基于空充暂态电流的线路保护CT极性校验方法_刘玢岩.pdf

第51 卷 第12 期 电力系统保护与控制电力系统保护与控制 Vol.51 No.12 2023年6月16日 Power System Protection and Control Jun.16,2023 DOI:10.19783/ki.pspc.221418 基于空充暂态电流的线路保护 CT 极性校验方法 刘玢岩1，尹 昕2，潘远林1，尹项根1(1.强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)，湖北 武汉 430074；2.长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南 长沙 410114)摘要：线路保护电流互感器(current transformer,CT)二次采样回路接线正确是保护正确动作的前提。针对线路投运启动过程中保护 CT 极性校验困难的问题，首先分析了在有限负荷和无负荷下利用线路稳态电流进行极性校验的边界限制条件。进而针对不满足限制条件下无负荷极性校验困难的问题，提出了一种基于空充暂态电流的线路保护 CT 极性校验方法。该方法先利用幅值较大的本端暂态电流对三相 CT 相对极性进行初判，再通过线路本端暂态电流和测量电压基于线路结构计算对端暂态电流来实现本端保护 CT 极性错误相识别，CT 极性正确时对端计算电流理论上为零，CT 极性错误时会呈现较大的幅值。该方法有效解决了传统极性校验方法在负荷不足时无法校验的问题。仿真和录波验证了该方法的有效性，并已纳入工程应用方案。关键词：输电线路；CT 极性校验；空充暂态电流；分布参数 CT polarity checking method for line protection based on no-load charging transient current LIU Binyan1,YIN Xin2,PAN Yuanlin1,YIN Xianggen1(1.State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology(Huazhong University of Science and Technology),Wuhan 430074,China;2.College of Electrical and Information Engineering,Changsha University of Science and Technology,Changsha 410114,China)Abstract:The correct wiring of a line protection current transformer(CT)secondary sampling circuit is a precondition for correct protection operation.There is difficulty in polarity checking during the operation and start-up of the line.Thus the boundary limit condition of the polarity checking using the steady-state current of the line under limited load and no-load is first analyzed.There is also difficulty of no-load polarity checking when the condition is not met.For this a CT polarity checking method for line protection based on no-load charging transient current is proposed.The CT relative polarity of three phases is preliminarily checked by the local transient current with large amplitude.Then,the transient current of the opposite terminal is calculated