線路光纖差動保護原理與試驗

熊恒昌

摘要：闡述線路光纖差動保護的工作原理，以其在某電廠輸電線路中的實際應(yīng)用，介紹了線路光纖差動保護的動作原理以及比率制動特性。

關(guān)鍵詞：線路光纖差動;保護原理

引言

隨著我國工業(yè)行業(yè)電力輸配電系統(tǒng)不斷發(fā)展，長距離輸電線路數(shù)量逐漸增加， 確保電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行顯得尤為重要， 對繼電保護設(shè)施也提出了更高的要求。 線路光纖差動保護通過比較線路側(cè)及負荷側(cè)兩端的電流矢量差實現(xiàn)線路保護功能。 通過比率制動方程實現(xiàn)區(qū)內(nèi)動作區(qū)外閉鎖的特性， 能夠迅速切斷故障; 同時運行過程中不會因系統(tǒng)振蕩、非全相運行導(dǎo)致保護誤動作， 對各類型的故障均能較好地起到保護作用， 具有較高的靈敏度， 因此線路光纖差動保護常被選為線路主保護。 此外由于光纖通信技術(shù)與材料日趨完善， 具有光纖通道容量大、 敷設(shè)方便、 抗電磁干擾能力強及大容量傳輸數(shù)據(jù)等優(yōu)勢， 同時微機保護能夠?qū)崿F(xiàn)等電磁式保護無法實現(xiàn)的功能， 因此微機式差動保護在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1線路光纖差動保護的原理

傳統(tǒng)的線路差動保護通過電磁式繼電器將兩側(cè)采集到的電流、 電壓、 功率的幅值及方向等電氣量進行相互傳輸， 通過對兩端的電氣量進行計算， 判斷線路故障是否在保護動作區(qū)內(nèi)， 從而決定是否需要切斷被保護線路。 線路光纖差動保護與傳統(tǒng)的線路差動保護原理相同， 采用主、 從時鐘通信方式，將其中一臺保護裝置設(shè)為主時鐘， 對側(cè)的保護裝置設(shè)為從時鐘， 時鐘間通過光纖通道相互收發(fā)信息，同時實時更新時間， 從而實現(xiàn)系統(tǒng)時鐘同步。

2改造后的保護變動

2.1繼電保護信息子站

線路保護裝置改造完成后，需在繼電保護信息子站進行相關(guān)配置。配置完成后，利用繼電保護儀，依次模擬縱聯(lián)差動、距離保護、零序保護，使603U保護裝置動作，跳A出口、跳B出口、跳C出口、重合閘出口等動作，驗證信號上送的正確性。

2.2 開入/開出回路

改造時，需要對保護裝置的功能開入壓板進行重新規(guī)劃和接線，要注意區(qū)分DC24 V和DC220 V的工作范圍，避免誤接線，造成裝置損壞;對于信號啟動開關(guān)站故障錄波和信號上送開關(guān)站LCU，需要對更改后的信號名稱進行重新定義。

3線路光纖差動保護調(diào)試

線路光纖差動保護試驗通常采用雙電源法， 即在兩側(cè)保護裝置外接試驗儀模擬電氣量。 然而在實際調(diào)試過程中， 由于試驗儀間缺乏有效的對時方式， 試驗儀所模擬的電流源難以實現(xiàn)同步輸入， 導(dǎo)致保護調(diào)試過程中經(jīng)常出現(xiàn)保護誤動作或拒動作的現(xiàn)象; 同時保護裝置調(diào)試大綱也缺少起動元件校驗相關(guān)內(nèi)容。 為了解決上述問題， 試驗前首先在兩側(cè)保護裝置內(nèi)通入幅值相同的初始電流， 通過調(diào)節(jié)一側(cè)初始電流相位角的方式模擬電流同相位運行狀態(tài)， 再通過調(diào)整電流幅值步長的方式模擬差動保護區(qū)內(nèi)外故障。 本文以某輸電線路的差動保護調(diào)試過程為例， 對上述方法進行論述。

3.1模擬流變起動

試驗前合上負荷側(cè)及線路側(cè)開關(guān)， 檢查兩側(cè)裝置 “投差動保護” 功能壓板均已投入， 兩側(cè)保護裝置三相電壓輸入正常。 用電流測試儀在負荷側(cè)與母線側(cè)輸入 0. 2 A 的初始電流， 通過調(diào)節(jié)任一側(cè)電流相位模擬線路側(cè)與負荷側(cè)電流同相位狀態(tài)。 隨后調(diào)整線路側(cè)電流測試儀電流輸出步長為流變電流起動定值， 調(diào)整負荷側(cè)電流測試儀電流輸出步長模擬比率制動方程區(qū)間內(nèi)及區(qū)間外兩種情況。

