500 kV輸電線路光纖保護(hù)聯(lián)調(diào)探討

李凡紅，莊秋月

(四川省電力公司超(特)高壓運(yùn)行檢修公司，四川 成都 610041)

0 前言

隨著“遠(yuǎn)距離、大功率”的復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)的形成，其安全穩(wěn)定運(yùn)行越來越重要。要使電力系統(tǒng)中的故障和不正常運(yùn)行情況在最短的時間內(nèi)得到控制，需要可靠的傳輸通道將兩側(cè)的繼電保護(hù)信號準(zhǔn)確迅速地傳送。

光纖作為繼電保護(hù)的通道介質(zhì)具有雷電電磁干擾小、對電場絕緣好、頻帶寬和衰耗低等優(yōu)點(diǎn)，在繼電保護(hù)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用［1］。由于它的用途在于傳輸并交換兩側(cè)的信息以供保護(hù)裝置判斷線路是否發(fā)生故障，其通道的好壞將直接決定保護(hù)裝置能否正確判斷并動作，因此在此類光纖保護(hù)裝置投產(chǎn)或首檢預(yù)試前繼電保護(hù)人員需要進(jìn)行通道聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，以確保信號傳輸準(zhǔn)確無誤。

1 光纖保護(hù)原理

光纖保護(hù)的基本原理是輸電線的縱聯(lián)保護(hù)借助光纖通道將線路兩端的保護(hù)裝置縱向連接起來，將各端的電氣量(電流、功率方向等)或指令(允許、閉鎖)傳送給對側(cè)，以供判斷故障發(fā)生范圍，從而決定是否跳閘?，F(xiàn)在其主流分為光纖差動保護(hù)和光纖距離保護(hù)兩大類。

光纖差動保護(hù)的原理是利用光纖通道將本側(cè)電流的波形或代表電流相位的數(shù)字信號以光纖為介質(zhì)傳送到對側(cè)。兩側(cè)的保護(hù)裝置根據(jù)對本側(cè)和對側(cè)的電流幅值及相位的信息進(jìn)行處理和比對，將其比較的結(jié)果通過程序計算線路三相電流的變化來判斷三相電流的向量和是否為零，并以此為依據(jù)來區(qū)分是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障，從而確定保護(hù)裝置是否動作［2］。

光纖距離保護(hù)是在高頻縱聯(lián)距離保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來，利用距離保護(hù)的啟動元件和距離方向元件控制發(fā)出高頻信號來決定兩側(cè)保護(hù)是否動作，以穩(wěn)定可靠的光纖通道代替高頻通道，從而提高保護(hù)動作的可靠性。其主要分為允許式和閉鎖式，由于其不受負(fù)荷電流的影響，不受線路分布電容電流的影響，不受兩端TA特性是否一致的影響等優(yōu)點(diǎn)，因此在超高壓電網(wǎng)中逐步代替高頻保護(hù)并得到了廣泛應(yīng)用。目前四川電網(wǎng)使用最多的是允許式光纖距離保護(hù)，在發(fā)生故障時利用距離元件和零序方向、電流元件動作，向?qū)?cè)發(fā)允許跳閘信號，保證兩側(cè)快速跳閘。

上述的光纖保護(hù)均能使保護(hù)無延時地切除被保護(hù)線路任一點(diǎn)的故障，將故障點(diǎn)進(jìn)行有效隔離。

目前，四川超(特)高壓電網(wǎng)的線路主保護(hù)為光纖保護(hù)，現(xiàn)場調(diào)試中發(fā)現(xiàn):對于光纖保護(hù)而言，由于其通道連接“廠－站”或“站－站”的兩側(cè)，其聯(lián)調(diào)的試驗(yàn)直接決定著保護(hù)的正確動作與否，因此有必要對其采取行之有效的試驗(yàn)策略以保證通道的完好性及保護(hù)動作邏輯的正確性。

2 實(shí)例的配置

鑒于上述的情況，以四川超(特)高壓電網(wǎng)中的500 kV線路聯(lián)調(diào)為例來詳細(xì)介紹保護(hù)裝置的常見配置，并提出一種通用的聯(lián)調(diào)策略。

根據(jù)文獻(xiàn)［3］規(guī)定:220 kV及以上電壓等級線路保護(hù)應(yīng)雙重化配置，因此四川電網(wǎng)的500 kV線路保護(hù)采用雙重獨(dú)立配置，其常見的詳細(xì)配置如表1所示。

其中，WXH－803A、RCS－931E和CSC－103B是采用光纖電流差動保護(hù)全線速動主保護(hù)，而 CSC－101B采用光纖縱聯(lián)距離保護(hù)為主保護(hù)。

以上只是列舉了4種較為常見的配置，針對不同的變電站的設(shè)計要求和考慮，其配置的保護(hù)裝置可能會不盡相同，但其一定遵守“保護(hù)雙重化配置”的原則，并且分析思路殊途同歸，故以配置1為例來介紹。