based on the measured value of the local terminal and the Bergeron line model to determine the phase with the wrong polarity of the local terminal.When the CT polarity is correct,the calculated current of the opposite terminal is theoretically zero.If not,it will have a large amplitude.The problem that the traditional method cannot take effect when the load is insufficient is solved by the proposed method.The effectiveness of the method is verified by simulation and wave recording.This has been incorporated into the engineering application scheme.This work is supported by the National Natural Science Foundation of China(No.52007010).Key words:transmission line;CT polarity checking;no-load charging transient current;distributed parameter 0 引言 保护装置电流互感器(current transformer,CT)二次采样回路是继电保护重要的工作回路，线路保护 CT 极性正确与否直接关系到保护装置能否可靠 基金项目：国家自然科学基金项目资助(52007010)动作，一旦极性接错极易造成线路保护误动或拒动。对于新建、改建和扩建的输电线路，在启动投运过程中必须对继电保护 CT 极性进行校验1-4。现有 CT 极性校验方法包括直流法和带负荷测试。直流法通过仪器对CT的单体极性进行校验5-7，但这种分步式检查很难确保整体相量检查的完整性。规程要求新安装或二次回路有较大变动的保护-100-电力系统保护与控制电力系统保护与控制 装置应带上工作电压和负荷电流对 CT 极性加以校验8。目前，带负荷测试通常采用六角图法或直接用钳形相位表校验极性9-11，但带负荷测试操作步骤复杂，并且只能在稳定的负荷电流下进行，受限于保护装置和钳形相位表的测量精度，通常需要CT 二次电流达到 520 mA 才能明显读出幅值和相位12，因此在校验过程中需要组织足够的负荷电流。实际工程中并非所有情况下都能有效组织负荷电流，比如某些新建电厂和终端变电站，无法直接从其他地方调度负荷。这类情况下校验线路 CT 比较有效的办法是充分利用厂内生活、施工负荷，站内补偿设备，或是租赁负荷13-14，然而这样的负荷往往十分有限，这将导致线路 CT 二次回路电流受负荷大小以及校验回路中串补、并联电抗器等设备参数的影响较大。为了使线路通过负荷级电流，已有许多成套的一次通流设备，能够输出满足极性校验要求的一次电压和一次电流15-18，并已在多个电压等级的变电站应用。其缺陷在于操作流程繁琐，需要额外添加设备，存在一定的安全风险。因此研究在有限负荷或无负荷情况下，考虑各类因素对线路稳态电流大小的影响，获得能产生负荷级电流的边界条件是非常具有工程价值的问题。针对无负荷下极性校验困难的问题，文献19提出在没有负荷的情况下可以利用线路空充稳态电容电流进行 CT 极性校验。文献20分析了高压线路利用空充稳态电流进行极性校验的适应性，对于电缆线路空充电流较大适用性强，但对于架空线路存在空充电流幅值较小达不到测量精度要求的情况。文献21提出利用线路空载合闸产生的幅值较大的暂态电流校验 CT 极性，基于线路型等值模型辨识线路电阻、电感等参数，若线路参数计算值与实际值相近则 CT 极性正确，否则 CT 极性错误。但该方法没有考虑线路的分布电容电流特性以及断路器的分散性，工程实用性不强。上述方法均没有考虑超高压线路中串补、并联电抗器等设备对线路空充电流的影响。本文首先研究在有限负荷与无负荷情况下利用线路稳态电流校验 CT 极性的问题，分析线路稳态电流大小的影响因素和边界限制条件。