一種快速便捷的電流差動保護(hù)試驗(yàn)方法

田國華

摘 要：光纖差動保護(hù)由于其原理簡單可靠已經(jīng)成為超高壓線路主保護(hù)的首選。針對傳統(tǒng)調(diào)試流程復(fù)雜、設(shè)備要求高等缺點(diǎn)，本文提出了一種新型變電所光纖差動保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)方法，直接通過一次環(huán)網(wǎng)電纜加載電流，利用對側(cè)的高壓柜接地刀閘合位，形成高壓電纜三項(xiàng)短接構(gòu)成回路，然后使用普通繼電保護(hù)測試儀在本側(cè)某一段動力變壓器或整流變壓器的高壓電纜加載模擬電流，就能完成光纖差動保護(hù)的功能聯(lián)調(diào)試驗(yàn)和保護(hù)定值校驗(yàn)。此方法已在武漢市軌道交通3號線工程中實(shí)際應(yīng)用，大幅度簡化了調(diào)試流程，提高了調(diào)試效率。

關(guān)鍵詞：光纖差動；簡化流程；提高效率

1 前言

隨著高壓電網(wǎng)和城市軌道交通電網(wǎng)的快速發(fā)展，變電所自動化技術(shù)向更高層次推進(jìn)，光纖差動保護(hù)由于其原理簡單可靠而成為超高壓線路主保護(hù)的首選。目前，武漢市軌道交通供電系統(tǒng)有110kV輸電線路、35kV線路和10kV線路，其主保護(hù)主要采用MiCOM P521光纖電流差動保護(hù)裝置。

目前，武漢市軌道交通規(guī)劃由12條線路組成，2021年規(guī)劃的線路將會增加到14條?，F(xiàn)已投入運(yùn)營1號線、2號線和4號線，并有8條線路正在施工建設(shè)。武漢地鐵按照市委規(guī)劃每年必須開通一條地鐵線路，因此，如何簡單、快速有效地完成光纖差動保護(hù)裝置功能校驗(yàn)工作，成了當(dāng)今重點(diǎn)研究的問題。

2 光纖差動保護(hù)原理分析及常規(guī)校驗(yàn)方法

光纖電流差動保護(hù)借助于線路光纖通道，實(shí)時地向?qū)?cè)傳遞采樣數(shù)據(jù)，同時接收對側(cè)的采樣數(shù)據(jù)，兩側(cè)保護(hù)利用本地和對側(cè)電流數(shù)據(jù)按相進(jìn)行差動電流計算。根據(jù)電流差動保護(hù)的制動特性方程進(jìn)行判別，判為區(qū)內(nèi)故障時動作跳閘，判為區(qū)外故障時保護(hù)不動作。

通過了解光纖差動裝置保護(hù)原理以及高壓柜類型，常規(guī)的校驗(yàn)方法有以下兩種：

（1）利用本所高壓環(huán)網(wǎng)柜電流互感器二次端子側(cè)或一次電纜側(cè)分別加載模擬電流進(jìn)行校驗(yàn)。通過1臺綜合繼保測試儀可以完成本所高壓環(huán)網(wǎng)柜的P521功能校驗(yàn)（利用本所1面進(jìn)線柜和1面出線柜組成一組環(huán)網(wǎng)柜，把兩臺P521光纖通道用跳纖環(huán)起來）。本方案雖然操作簡單，但是不能全面檢測真實(shí)光/電纜回路，僅僅是校驗(yàn)了環(huán)網(wǎng)柜光纖差動保護(hù)裝置的功能，對于電流互感器的極性沒有做出完全的判斷，只能依靠廠家的流互接線方式來判斷。

（2）引入GPS及IRIG-B碼對時功能，利用上述兩種時鐘完成與保護(hù)同步采樣及觸發(fā)兩側(cè)測試儀的同步采樣，完成多點(diǎn)同步采集、觸發(fā)試驗(yàn)。試驗(yàn)時，兩座相鄰變電所的繼電保護(hù)測試儀分別接入GPS時鐘、IRIG-B碼時鐘，設(shè)置相同的時、分、秒故障觸發(fā)時刻。即可完成一組高壓環(huán)網(wǎng)柜的P521光纖差動功能校驗(yàn)（見圖1）。本方案是能夠真實(shí)地一同校驗(yàn)線路和環(huán)網(wǎng)柜保護(hù)裝置的差動保護(hù)功能，但是測試時所投入的儀器儀表比方法1多投入2倍多，需要2臺綜合繼保，同時接入GPS及IRIG-B碼對時，接線比較復(fù)雜，且個別設(shè)備需要特殊制定。