3 聯(lián)調(diào)方案

聯(lián)調(diào)是在對保護(hù)裝置自身調(diào)試校驗(yàn)完的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，為突出重點(diǎn)，這里只是針對聯(lián)調(diào)方案進(jìn)行闡釋。其步驟可分為如下4部分。

表1 500 kV線路實(shí)例配置細(xì)表

(1)設(shè)置好兩側(cè)的通道以確保兩側(cè)的信息可以正常交換。其設(shè)置內(nèi)容主要有以下2點(diǎn)。

①正確接入“光收”和“光發(fā)”的光纖;

②設(shè)置好本側(cè)、對側(cè)的縱聯(lián)碼以保證彼此匹配;

(2)進(jìn)行本側(cè)、對側(cè)的交流采樣。其注意事項如下。

①檢查兩側(cè)的采樣是否滿足規(guī)程要求:交流電流和交流電壓的幅值誤差均應(yīng)小于±5%;

②若兩側(cè)的TV變比不一樣時，要以某側(cè)為基準(zhǔn)換算成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來比較:可根據(jù)整定的 TA變比調(diào)整系數(shù)，使兩側(cè)的二次電流一致;

③對于有些保護(hù)裝置，其差流顯示需要投其“光纖差動保護(hù)”保護(hù)硬壓板才能實(shí)現(xiàn)，否則采不到相應(yīng)的值。

(3)模擬相應(yīng)的故障類型來驗(yàn)證其動作邏輯的正確性。其具體細(xì)則見表2所示。

表2是針對本側(cè)的試驗(yàn)內(nèi)容，對側(cè)的調(diào)試反之亦然。對于表中的說明1進(jìn)行如下的解釋:對于南瑞線路保護(hù)(RCS－931E)而言，對側(cè)的全電壓將閉鎖兩側(cè)的差動;對于許繼線路保護(hù)(WXH－803A/G)而言，對側(cè)的全電壓將不會閉鎖兩側(cè)的差動;對于四方線路保護(hù)(CSC－101B)而言，對側(cè)的全電壓將會閉鎖對側(cè)的差動而不閉鎖本側(cè)的差動，主要作用是反映單相高阻接地故障。

表2 模擬故障類型細(xì)則表

從上面的解釋可以看出:對于不同的線路保護(hù)裝置，其全電壓對差動的影響將有所不同，因此要針對不同的保護(hù)調(diào)試來具體分析以確保調(diào)試的正確性和快速性。

(4)整組傳動試驗(yàn):由于第3步驟調(diào)試只是針對保護(hù)裝置的動作邏輯進(jìn)行了校驗(yàn)，不能確保保護(hù)出口能否正確跳閘，鑒于此需帶兩側(cè)各自的開關(guān)進(jìn)行傳動試驗(yàn)以確保整組的動作正確性和回路的完好性。

其整組傳動試驗(yàn)的內(nèi)容與上述實(shí)驗(yàn)步驟相同，為減少對開關(guān)在同一時間的多次沖擊，可適當(dāng)減少試驗(yàn)內(nèi)容，只選取單瞬故障和啟動遠(yuǎn)跳各一種進(jìn)行即可。

③線路存在一端(對側(cè))出現(xiàn)線路過電壓、電抗器內(nèi)部短路和斷路器失靈等故障，因此設(shè)置過電壓啟動遠(yuǎn)跳，由另一端(本端)遠(yuǎn)跳保護(hù)根據(jù)收信邏輯和相應(yīng)的就地判據(jù)出口跳開本端斷路器［4］。

三者以“或”的邏輯來決定是否發(fā)送“遠(yuǎn)傳”指令。其動作邏輯如圖1所示。

4 所遇到問題及相應(yīng)解決措施

4.1 啟動遠(yuǎn)跳回路的方式

對于500 kV線路而言，其啟動遠(yuǎn)跳回路的方式主要為以下3類。

①其傳輸距離較遠(yuǎn)，為防止線路的“容升效應(yīng)”出現(xiàn)過電壓，一般會在線路的一側(cè)安裝并聯(lián)電抗器的措施來抑制。因此，高壓電抗器的電量保護(hù)或非電量保護(hù)動作后均可啟動遠(yuǎn)跳回路;

②其為3/2主接線方式，因此邊開關(guān)和中開關(guān)的失靈保護(hù)動作可啟動遠(yuǎn)跳回路;

圖1 啟動遠(yuǎn)跳回路簡圖

保護(hù)裝置發(fā)出的“遠(yuǎn)傳”指令通過“專用光纖”方式或“復(fù)用通道”方式傳輸給對側(cè)，對側(cè)收到“遠(yuǎn)傳”指令后，結(jié)合“就地判據(jù)”(前提是該功能投入)綜合考慮來決定是否動作來跳開該側(cè)的開關(guān)。