再针对无负荷情况下线路空充稳态电流可能达不到校验精度的问题，利用线路空载合闸时幅值较大的暂态电流，提出一种基于空充暂态电流的线路保护 CT 极性校验方法，最后通过仿真和录波验证其有效性。1 稳态极性校验方法及边界限制条件 传统的线路保护 CT 稳态极性校验方法需要二次侧有负荷级的稳态电流。研究在有限负荷或者无负荷的情况下，考虑各类因素对校验电流大小的影响，评估线路在启动时能否产生足够大的校验电流，获得各类因素下的边界限制条件，可对校验方法的选取提供指导。1.1 带负荷极性校验边界限制条件解析 线路保护CT带负荷极性校验电路如图1所示，线路位于母线 MN 之间，为了便于解析计算，采用型等值电路，线路阻抗为LZ，线路容抗为CX；串补容抗为c0X，线路两端并联电抗器感抗分别为b1X和b2X。假设线路充电过程中末端母线电压近似等于首端系统电压，则负荷用阻抗形式表示为 22mmload2222jPEQEZPQPQ=+(1)式中：loadZ为负荷阻抗；mE为首端系统电压；P、Q 分别为负荷有功和无功功率。母线 M 右侧的等值阻抗为mZ，有 mloadb2CLCc0b1(/j/(2j)/(2j)j)/jZZXXZXXX=-+-(2)则 M 侧保护 CT 所测得的二次电流大小为 mmmms()EIn ZZ=+(3)式中：n为CT变比；msZ为系统阻抗。因此，利用式(1)式(3)可以求取线路CT极性校验时不同负荷可以提供的稳态电流大小。由式(3)可见，二次电流大小主要与串补度、并联电抗器容量、线路长度、负荷和CT变比有关，其中CT变比与二次电流大小成明确的反比关系，因此下面主要分析不同串补度、并联电抗器容量、线路长度对可校验负荷边界的影响。图 1 线路保护 CT 带负荷极性校验电路 Fig.1 Circuit of polarity checking with load of line protection CT 为了做普适性分析，选取的典型线路模式及参数为：串补位于线路首端，默认补偿度为30%；并联电抗器位于线路末端，默认单相容量为60 Mvar；线路单位长度阻抗0.0372j0.3039/kmz=+，线路单位长度电容0.01346F/kmc=，默认线路长度为200 km；500 kV系统阻抗ms0.1j17.6Z=+；CT变比3000/1n=。刘玢岩，等 基于空充暂态电流的线路保护 CT 极性校验方法 -101-1)串补度对负荷边界的影响 串补度对负荷边界的影响如图2所示，图中曲面展示了串补度分别为20%、30%和50%时不同负荷下的线路二次电流mI。可以看到，当负荷无功功率Q一定时，随着负荷有功功率P增大，二次电流mI逐渐增大。当负荷有功功率P一定时，随着负荷无功功率Q增大，二次电流mI先减小后增大，当负荷j50 MVAS=时，mI取得最小值。这是由于线路充电回路中串补容抗、线路阻抗和系统阻抗相较于线路容抗较小可忽略不计，母线M右侧等值阻抗mZ近似等于线路电容与电抗器、负荷的并联，通常并联电抗器补偿度小于122，没有负荷时mZ呈容性，随着无功负荷的增加mZ逐步由容性变为感性，其幅值先变大后变小，发生并联谐振时mZ达到最大值。考虑较为严苛的情况要求保护CT极性校验需满足m0.02 AI，图中使二次电流m0.02 AI=所需的负荷曲线即为边界，右侧区域才满足校验电流精度要求，由于串补容抗远小于线路容抗，可以看到串补度对极性校验负荷边界的影响不大。图 2 串补度对负荷边界的影响 Fig.2 Impact of series compensation degree on load boundary 2)并联电抗器容量对负荷边界的影响 图 3 展示了并联电抗器容量对负荷边界的影响，电抗器容量bQ为 70 Mvar 与 60 Mvar 时相比电流极小值点右移，表明电抗器容量的增加使得发生并联谐振所需的负荷减小。由图中负荷边界变化情况可以看出，随着并联电抗器容量bQ的增大，校验所需负荷越来越大，其原因在于线路稳态电流主要由对地电容电流与负荷电流两部分组成，并联电抗器补偿了部分电容电流使得mI减小，并联电抗器容量越大越不利于极性校验。3)线路长度对负荷边界的影响 图 4 为线路长度对负荷边界的影响，线路长度l为 300 km 与 200 km 时相比电流极小值点左移，并且线路空充稳态电流更大，这是由于线路长度增加使得线路容抗减小，线路对地电容电流更大。根据不同线路长度下的负荷边界可以看出，随着线路长度的增加，可校验区域逐渐变大，更有利于极性校验。