3是使用本发明的母线ct断线后故障装置动作跳闸的波形示意图。包含支路跳闸开关量及支路1(母联1)、支路3、支路13、支路14、支路20(分段)、支路21(母联2)c相电流波形，包含i、ii、iii母小差差流及大差差流波形。

具体实施方式

如图1所示，一种基于拓扑约束的双母单分段母联ct断线的处理方法，包括如下步骤：

(1)设置双母单分段接线方式，母线保护装置的保护范围为i、ii、iii三段母线；

(2)在装置未互联时，计算出大差a相差流为零，i母及ii母小差a相均有差流，表明i、ii母之间的母联1发生a相ct断线，母线保护装置发出“母联1ct断线”告警信号；

(3)若ct断线的母联1非相邻母线即iii发生区内a相故障，三条母线均存在差流，利用基尔霍夫电流定律，对于i、ii母线构成的小区1，其有效区域内的节点差流应为除去母联1以外，i、ii母上所有相关断路器的电流之和；

id1a＝id1a+id2a＝0(1-8)

其中，id1a为小区1对应差流，id1a为i母小差电流，id2a为ii母小差电流；消除了母联1的影响后，小区1的整体差流为零，结合母联1ct断线的特征，认为故障发生在小区1以外区域，装置闭锁i、ii母差动，跳开iii母上所有支路断路器，切除故障。

母线保护装置的主保护为基于基尔霍夫原理的差动保护，利用整体大差和各个母线的小差的电气特性，区分区内外故障和选择故障母线。

双母单分段接线方式下，母线保护装置的保护范围为i、ii、iii三段母线。母线保护范围内，母联(分段)不参与大差计算，只参与相邻母线的小差计算。以a相为例，在装置未互联(没有互联压板投入或没有支路刀闸双跨)时，计算出大差a相差流为零，i母及ii母小差a相均有差流，此电气量特征表明i、ii母之间的母联1发生ct断线。以此为前提，母线发生位于iii母的k1点a相故障，差动保护大差及三条母线小差a相差流均会大于定值，使得三条母线差动全部满足动作条件。

利用电路拓扑约束关系作为理论基础，研究发现，发生母联(分段)ct断线时，若将母联两侧母线作为一个整体区间，基于基尔霍夫电流定律减除母联ct电气量对整体区间差流的影响，可以得出，ct断线的母联(分段)相邻两侧母线，在非相邻母线发生同相故障时，这一整体区间内差流为零。

本发明将双母单分段母线接线方式下的三条母线，利用组合理论，两两为一组，形成三个区间，分别定义如下：

小区1：包含范围i、ii母；对应差流用id1a、id1b、id1c表示；

小区2：包含范围i、iii母；对应差流用id2a、id2b、id2c表示；

小区3：包含范围ii、iii母；对应差流用id3a、id3b、id3c表示；

大差电流为：ida、idb、idc；

i母小差：id1a、id1b、id1c；

ii母小差：id2a、id2b、id2c；

iii母小差：id3a、id3b、id3c；

母联1电流：im1a、im1b、im1c；

母联2电流：im2a、im2b、im2c；

分段电流：im3a、im3b、im3c；

ct断线定值：ictdx；

差动电流定值：icd；

双母单分段母线结构中，以a相为例，若发生母联1a相ct断线，则对应电气量关系如下：

ida＝0(1-1)

id1a＞ictdx(1-2)

id2a＞ictdx(1-3)

id3a＝0(1-4)

id1a＝0(1-5)

母联作为两段母线的联络开关，其电流只计入小差计算，不计入大差计算，在母线仅有母联ct断线时，会表现出大差无流，小差有流的特性；根据公式(1-1)、(1-2)和(1-3)，可以得出母线区内大差无流，母联1两侧i、ii母小差有差流，母线保护装置发出“母联1ct断线”告警信号。

若ct断线的母联1非相邻母线即iii母发生区内a相故障(故障点短路电流为ifault)，根据电路拓扑约束关系，故障后，故障电流从母联1流过，对应的电气量关系如下：

故障后，故障电流从母联1流过：

ida＝id3a＝ifault＞icd(1-6)

|id1a|＝|id2a|＞0(1-7)

故障后，三条母线均存在差流，无法进行故障母线的选择。通过利用基尔霍夫电流定律，对于小区1，其有效区域内的节点差流应为除去母联1以外，i、ii母上所有相关断路器的电流之和。

id1a＝id1a+id2a＝0(1-8)

公式(1-8)表明，消除了母联1的影响后，小区1的整体差流为零，结合母联1ct断线的特征，认为故障发生在小区1以外区域，装置闭锁i、ii母差动，跳开iii母上所有支路断路器，切除故障。

综合上述分析，非相邻母线发生故障时，小区1区域差流为零。在发生母联(分段)ct断线后，继而发生区内同相故障时，将小区差流作为ct断线的母联两侧母线差动动作的必要条件之一。通过这种约束关系，能够在双母单分段接线方式下解决母联(分段)ct断线后区内故障的选择故障母线的困难，确保保护装置动作的可靠性。

图1所示的是双母单分段接线用例，图中支路13在i母、支路3在iii母、支路14在ii母、支路1为母联1、支路20为分段、支路21为母联2。支路极性指向i母，母联1、分段极性指向i母，母联2极性指向iii母。

利用rtds(realtimedigitalsimulator)仿真模拟系统母联2c相ct断线后，发生i母区内c相故障并将故障保持，验证本发明方法对保护行为的影响。

模拟母联2c相ct断线，如图2及图3中模拟量第63通道所示。待装置报出母联2ct断线后，模拟iii母区内c相故障，此时各个差流分别为：

|idc|＝|i3c+i13c+i14c|≈15.6a(1-9)

|id1c|＝|i13c+i1c+i20c|≈15.6a(1-10)

|id2c|＝|i14c-i1c-i21c|≈12.5a(1-11)

|id3c|＝|i3c+i21c-i20c|≈12.5a(1-12)

|id2c|＝|id2c+id3c|≈0a(1-13)

根据公式(1-9)至公式(1-13)，结合比例制动原理，在母联2ct断线后，发生非相邻母线故障，未使用本发明处理时，装置无延时跳母联1、支路13、分段断路器，由于故障保持，ii母、iii母差动动作，延时跳支路13、支路14，误跳故障母线；使用本发明处理方法使得装置无延时跳母联1、支路13、分段断路器，利用小区2差流为零的特征，闭锁ii母、iii母，做到不误跳非故障母线。比较图2、图3可以得出，本发明方法能够确保装置动作的正确性。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。