光纖差動(dòng)保護(hù)在35kV線路-變壓器組接線中的應(yīng)用

鄭繼遠(yuǎn),王本利（萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司,山東 煙臺(tái) 264000）

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光纖差動(dòng)保護(hù)在35kV線路-變壓器組接線中的應(yīng)用

鄭繼遠(yuǎn),王本利
（萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司,山東 煙臺(tái) 264000）

摘 要：針對(duì)35kV線路-變壓器組接線方式，以SIEMENS 7SD610保護(hù)裝置為例，詳細(xì)介紹其采用光纖差動(dòng)保護(hù)的工作原理，并提出具體實(shí)用的整定計(jì)算原則和檢驗(yàn)調(diào)試方法。

關(guān)鍵詞：35kV線變組；光纖差動(dòng)保護(hù)；7SD610；應(yīng)用

0 前言

在新建大型石化工業(yè)園項(xiàng)目中，由于生產(chǎn)用電負(fù)荷具有相對(duì)集中分布的特點(diǎn)，其供電模式通常采用一個(gè)110kV或220kV總降變電所帶幾個(gè)35kV區(qū)域變電所運(yùn)行的系統(tǒng)方式，整體呈輻射式的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。各35kV區(qū)域主變壓器一般安裝在靠近各自裝置負(fù)荷中心的位置，與總降變電所相聯(lián)宜采用線路-變壓器組的接線方式。這種線路-變壓器組的接線方式具有設(shè)備少、投資省、操作簡(jiǎn)便以及易于擴(kuò)建等優(yōu)勢(shì)，有利于變電所實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無(wú)人化，但供電可靠性和靈活性相對(duì)較差。

在傳統(tǒng)模式下，35kV線變組的保護(hù)大都按變壓器和線路分別進(jìn)行配置，變壓器部分通常以差動(dòng)保護(hù)作主保護(hù)，而線路部分因其距離短，應(yīng)用距離保護(hù)或電流速斷保護(hù)比較困難，且線路和變壓器中間沒(méi)有架設(shè)斷路器，變壓器的保護(hù)跳閘信號(hào)需要遠(yuǎn)傳去跳線路對(duì)側(cè)開關(guān)，也應(yīng)配置光纖差動(dòng)保護(hù)。對(duì)此，線變組光纖差動(dòng)保護(hù)就是將線路和變壓器兩者的縱差動(dòng)保護(hù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，利用一套光差保護(hù)裝置為線路和變壓器共同提供主保護(hù)。本文以SIEMENS 7SD610保護(hù)裝置為例，介紹35kV線變組光纖差動(dòng)保護(hù)的基本工作原理，并對(duì)其整定計(jì)算與調(diào)試驗(yàn)收方面的問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 保護(hù)原理

1.1 工作模型

35kV線變組光差保護(hù)即在上下級(jí)兩側(cè)各安裝一臺(tái)7SD610保護(hù)裝置，各側(cè)裝置分別檢測(cè)當(dāng)?shù)仉娏鳎瑫r(shí)將本側(cè)的電流通過(guò)光纖快速傳送到其它側(cè)以便與各側(cè)電流進(jìn)行比較。基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)墓饫w通信，可以較好地保證兩側(cè)電流采樣及測(cè)量數(shù)據(jù)相互交換的實(shí)時(shí)性。線變組中的線路距離較短，一般為幾百米到幾公里左右，無(wú)論是系統(tǒng)正常運(yùn)行還是變壓器發(fā)生故障，線路首末兩端流過(guò)的一次電流幾乎相同。從這點(diǎn)來(lái)看，線變組光纖差動(dòng)保護(hù)實(shí)質(zhì)上就成為一個(gè)變壓器縱差動(dòng)保護(hù)。設(shè)線變組一側(cè)電流為I1（標(biāo)幺值為I1*），另外一側(cè)電流為I2（標(biāo)幺值為I1*），其光纖差動(dòng)保護(hù)模型如圖1所示。

7SD610保護(hù)裝置針對(duì)線變組高低壓兩側(cè)CT的不同極性，可以自由設(shè)置為指向變壓器或者指向母線，裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)整。在電流變比及平衡系數(shù)的匹配上，兩側(cè)保護(hù)裝置分別將采樣值除以各側(cè)額定電流，折算至標(biāo)幺值參與差動(dòng)保護(hù)運(yùn)算。同時(shí)，7SD610保護(hù)裝置也加入了與普通變壓器差動(dòng)保護(hù)算法類似的Y-△接線間的轉(zhuǎn)換，能夠自動(dòng)計(jì)算和補(bǔ)償兩側(cè)CT的相角誤差，這一點(diǎn)與國(guó)內(nèi)保護(hù)廠家的做法基本相同。折算過(guò)程不會(huì)影響電流中各個(gè)諧波分量的比例關(guān)系，所以仍然可以采用二次諧波比例制動(dòng)方式來(lái)防止投切變壓器時(shí)保護(hù)誤動(dòng)作。

1.2 動(dòng)作特性

相比普通變壓器差動(dòng)保護(hù)，7SD610保護(hù)裝置在作為35kV線變組光纖差動(dòng)保護(hù)使用時(shí)，也同樣配置了比率差動(dòng)保護(hù)和差動(dòng)速斷保護(hù)。從低于設(shè)置值Idiff＞的穩(wěn)定特性Idiff=Irest（45o-curve）導(dǎo)出的差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)與動(dòng)作特征，符合以下公式：