图 3 并联电抗器容量对负荷边界的影响 Fig.3 Impact of shunt reactor capacity on load boundary 图 4 线路长度对负荷边界的影响 Fig.4 Impact of line length on load boundary 在实际线路保护 CT 极性校验前，可代入具体工程场景、各设备参数进行二次电流计算，判断线路稳态负荷电流是否满足极性校验精度要求。1.2 无负荷极性校验边界限制条件解析 当现场无法提供有效负荷时，现有校验规程中也明确规定了可以采用线路空充电流来进行校验但同样需达到精度要求。在无负荷情况下，线路参数及其他设备参数已经基本确定，分析串补度、并联电抗器容量、线路长度等参数对线路空充电流的影响，得到边界限制条件，可为能否选择该无负荷校验方法提供参考。无负荷下线路极性校验电路如图 5 所示，去除负荷阻抗后母线 M 右侧的等值阻抗mZ如式(4)所示，同理代入式(3)即可求解无负荷下极性校验的边界限制条件。mb2CLCc0b1(j/(2j)/(2j)j)/jZXXZXXX=-+-(4)-102-电力系统保护与控制电力系统保护与控制 图 5 线路无负荷极性校验电路 Fig.5 Circuit of polarity checking with no-load 线路运行模式和参数与1.1 节相同，分析已知串补度对线路空充电流影响不大，因此以线路长度、并联电抗器容量为可变量，通过数值解析得到无负荷下线路极性校验边界如图 6 所示。图中曲面为不同并联电抗器容量和线路长度下的线路空充稳态电流幅值，可以看到线路空充稳态电流总是随着线路长度或并联电抗器容量的增加先减小后增大，转折点在并联电抗器完全补偿线路电容时出现。图中实线为不同并联电抗器容量和线路长度下使二次电流m0.02 AI=的校验边界，由于并联电抗器补偿度通常小于 1，因此可校验区域往往位于右侧，且线路长度越长、并联电抗器容量越小越有利于极性校验。图 6 无负荷下线路极性校验边界条件 Fig.6 Boundary condition of polarity checking with no-load 本文采用无负荷下线路空充稳态电流极性校验方法对实际 500 kV 工程线路进行测试，评估线路是否满足无负荷校验的条件。随机选择的 48 条线路中，满足校验条件的线路有 22 条，不满足的有 26条，可校验率仅有 45.8%，说明部分线路在负荷不足或者无负荷条件下可以采用线路空充稳态电流来做首端保护 CT 的极性校验。然而仍存在大量线路的空充稳态电流不足以进行极性校验，这些线路往往长度较短或并联电抗器容量较大。2 基于空充暂态电流的极性校验方法 实际线路在启动投运过程中经常会遇到无法组织有效负荷的情况，上节分析结果表明部分线路在无负荷时空充稳态电流并不足以完成校验。而线路空载合闸时往往具有较大的暂态电流，可利用此暂态电流对本端保护 CT 极性进行校验。2.1 极性校验原理 在线路空充暂态过程中，假设线路三相系统参数均保持对称，断路器同时合闸，没有零模电源存在，则 CT 极性正确时计算得的线路自产零模电流理论上将始终保持为 0，如式(5)所示。0abc30iiii=+=(5)当 CT 极性存在错误时，以 A 相 CT 接反为例，A 相线路实际电流为ai，A 相保护 CT 测得电流为ai-，此时计算得到的零模电流为 0abca32()iiiii=-+=-(6)可见，当 A 相 CT 极性接反时，计算得到的零模电流正好为 A 相电流测量值的两倍，极性正确与否零模电流差异显著。但 BC 两相极性接反时根据式(5)零模电流计算结果同样等于两倍的 A 相电流测量值，可见该方法无法区分 A 相接反与 BC 两相接反两种情况，只能说明 A 相极性与 BC 两相极性相反。定义 CT 极性与其他两相相反的相为异常相，因此仅能利用该方法初步识别三相 CT 的相对极性。需要注意的是由于实际工程中断路器合闸时间具有分散性，无论某相断路器提前或延迟合闸都会产生一定的零模电流如图 7 所示，仅在正常合闸时零模电流接近于 0。因此在三相不同时合闸的情况下，即使三相 CT 极性均正确，零模电流也有显著幅值，此时式(5)不满足而无法对三相 CT 相对极性进行初判。图 7 断路器合闸时间的分散性对零模电流的影响 Fig.7 Impact of the range of circuit breaker closing time on zero mode current 对于空充线路还有另一特征，即由于线路对端开路，对端电流应始终为 0。