3 新型變電所光纖差動保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)方法

本文提出了一種新型的變電所光纖差動保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)方法。

3.1 設(shè)計思想

本文設(shè)計使用一臺普通功能的綜合繼保儀就可以簡單、快速實(shí)現(xiàn)A、B、C三所的光纖差縱保護(hù)功能校驗(yàn)任務(wù)。對比上述兩種測試方案，此方法流程更加簡單、操作更加便捷，儀器儀表投入少。

其原理是利用本側(cè)某一段高壓饋線柜的電纜側(cè)加載模擬電流（特別適用于封閉式高壓柜）；對側(cè)的高壓柜利用接地刀閘合位，形成a、b、c三項(xiàng)短接點(diǎn)；在本側(cè)某一段動力變或整流變的高壓電纜側(cè)加載模擬電流（交流電流值10～20A均可）；就能輕松通過高壓柜P521觀察本側(cè)電流、對側(cè)電流、差動電流和制動電流。這種方法既可以在施工前期調(diào)試時進(jìn)行，也可以在變電所送電前與檢查環(huán)網(wǎng)電纜絕緣時一起做。

特別是不改變對側(cè)上級變電所運(yùn)行方式就可以完成差動校驗(yàn)（只是對應(yīng)饋線柜接地合位）；也可以分段進(jìn)行，一段帶電運(yùn)行、一段停電做光纖差動保護(hù)功能測試調(diào)試。

本方法從一次電纜側(cè)加載模擬電流，實(shí)現(xiàn)了一組高壓環(huán)網(wǎng)柜的電流差動保護(hù)P521的測試，即驗(yàn)證了P521保護(hù)裝置的動作定值與動作邏輯，也驗(yàn)證了兩站高壓柜P521的光纖鏈路的正確性，同時，也能校驗(yàn)電流互感器接入是否正確，有無斷線、分流現(xiàn)象。試驗(yàn)方法簡便，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

同時，我們也解決了所與所調(diào)試通信困難大、對講機(jī)通信范圍有限的通信難題。我們改變以往使用磁石電話機(jī)，利用高壓環(huán)網(wǎng)柜差動光纜的備用通道，采用熱點(diǎn)式一對一電話光端機(jī)（BD-OP-MUX01型一路電話光端機(jī)），輕松解決了遠(yuǎn)距離通信難的問題。

3.2 具體調(diào)試步驟

本文結(jié)合武漢軌道交通三號線一期工程35kV封閉式高壓柜進(jìn)行光纖差動保護(hù)測試調(diào)試方法（見圖2）以及實(shí)施步驟對本方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

第一步：本側(cè)拆除1#動力變高壓電纜，用綜合繼保儀從變壓器高壓側(cè)高壓電纜A項(xiàng)電纜加載“+”線，B項(xiàng)電纜加載“-”線?；謴?fù)動力變開門觸點(diǎn)合位。

第二步：對側(cè)所對應(yīng)的高壓環(huán)網(wǎng)柜接地開關(guān)3317接地合位，高壓柜33合位（饋線柜）。P521光纖通信正常，保護(hù)投入正常。合33時，如無合閘允許時，從P521自動控制中通信設(shè)置為“內(nèi)部”，合閘后把自動控制中通信“內(nèi)部”必須退出。

第三步：本側(cè)高壓進(jìn)線柜311合位，31合位。P521光纖通信正常，保護(hù)投入正常。合31時，如無合閘允許時，從P521自動控制中通信設(shè)置為“內(nèi)部”，合閘后把自動控制中通信“內(nèi)部”必須退出；高壓動力變柜411合位，41合位。其他柜均為分位。

第四步：用綜合繼保儀從變壓器高壓側(cè)電纜A和B端分別加載電流，電流值A(chǔ)C10-20A整數(shù)倍均可，相當(dāng)于電流從A流進(jìn)，B端回流。每次加流為高壓電纜任意兩相電纜即可。