式中，Idiff為差動(dòng)電流，Idiff＞＞為差動(dòng)保護(hù)速斷值，Idiff＞為差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)值，Irest為制動(dòng)電流，ΣIerror為綜合誤差電流總和（包含裝置硬件軟件測(cè)量誤差、頻率偏移誤差以及傳輸誤差等）。可以看出，制動(dòng)電流跟國(guó)內(nèi)保護(hù)廠家通常的取法不同，而是差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)值及所有因素引起的系統(tǒng)綜合誤差電流之和，即保護(hù)目標(biāo)末端的最大測(cè)量誤差之和。如果計(jì)算出的差動(dòng)電流超過(guò)啟動(dòng)值和最大可能測(cè)量誤差，故障肯定出在內(nèi)部。因此，7SD610保護(hù)裝置的動(dòng)作特性曲線如圖2所示，由直線a、b與c共同圍成的“Trip”陰影部分為該裝置的動(dòng)作區(qū)。

1.3 遠(yuǎn)程跳閘

變壓器的瓦斯、油溫及壓力釋放等本體非電量保護(hù)方便就近接入低壓側(cè)7SD610裝置，但距離高壓側(cè)斷路器較遠(yuǎn)，不易通過(guò)電纜將信號(hào)傳輸?shù)骄€變組的遠(yuǎn)端側(cè)。為實(shí)現(xiàn)本體保護(hù)的聯(lián)跳，7SD610可以借助直接遠(yuǎn)程跳閘功能，即單端跳閘時(shí)發(fā)信給另一端，跳開對(duì)側(cè)斷路器。工程實(shí)踐中，可將變壓器的非電量信號(hào)以光隔輸入的形式接入到低壓側(cè)保護(hù)裝置，當(dāng)其中一個(gè)輸入量置“1”時(shí)，關(guān)聯(lián)的“Remote Trip”標(biāo)記以通信的方式發(fā)送遠(yuǎn)程跳閘命令給遠(yuǎn)端側(cè)保護(hù)裝置。當(dāng)對(duì)側(cè)7SD610裝置收到這個(gè)標(biāo)記信息后，將啟動(dòng)一個(gè)用戶指定的輸出接點(diǎn)，用來(lái)跳該側(cè)斷路器。7SD610裝置中共配置有4個(gè)命令，通過(guò)DIGSI CFC工具按需對(duì)各非電量保護(hù)合并分配即可。另外，線變組后備保護(hù)聯(lián)跳上下級(jí)的功能，也可以通過(guò)上述方法實(shí)現(xiàn)。

2 整定計(jì)算

由于線路較短，其較小的充電電流在保護(hù)整定中可不予考慮，而變壓器差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)值按工程經(jīng)驗(yàn)，一般取為0.2～0.5INT（INT為變壓器額定電流）。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，線變組的差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)值取Idiff＞=0.2INT。7SD610光差保護(hù)在算法處理上已經(jīng)充分考慮了CT測(cè)量誤差等的影響，制動(dòng)系數(shù)等則不必整定。同時(shí)，為解決穿越性故障時(shí)CT飽和導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題，在額定工作電流下的CT誤差系數(shù)取5%，超過(guò)額定電流時(shí)裝置會(huì)自動(dòng)調(diào)整CT誤差系數(shù)增大至10%。

差動(dòng)速斷動(dòng)作值按躲過(guò)變壓器最大勵(lì)磁涌流或外部短路時(shí)的不平衡電流整定，取較大者作為整定值，具體參考變壓器保護(hù)整定規(guī)程。靈敏系數(shù)校驗(yàn)采用正常運(yùn)行方式下線變組差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)兩相短路時(shí)的電流進(jìn)行，要求靈敏系數(shù)Ksen≥1.2。

3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

以某35kV線變組為例，聯(lián)結(jié)組別為YNd-11，高壓側(cè)CT指向變壓器，低壓側(cè)CT指向母線。試驗(yàn)前，將微機(jī)保護(hù)測(cè)試儀放置在35kV高壓室內(nèi)，35kV側(cè)三相電流可由測(cè)試儀直接加入到開關(guān)柜的電流端子上，10kV側(cè)三相電流需分別通過(guò)三相電力電纜的屏蔽層銅線并轉(zhuǎn)接一段1.5mm2電纜加入到保護(hù)裝置的采樣端子上。

通道平衡試驗(yàn)：在兩側(cè)分別加入與各側(cè)額定電流成同等比例的電流，且10kV側(cè)三相電流相位要超前35kV側(cè)30°，則兩側(cè)保護(hù)裝置中的差動(dòng)電流均應(yīng)接近為0。單端調(diào)試：分別選擇高或低壓側(cè)一端施加電流，并設(shè)定較小步長(zhǎng)，從零逐步增加電流直至本側(cè)比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)：兩側(cè)加平衡后，固定低壓側(cè)電流，并設(shè)定較小步長(zhǎng)，逐步增加高壓側(cè)電流直至比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，可調(diào)整施加平衡值進(jìn)行多次試驗(yàn)。二次諧波閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)、CT斷線閉鎖功能以及差動(dòng)速斷保護(hù)的試驗(yàn)方法，與普通變壓器差動(dòng)保護(hù)相同，本文不再贅述。

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用7SD610保護(hù)裝置為35kV線路-變壓器組提供光纖差動(dòng)保護(hù)，解決了傳統(tǒng)方式分別配置線路光纖差動(dòng)保護(hù)和變壓器差動(dòng)保護(hù)的問(wèn)題，具有很好的可行性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

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DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.178