因此可以利用线路本端的电压、电流求解沿线的电压电流分布，当本端CT 极性正确时，计算得到的对端电流理论上应等于 0，CT 极性存在错误时得到的对端电流不为 0。其中需要利用电压测量值，由于电压幅值较大容易校验电压互感器极性，可认为电压测量值正确。对于输电距离较长的超高压输电线路，为了准刘玢岩，等 基于空充暂态电流的线路保护 CT 极性校验方法 -103-确计及分布电容电流，采用分布参数模型进行分析计算。线路空充暂态过程等值电路如图 8 所示。图 8 线路空充暂态过程等值电路 Fig.8 Equivalent circuit of line charging transient process with no-load 假设串补位于线路首端，线路两端均装有并联电抗器，线路采用贝瑞龙模型，为了考虑线路损耗将整个线路分为两段，每段均为无损线路，再将各段总电阻集中在无损线路两端。计及线路首端并联电抗器分流，流过串补的电流cni为 cnmmb11dtiiutL-=-(7)式中：mu、mi分别为线路首端测量电压、电流；b1L为首端并联电抗器电感。串补右侧电压cnu由式(8)计算，其中c0C为电容器的电容值。cnmcnc01dtuuitC-=-(8)对于有损传输线可由线路一端电压、电流推至另一端电压、电流分别如式(9)、式(10)所示23。2LCLncncnC2C2LCLcncnC2C22LLLcncnC2C()4()()()()24()4()()()24()()()444RZRllu tutitZZvvRZRllutitZZvvRRRutit ZZ+=+-+-+-+-(9)LCLLncncnC2CLCLcncnC2CLLcncn2C4()()()()244()()()24()()44RZRllitutitZZvvRZRllutitZZvvRRutitZ+=-+-+-+-+-(10)式中：l为线路总长度；C/ZL C=，为线路的波阻抗，其中L为线路单位长度电感，C为线路单位长度电容；1/vLC=，为沿线电磁波的传播速度；LR为线路的总电阻。计及末端并联电抗器分流，则最终计算得到的对端电流为 nLnnb21dtiiutL-=-(11)对于新启动线路可认为串补和并联电抗器在合闸前均为零状态，联立式(7)式(11)即可利用本端电压mu、电流mi求解对端电流ni。显然针对空充线路，线路对端由于未合闸始终没有电流通过，因此在线路首端CT极性正确的情况下计算得到的ni始终为0。而当CT极性接反时，计算得到流过串补的电流为 cnmmb11dtiiutL-=-(12)由于线路充电电流较小，因此沿线电压降落不大，可忽略电流反向对于线路计算电压的影响，认为极性接反前后线路电压分布不变。已知式(11)为0，因此CT接反时计算得到线路对端电流如式(13)所示。忽略电阻损耗后可见极性接反时计算得到的对端电流ni等于本端暂态电流mi。因此CT极性是否接反差异显著，可根据对端电流计算值判断本端保护CT极性情况。nLnnLnLnb22CLm2C22CLLmm22CCmm1d(/4)(/)(/4)(/)()8(/)(/)tiiutiiLZRitl vZZRRitl vitZZitl vitl v-=-=+-+-+-+-(13)2.2 极性校验方法实现 1)极性初步辨识 由前述理论分析可知，三相CT极性一致时零模电流03i理论上始终为0；存在极性异常相时，零模电流将有较大幅值且为异常相电流的两倍。据此设计判据(14)，采集线路空载合闸10 ms内各相CT电流数据，计算各电流10 ms内的平均幅值。其中，n为10 ms内的采样点数，由于电流暂态过程衰减时间常数约为数十毫秒，合闸后10 ms内足以保证得到幅值较大的暂态电流21。考虑保护级CT测量误差，校验门槛值取20 mA=。该判据共有4种校验结果，即：A相异常；B相异常；C相异常；无异常相。首先判断零模电流平均幅值0是否小于门槛值，若是则表明三相CT极性一致；若否则-104-电力系统保护与控制电力系统保护与控制 表明存在极性异常相，需要进一步分辨，计算零模电流与各相电流2倍之差的平均幅值，其中=a,b,c三相，有且仅有一种情况下的小于，该相即为异常相。000332iniin=|-|=|(14)2)极性错误类型识别 以上仅初步校验了三相 CT 之间的相对极性，还需进一步计算线路对端电流来识别极性错误相，CT 极性正确时，对端计算电流理论上为 0，否则会有暂态电流的幅值。