第五步：加載電流時兩所可以同時安排試驗(yàn)人員進(jìn)行觀察電流并記錄P521本側(cè)電流，對側(cè)電流、差動電流和制動電流。從而判斷兩所的流互極性是否一致，兩所同一相電流值大小差值也可判斷出有無分流現(xiàn)象。

第六步：分開環(huán)網(wǎng)回路中某一面高壓柜斷路器，把差動電流保護(hù)定值調(diào)小到模擬值，這時加載電流就可以模擬啟動差動保護(hù)聯(lián)跳動作。

如做其他回路，可以合上母聯(lián)柜，這樣就可以從一個動力變高壓電纜做4個方向（兩進(jìn)線柜、兩出線柜）的差動電流保護(hù)工作（如圖3）。每次測試一個高壓環(huán)網(wǎng)回路，分別完成ABC三相，并做好測試記錄。

4 案例分析

4.1 應(yīng)用案例1

2015年8月7日，武漢地鐵三號線一期工程趙家條主所向羅家莊、趙家條所高壓環(huán)網(wǎng)第一次送電，為了確保110kV主所和35kV沿線所的光纖差動保護(hù)裝置校驗(yàn)，在確保趙家條主所兩段高壓都帶電的情況下，只需要把對應(yīng)的出線柜作為接地維護(hù)狀態(tài)，就可以安全、快速、有效地完成了這四個高壓環(huán)網(wǎng)回路的光纖差動保護(hù)裝置測試調(diào)試任務(wù)。

4.2 應(yīng)用案例2

2015年8月25日，武漢地鐵三號線一期工程市民之家所變電所一段高壓出線柜第一次送電操作時，造成本所高壓柜1號進(jìn)線跳閘，上級所1號出線柜跳閘。兩所的故障設(shè)備P521保護(hù)顯示差動保護(hù)動作。

初步檢查反饋：現(xiàn)場高壓環(huán)網(wǎng)電纜排查正常、市民之家所和上級后湖大道所對應(yīng)的1段高壓柜從保護(hù)定值檢查正確、流互極性檢查正確、柜內(nèi)二次接線端子檢查無異常。

本試驗(yàn)方法的應(yīng)用：利用1號動力變電纜加載模擬電流，經(jīng)上級后湖大道所1段出線柜流回市民之家所1段進(jìn)線柜。不影響高壓2段正常供電。測試結(jié)果表明：通過電纜絕緣測試合格，基本上排除了電纜的問題；A、C回路電流值兩端基本一致，無泄漏電流；A、B和B、C回路在本所顯示大小一致，上級所B項(xiàng)值為其他項(xiàng)小1/2，可以初步判斷是上級后湖大道所B項(xiàng)流互采集問題。安排廠家技術(shù)重新檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)B項(xiàng)的流互電線端子虛接，處理后加載電流校驗(yàn)正確，隨后恢復(fù)1段高壓柜送電。

5 社會經(jīng)濟(jì)效益

通過對武漢市軌道交通光纖差動保護(hù)測試調(diào)試技術(shù)的研究，形成了較大的社會經(jīng)濟(jì)效益：

（1）通過本聯(lián)調(diào)試驗(yàn)方法，從一次電纜側(cè)真實(shí)地校驗(yàn)了光纖差動保護(hù)功能，使用設(shè)備簡單，操作簡單、有效，得到了武漢地鐵公司的高度認(rèn)可，并推廣該項(xiàng)成果在武漢市城市軌道交通其他線運(yùn)用。

（2）通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)調(diào)試流程，減少了調(diào)試人員數(shù)量，縮短了實(shí)驗(yàn)調(diào)試時間，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)調(diào)試的質(zhì)量，確保了工程結(jié)點(diǎn)的如期完成，預(yù)計節(jié)約成本100萬元。

6 結(jié)論

本文提出的新型變電所光纖縱差保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)方法，大幅度縮短了調(diào)試時間，簡化了調(diào)試流程、節(jié)約了施工成本。尤其面對大型工程調(diào)試設(shè)備多，工期緊不利情況下，此種方法具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

[1]張旗，張守東，胡偉.智能變電站與常規(guī)變電站的通道聯(lián)調(diào)試驗(yàn)[J].東北電力技術(shù)，2012，33（2）：35-37.

[2]李瑞生.光纖電流差動保護(hù)與通道試驗(yàn)技術(shù)[M].國電力出版社，2006.

（作者單位：中鐵一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司）