3.2 模擬相電流起動

試驗前合上負荷側(cè)及線路側(cè)開關(guān)， 檢查兩側(cè)“投差動保護” 8 功能壓板均投入， 兩側(cè)保護裝置三相電壓輸入正常。 用電流測試儀在負荷側(cè)與母線側(cè)分別加 0. 2 A 的初始電流， 模擬線路側(cè)與負荷側(cè)電流同相位。 隨后調(diào)整兩側(cè)電流測試儀的步長使線路側(cè)電流輸入值達到相電流起動定值， 負荷側(cè)模擬比率制動方程區(qū)間內(nèi)及區(qū)間外兩種情況， 注意電流測試儀的步長調(diào)節(jié)不能超過流變電流起動定值。

3.3模擬輔助電壓起動

試驗前將兩側(cè)開關(guān)置于合閘位置， 兩側(cè)差動保護功能壓板均投入， 在弱饋線側(cè)首先加三相正序電壓 Un， 在線路側(cè)加電流模擬差動保護動作方式，保證故障電流大于差動保護定值， 隨后降低負荷側(cè)電壓低于 70%Un。

3.4. 模擬線路空充起動

試驗前合上負荷側(cè)開關(guān)， 拉開線路側(cè)開關(guān)， 同時投入兩側(cè) “投差動保護” 功能壓板。 在線路側(cè)輸入電流模擬差動保護區(qū)內(nèi)故障， 保證故障電流大于差動保護定值。

4通道聯(lián)調(diào)及實驗數(shù)據(jù)

光纖電流差動保護利用流入線路和流出線路的電流相量和進行選擇（即基爾霍夫電流定理），通過光纖通道將兩側(cè)TA連接在一起，從而將整個線路當成像變壓器或發(fā)電機一樣的元件來完成差動保護。

4.1對側(cè)電流及差流檢查

由于線路兩側(cè)CT存在變比差異，保護裝置需要設(shè)置本側(cè)實際的變比，保證正常運行狀態(tài)下保護裝置的差流為零。對于CT變比不一致的線路，將兩側(cè)保護裝置的“CT一次額定值”定值整定一致，本側(cè)三相不加電流，在對側(cè)加入三相對稱的電流，大小為額定電流，要求本側(cè)保護裝置不啟動，觀察本側(cè)、對側(cè)的三相電流、三相差流為額定電流。

4.2遠方跳閘

遠跳不經(jīng)本側(cè)啟動閉鎖的試驗：N側(cè)開關(guān)在合位，保護裝置中將“遠跳受啟動元件控制”控制字置“0”，在M側(cè)啟動TJR使保護遠跳開入，N側(cè)保護在收到對側(cè)遠跳信號后立即跳閘。遠跳經(jīng)本側(cè)啟動閉鎖的試驗：N側(cè)開關(guān)在合位，保護裝置中將“遠跳受啟動元件控制”控制字置“1”;同樣在M側(cè)啟動TJR使保護遠跳開入，N側(cè)保護在收到對側(cè)遠跳信號，同時N側(cè)保護裝置有故障元件啟動的情況下，N側(cè)保護才能跳閘[1]。

5線路光纖差動保護的應(yīng)用

某電廠總變電所 6 kV 母線下屬共計 24 條饋線均為長距離輸電線路， 全部采用 PCS-9613D 型微機保護作為輸電線路的主保護。 PCS-9613D 差動保護功能由比率差動元件和保護起動元件共同作用實現(xiàn)。 當差動保護動作時， 均向?qū)?cè)發(fā)送允許動作信號。 只有當保護裝置兩側(cè)的起動元件和保護元件同時動作且兩側(cè)保護裝置同時收發(fā)到允許動作信號后， 差動保護裝置出口才能夠正常開放[2] 。

結(jié)束語

光纖差動保護是長距離輸電線路中十分重要的一種保護方式。 通過對光纖差動保護調(diào)試方法的研究與改進能更好地掌握光纖差動保護相關(guān)動作原理。 為現(xiàn)場運行、 維護人員進行該保護的調(diào)試和學(xué)習(xí)提供了參考與建議[3] 。

參考文獻

[1]吳銳.220 kV線路光纖差動保護改造[J].機電信息，2021（20）：13-14.

[2]周明琨.線路光纖差動保護原理與試驗[J].電氣時代，2021（07）：49-51.

[3]朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護原理與技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，1995.