考虑到三相线路间的耦合作用，需要对电压、电流进行相模变换如表 1 所示，以非异常相的电气量之差构成模量代入式(7)式(11)计算对端电流模量ni。可设计判据(15)，计算对端电流在线路合闸后 10 ms 内平均幅值是否小于门槛值，若满足则表示异常相为极性错误相，不满足则表示非异常相为极性错误相；无异常相时以AB 相构成模量，同理可判断三相 CT 均正确或均接反。nin=(15)表 1 相模变换表 Table 1 Phase-mode transformation 异常相 本端电压mu本端电流mi 对端电流niA 相 mbmcuu-mbmcii-nbncii-B 相 mcmauu-mcmaii-ncnaii-C 相 mambuu-mambii-nanbii-无异常相 mambuu-mambii-nanbii-工程实际中可能由于断路器的分散性，即使 CT极性正确线路中也有零模电流存在，此时无法初步判断三相 CT 相对极性。需要通过“假设-检验”流程进一步判断，其核心思想是假设不同的 CT 接反情况并对相应的二次电流进行取反纠正，再计算纠正后的对端电流，根据判据(15)识别极性错误相。校验步骤为：首先判断 AB 两相 CT 极性是否正确，分别假设 AB 两相 CT 极性正确与否共 4 种情况，满足判据(15)即为实际的极性情况，得到 A 相 CT极性后再通过 CA 两相构成的模量判断 C 相 CT 极性。完整校验流程如图 9 所示，由三相 CT 的极性初步辨识、极性错误类型识别两部分组成。图 9 校验流程图 Fig.9 Flow chart of CT polarity checking 3 仿真及录波验证 在 PSCAD 中搭建线路空充仿真模型，选取空充稳态电流较小无法利用常规方法校验的实际工程线路。线路正序阻抗10.0189j0.2123/kmz=+，线路零序阻抗00.2591j1.197/kmz=+，线路正序刘玢岩，等 基于空充暂态电流的线路保护 CT 极性校验方法 -105-电 容10.01346F/kmc=，线 路 零 序 电 容0c=0.00921F/km，串补电容容抗c030.8 X=，首端并联电抗器感抗b1X=1680.5，末端并联电抗器感抗b21440.5X=，线路长度298.77 kml=。3.1 原理验证 对线路进行空载合闸充电，三相 CT 极性正确时电流的原始波形如图 10(a)所示；无异常相以及各相 CT 极性异常时计算得到的自产零模电流波形如图 10(b)所示。可见三相 CT 极性一致时零模电流几乎为 0，而一旦存在极性异常相，得到的零模电流为异常相电流的两倍。图 10 三相电流和各种极性情况下的自产零模电流 Fig.10 Three-phase current and zero mode current under various polarity conditions 在判定三相 CT 相对极性后进一步识别极性错误相，图 11 展示了各种极性情况下计算得到的对端电流模量，无异常相与 C 相异常时均以 AB 相测量值构成模量，因此电流波形相同。可见当异常相 CT极性错误时，以非异常相计算得到的对端电流模量几乎为 0；而非异常相 CT 极性错误时，对端电流模量有明显的大小，可以有效地区分极性错误相。分别仿真 A 相接反、CA 相接反、三相均接反、三相均正确 4 种 CT 极性情况，利用判据(14)、(15)校验三相 CT 极性，校验结果如表 2 所示。可以看到，是否存在极性异常相时零模电流的平均幅值0有显著差异，且仅有异常相的值较小，判断出异常相后计算对端电流模量的平均幅值，异常相 CT极性错误时远小于门槛值 0.02 A，非异常相 CT极性错误时远大于门槛值。图 11 各种极性情况下对端电流模量 Fig.11 Mode current of opposite terminal under various polarity conditions 表 2 三相 CT 极性校验结果 Table 2 Polarity checking results of three-phase CT 序号 0/A A/A B/A C/A/A 极性错误相 校验结果 1 0.41 121.3 10-0.37 0.73 4BC=1.4 10-A 2 0.73 0.37 1.310-12 0.44 CA0.48=CA 3 121.3 10-0.42 0.73 0.37 AB0.44=ABC 4 121.3 10-0.42 0.73 0.37 4AB1.4 10-=无 若无法初步辨识极性异常相则进入假设-检验流程，校验结果如表 3 所示。