輸電線路光纖差動保護誤動作原因分析及防范措施

張慶樂

(陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319)

光差保護的主要原理是將輸電線路兩端的電流信號轉換成光信號，經光纖通道傳送到對側。保護裝置收到后再轉換成電信號與本端電流對比，通過計算差流決定保護是否動作。陜西北元化工集團股份有限公司化工分公司聚氯乙烯二分廠(以下簡稱“北元化工聚二分廠”)，35 kV北亞I3531進線、北亞II3532進線綜保為PSL646光纖電流差動保護裝置，為國電南京某公司制備。2017年10月，北元化工聚二分廠對35 kV北亞I3531進線、北亞II3532進線高壓柜進行了整體更換，更換后打壓合格，投運正常。然而，在2018年4月大修切換北亞I3531進線、北亞II3532進線時，兩個進線開關均差動保護動作。經過排查，北元化工聚二分廠總結出引發輸電線路光纖差動保護的原因。

1 線路故障引發裝置差動保護動作

1.1 現象及原因分析

如果電纜接地發生了故障(如圖1所示)，則：

IM+IN=Id≠0(差動電流/動作電流)。

IM-IN=Ir(制動電流)。

圖1 輸電線路光纖差動保護原理圖

差動繼電器的動作特性如圖2所示。

圖2 比率制動特性曲線

當線路內部發生短路接地時，動作電流(等于短路電流Ik)很大；制動電流較小，甚至為零。因此，工作點落在動作區內，差動繼電器動作。

1.2 防范措施及注意事項

北元化工聚二分廠為了有效防止電纜故障引發差動保護動作，要求電氣巡檢人員在巡視過程用測溫儀對電纜接頭進行溫度測試，也在電纜接線終端頭上張貼了試溫試紙。

電纜溝和電纜線每月至少要巡查3次，并根據季節及實際情況增加巡查次數。每年按時對電纜進行預防性試驗，發現不合格的電纜必須查明原因，堅決不允許帶病運行。電纜的運行維護應以電纜中間接頭和終端頭為重點，同時加強對電纜溝、電纜支架和蓋板的維護。電纜溝道內不允許有積水、雜物，否則應限期整改。

2 變比不同引發裝置差動保護動作

2.1 現象及原因分析

北元化工聚二分廠在更換高壓柜時，電流互感器變比發生了變化。由800∶5更換為1 000∶5。理論上IM、IN大小相等，方向相反，即IM+IN=0。IM/Im=二次匝數/一次匝數，所以只要兩側變比一致，系統無故障，那么二次電流就一致。

由于在更換高壓柜時IN側電流互感器變比發生了變化，導致IM+IN≠0，從而產生差流，引發差動保護裝置動作。

2.2 防范措施及注意事項

對于發生變化而引發差動保護裝置動作，查找比較快速、直觀。但是，在更換電流互感器時，應盡可能同時換掉側電流互感器；且在更換時，將原電流互感器二次線標識清楚；更換前，要保證電流互感器耐壓試驗和特性試驗正常，為差動保護裝置的可靠性和穩定性奠定基礎。

3 線路故障引發裝置差動保護動作

3.1 現象及原因分析

北元化工聚二分廠在更換高壓柜和電流互感器時，電流互感器極性發生了變化。電流互感器一次繞組標注P1、P2，二次繞組標注為S1、S2。P1和S1為同極性，同樣P2和S2也是同極性；反之，P1和S2及P2和S1就是反極性。當電流I1從一次側P1端流進后，二次側電流I2就會從S1端流出。電流互感器的二次繞組S1端與保護裝置的輸入端連接，S2與保護裝置的同相輸出端相連稱為正引出；而反引出的連接方式正好相反。這時接入保護裝置的兩個電流流入的方向就必須是一個流進保護裝置，另一個流出保護裝置。如果電流互感器極性接反或者改變電流互感器安裝方向，則會引發差動保護裝置動作。

IM+IN=Id=2IM=2IN。

3.2 防范措施及注意事項

在實際的現場安裝接線過程中，北元化工聚二分廠的接線人員按照正引出的方式接線，高壓柜端子排和保護裝置必須保持一致，并將電流互感器S1、S2引到端子排，方便日常檢查維護和極性調整。電流互感器安裝方向嚴格按圖3進行安裝。