4.2 “光纖自環(huán)”模式

在實(shí)際調(diào)試中，兩側(cè)的調(diào)試進(jìn)度不同會造成調(diào)試內(nèi)容不同，無法實(shí)時真實(shí)模擬“本－對側(cè)”的遠(yuǎn)方跳閘動作邏輯;加之在調(diào)試各側(cè)保護(hù)裝置動作邏輯時沒有必要與對側(cè)聯(lián)調(diào)。為了互不影響兩側(cè)的調(diào)試以及試驗(yàn)中的聯(lián)調(diào)可能導(dǎo)致對側(cè)的開關(guān)跳閘傷及檢修人員，因此選擇“光纖自環(huán)”模式來模擬。其動作機(jī)理如圖2所示。

圖2 光纖自環(huán)模式簡圖

在實(shí)際調(diào)試過電壓啟動遠(yuǎn)跳試驗(yàn)的過程中，會經(jīng)常出現(xiàn)如下的問題。

①RCS－931E裝置的“遠(yuǎn)傳”信號未開入;

②利用本側(cè)自環(huán)進(jìn)行整組傳動時，開關(guān)未動作。解決措施如下。

①檢查光耦是否完好，利用短接“遠(yuǎn)傳”接點(diǎn)的方法觀察裝置內(nèi)部開入是否變位:若變位則說明其完好，否則其損壞;

②檢查過電壓保護(hù)裝置是否正常動作，通過調(diào)試儀加量、萬用表來測試相應(yīng)的輸出接點(diǎn)的對地電位，觀察電位的變化:若電位為正則表明其動作接點(diǎn)完好，否則其損壞;

③檢查其硬壓板YB1、YB2和相應(yīng)控制字是否投入，通過查看裝置的開入量和定值單的控制字;

④檢查過電壓保護(hù)裝置“遠(yuǎn)跳經(jīng)跳位閉鎖”控制字投入情況:若投入則遠(yuǎn)跳令需要在滿足本側(cè)開關(guān)跳開且三相無電流的條件下才啟動遠(yuǎn)方跳閘裝置，反之則直接啟動。

⑤若上述方式都不能解決，則采用測通斷的方法來檢查其二次回路，需要注意的是所測試的二次回路不帶電。

4.3 兩側(cè)通道異常

文獻(xiàn)［3］規(guī)定:線路縱聯(lián)保護(hù)通道(含光纖、微波、載波等通道及加工設(shè)備和供電電源等)、遠(yuǎn)方跳閘及就地判別裝置應(yīng)遵循相互獨(dú)立的原則按雙重化進(jìn)行配置。四川500 kV電網(wǎng)的線路保護(hù)都遵從此原則，所以調(diào)試過程中應(yīng)對其獨(dú)立性進(jìn)行檢查驗(yàn)證。

在整組調(diào)試的過程中，出現(xiàn)兩側(cè)的誤碼率高、失步次數(shù)大等通道異常現(xiàn)象?，F(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)判定其原因主要為連接兩側(cè)的光纖接口處存在接觸不良或污染、光纖部分損壞。

解決方法:采用分段自環(huán)法來查找故障，即以相應(yīng)的接口自環(huán)，并在裝置內(nèi)部設(shè)置成相同的縱聯(lián)碼(即“自環(huán)”模式)來進(jìn)行。

①將本側(cè)保護(hù)裝置后的尾纖接入處自環(huán)，通過裝置觀察其通道異常是否消失:若是則為裝置內(nèi)部故障;

②將本側(cè)通信小室的配線架上的尾纖接入處自環(huán)，通過裝置觀察其通道異常是否消失:若是則為保護(hù)小室至通信小室的光纖存在損壞;

③將對側(cè)通信小室的配線架上的尾纖接入處自環(huán)，通過裝置觀察其通道異常是否消失:若是則為兩側(cè)通信小室之間的光纖存在損壞;

④同樣的道理可以測試對側(cè)的光纖通道是否正常。

5 結(jié)論

對于220 kV及以上電壓等級的線路投運(yùn)前以及首檢預(yù)試及年檢預(yù)試中，為保證保護(hù)能正確動作，聯(lián)調(diào)工作一定要做到準(zhǔn)確無誤，其好壞直接決定線路發(fā)生故障時能否快速切除，因此聯(lián)調(diào)不容忽視。為此，通過對四川超(特)高壓電網(wǎng)的500 kV線路為例，系統(tǒng)介紹了常用的線路保護(hù)裝置配置以及一種現(xiàn)場易于操作的聯(lián)調(diào)方法以供保護(hù)同行參考，并對聯(lián)調(diào)過程中出現(xiàn)的問題提出了相應(yīng)的解決措施，總結(jié)并提出了相應(yīng)的現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)以便于今后的檢修工作。

［1］布文哲，董海山，婁華薇.輸電線路光纖保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用及問題分析［J］.河北電力技術(shù)，2007，26(3):35－38.

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

［3］國家電力調(diào)度通信中心.《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》(試行)繼電保護(hù)專業(yè)重點(diǎn)實(shí)施要求［S］.2005.

［4］許繼電氣股份有限公司.WGQ－871A微機(jī)故障啟動裝置技術(shù)說明書［R］.2008.