仿真结果可以看出，只有构造电流模量的两相 CT 极性都正确时，才会远小于门槛值 0.02 A 满足判据(15)，若一相或两相接反都会使得远大于门槛值，通过假设-检验的方法计算 5 种情况下的，综合起来可以正确判 断各相 CT 极性。3.2 合闸角的影响 合闸角决定了空充暂态电流幅值，使合闸角从0360变化，每次仿真步长增加 30，共进行 12次空充操作，利用本文所提方法对线路 CT 极性进行校验。同样设置 A 相接反、CA 两相接反、ABC-106-电力系统保护与控制电力系统保护与控制 三相均接反 3 种极性错误情况，判据变化情况如图12 和图 13 所示。可见判据随合闸角呈规律性变化，存在极性错误时和在各种合闸角下都能保证可靠的分辨大小，可准确识别所有极性错误相。表 3 假设-检验极性校验结果 Table 3 Polarity checking results of hypothesis-test 序号 AB/A-AB/A A-B/A CA/A C-A/A 极性错误相 校验结果 1 0.28 41.4 10-0.44 0.28 64.9 10-A 2 0.28 41.4 10-0.44 0.48 0.22 CA 3 0.44 0.21 0.28 0.48 0.22 ABC 4 1.410-5 0.28 0.21 4.910-6 0.28 无 图 12 极性校验判据变化情况 Fig.12 Change of polarity checking criterion 图 13 假设-检验判据变化情况 Fig.13 Change of hypothesis-test criterion 3.3 录波验证 选择某 500 kV 线路空载合闸电流录波数据对本文所提极性校验方法进行验证，CT 变比 4000/1，线路正序阻抗10.0222j0.2762/kmz=+，线路正序电容10.01346F/kmc=，线路长度52.08 kml=，保护采样率 5 kHz。其原始空充电流波形(CT 极性正确)如图 14 所示，由于线路长度较短稳态充电电流幅值较小无法直接校验 CT 极性，但其暂态电流幅值较大可应用本文方法。可以看到A相断路器较BC 相提前了 0.2 ms 合闸，产生了较大的零模电流03i，并且在 0.2 ms 内与 A 相电流ai 大小一致，说明断路器合闸时间的分散性是该零模电流产生的主要原因之一，而自产与外接的零模电流略有偏差，表明实际工程中的误差和干扰同样可能造成一定的零模电流。那么判据(14)根据0大于门槛值则会误判为存在极性异常相，如表 4 所示，而各相的同样大于门槛值，因此判据(14)无法区分该零模电流是由于断路器分散性造成还是由某相 CT 极性异常造成，需进入假设-检验计算流程进一步识别。图 14 原始空充电流波形 Fig.14 Wave record of line charging with no-load 刘玢岩，等 基于空充暂态电流的线路保护 CT 极性校验方法 -107-表 4 极性异常相判断结果 Table 4 Polarity checking results of abnormal phase 0/A A/A B/A C/A 0.0304 0.0505 0.0534 0.0444 为了验证本文所提方法的正确性，采用人为调整各相 CT 电流反向的方式来模拟实际极性错误类型。以 A 相 CT 接反的情况为例进行校验说明，首先对 AB 两相 CT 极性进行校验，假设 3 种情况：AB 极性正确、A 相极性错误、B 相极性错误，对极性错误相电流取反后计算得到的对端电流模量如图 15 所示。可见只有在对 A 相电流取反的情况下计算得到的nanbii-相对较小，而其他两种情况下都有明显的幅值，因此可以明确地判断仅 A 相 CT极性错误，B 相 CT 极性正确。进一步判断 C 相 CT极性，由上一步校验结果已知 A 相 CT 极性错误，将 A 相电流取反计算得到的ncnaii+幅值较小接近于 0，而ncnaii-幅值较大，说明 C 相 CT 极性正确。