圖3 輸電線路光纖差動保護極性發生變化線路圖

4 線路相序發生變化引發差動保護動作

4.1 現象及原因分析

北元化工聚二分廠在更換配電柜時，由于電纜頭重新制作，相序有可能發生變化而導致保護裝置動作。測相序最快速的辦法是將電纜A、電纜B和電纜C電源測分別對地核對(將AB、AC、BC再核對一遍)。須注意的是核對完必須標識清楚。進線電纜相序對用電設備的穩定運行相當致命，尤其是一些雙電源并列運行的企業，相序發生變化對供電系統是致命的災害。單電源運行的企業，電源相序發生變化50%的概率會導致轉動設備反相運行，壓縮機等設備將受到嚴重損壞；同時，在正常情況下，保護裝置線路兩端電流方向相反、大小相等，相位角相差180°。一旦相位發生變化，IM和IN的大小、方向相位均發生了變化，導致差流保護裝置動作。

4.2 防范措施及注意事項

針對上述北元化工聚二分廠明確的要求，每次進線電纜送電后必須用核相儀核相，相關人員確認后方可投入運行；同時，變壓器進出線電纜只要發生變化，操作人員仍然要記得核相。

5 線路感應電流的影響引發差動保護動作

5.1 現象及原因分析

在電纜鋪設的途徑中，電纜橋架和電纜溝與多條電纜平行鋪設。在外部故障或線路空沖時，還會有大于50 Hz的高頻分量電容電流。所以，差動保護電纜電流的瞬時值可能會很大，同樣運行的電纜也對保護電纜產生感應電流，極易造成保護誤動作。

5.2 防范措施及注意事項

北元化工聚二分廠采取的主要防范措施就是提高啟動電流的定值，躲開感應電流影響，并單獨鋪設保護電纜，或采用屏蔽電纜減少感應電流對差動保護裝置的影響。

6 采樣時間不一致引發差動保護動作

6.1 現象及原因分析

線路進線端電流和出線端電流的采樣分別由兩套裝置完成。如果兩端裝置在不同時間段采樣，得到的兩端電流瞬時值就不相等，相量和也就不等于零，從而產生不平衡電流，造成保護裝置誤動作。

6.2 防范措施及注意事項

北元化工聚二分廠計劃對現有PSL646光纖電流差動保護裝置更換為MLPR-630Hb成套保護裝置。該裝置具備原南自產品的全部功能，也是原保護裝置升級換代的最新型產品，與老裝置相比，新裝置功能更加完善、強大，運算速度大幅提升，保護動作精度提高，運行更加穩定，使用壽命是原裝置的2倍，并且實現了與后臺監控系統高速通信，使運行人員及時掌握兩條進線在運行中的相關數據，確保運行系統的安全。

7 電流互感器斷線引發差動保護動作

7.1 現象及原因分析

輸電線路光纖差動保護是依靠計算差流工作的。例如M側電流互感器斷線，那么差動繼電器的差動電流Id和制動電流就都等于N側測得的負荷電流IN。由于制動系數通常小于1，啟動電流的值又較小，因此很容易造成差動保護誤動作。

7.2 防范措施及注意事項

北元化工聚二分廠為了防止電流互感器斷線造成差動保護誤動作，投入電流互感器斷線告警，閉鎖跳閘。

8 結語

為了保證差動保護動作可靠，整流操作人員檢修完電流互感器、綜保裝置、電纜后，保護裝置調試顯得尤為重要。調試前要檢查光纖的連接情況和光纖頭的清潔狀況，并將保護裝置TX和RX(光纖接收端和發射端)端口連接，查看裝置有無“通道異常報警”。無報警則用繼電保護儀向裝置模擬單相故障電流I，此時裝置得到的差動電流I1d=2I。因此，通入故障電流時稍大于定值的一半即可。滿足動作條件時，裝置動作說明保護裝置完好。電流互感器一二次線路發生變化時，可以選擇先退出差動保護，線路得電后觀察差流，然后逐漸增加負荷，看差流變化情況，如無明顯變化，可投入差動保護；如在調試時，差流不平衡且數值較大，隨負荷增大逐漸增大時，短接電流保護端子，調整電流互感器二次極性。如上述問題仍得不到解決，則申請線路停電，須對電纜耐壓并對線路進行核相檢查。除上述原因引發差動保護動作外，影響輸電線路光纖差動保護動作的原因較多，如電容、電流等仍需操作人員在應用的過程中不斷總結、不斷完善，也希望同行業提出寶貴意見。通過此次故障分析與查找，操作人員提高了業務技能；同時，要求操作人員認真對待每一起故障，并認真分析、積極改進，逐漸完善供電系統的可靠性。