图 15 A 相 CT 接反时的对端电流模量 Fig.15 Mode current of opposite terminal when CT of phase A is reversed 为了更加全面地验证本文所提极性校验方法，设置 A 相接反、CA 相接反、三相均接反、三相均正确 4 种情况，假设-检验极性校验结果如表 5 所示，显然本文方法仍可以有效识别所有极性情况。表 5 假设-检验极性校验结果 Table 5 Polarity checking results of hypothesis-test 序号 AB/A-AB/A A-B/A CA/A C-A/A 极性 错误相校验结果1 0.0429 0.0153 0.0649 0.0417 0.0125 A 2 0.0429 0.0153 0.0649 0.0639 0.0327 CA 3 0.0649 0.0313 0.0429 0.0639 0.0327 ABC 4 0.0153 0.0429 0.0313 0.0125 0.0417 无 综合以上仿真与实际线路空充录波的验证结果表明，本文所提保护 CT 极性校验方法能够在不同工况下，仅凭线路空载合闸操作产生的暂态电流与线路电压便能准确可靠地识别出本端保护 CT 不同极性错误类型，弥补了稳态极性校验方法的缺陷。4 结论 本文首先研究了基于稳态负荷电流和空充稳态电流的线路保护 CT 极性校验方法，分析了各种影响因素和校验的边界限制条件；然后提出了一种基于空充暂态电流的保护 CT 极性校验方法，并通过仿真和录波进行了验证。本文主要结论如下：1)串补度对线路充电电流影响不大，并联电抗器容量越大、线路越短，稳态充电电流越小，校验所需负荷越多。对于部分实际线路空充稳态电流足以完成校验，而并联电抗器容量较大或长度较短的线路无法利用空充稳态电流进行极性校验。2)为了解决无负荷情况下极性校验困难的问题，提出了一种基于空充暂态电流的极性校验方法。其核心原理是先利用幅值较大的本端暂态电流对三相 CT 相对极性进行初判，再通过线路本端暂态电流和测量电压基于线路结构计算对端暂态电流，利用线路对端电流理论上为零的特征实现本端保护CT 极性的判别。3)该方法的优点在于简单可靠，仅需线路空载合闸操作，无需带负荷测试。仿真分析与录波验证表明该方法不受线路合闸角和断路器分散性的影响，可使校验后的保护第一时间随线路投运，具有较好的工程应用前景。参考文献 1 郑茂然,王茂林,张静伟,等.基于零模涌流波形相似度的零差保护 CT 极性校验方法J.电力系统保护与控制,2020,48(21):101-108.ZHENG Maoran,WANG Maolin,ZHANG Jingwei,et al.CT polarity checking method of zero-sequence differential protection based on the similarity of inrushJ.Power System Protection and Control,2020,48(21):101-108.2 张宸滔,郑永康,卢继平,等.基于图神经网络的智能变电站二次回路故障定位研究J.电力系统保护与控制,2022,50(11):81-90.ZHANG Chentao,ZHENG Yongkang,LU Jiping,et al.Fault location of secondary circuits in a smart substation based on a graph neural networkJ.Power System Protection and Control,2022,50(11):81-90.3 周红斌,周万竣,张小波.变电站电流互感器二次侧极性检测方案设计的研究J.电测与仪表,2020,57(18):83-89.ZHOU Hongbin,ZHOU Wanjun,ZHANG Xiaobo.Research on the design of secondary side polarity detection scheme for CT in substationJ.Electrical Measurement&Instrumentation,2020,57(18):83-89.-108-电力系统保护与控制电力系统保护与控制 4 高万鑫.母差保护CT极性校验方法改进与分析J.电子测试,2019(2):69-70.GAO Wanxin.Improvement and analysis of CT polarity checking meth