影響線路光纖電流差動(dòng)保護(hù)的若干因素

摘 要：目前電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中光纖電流差動(dòng)保護(hù)使用越來越普及，[1]它依靠光纖通道傳輸線路兩端的數(shù)據(jù)，以基爾霍夫電流定律為依據(jù)，能夠簡單可靠地判斷出區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障。對線路保護(hù)來說，光纖電流差動(dòng)保護(hù)天然的選相能力和簡單、可靠的動(dòng)作原理使其具有良好的選相和快速切除故障的能力，[2]常作為110kV以及上電壓等級線路的主保護(hù)。針對光纖電流差動(dòng)保護(hù)本身的基本原理以及特定運(yùn)行方式分析，探討研究線路電容電流、CT飽和、CT特性不一致、兩側(cè)信息采樣不同步等因素對光纖電流差動(dòng)保護(hù)造成的影響，針對性提出具體措施，盡可能避免異常情況發(fā)生，保證光纖電流差動(dòng)保護(hù)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：光纖電流差動(dòng)保護(hù);線路電容電流;高阻接地故障;CT特性

隨著光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展，我國光纖通信在許多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，其中，以光纖通訊位主干網(wǎng)的電力通信網(wǎng)絡(luò)得到了迅猛的發(fā)展和普及。相較于電力線路和微波通道，光纖通道具有誤碼率低、頻帶寬以及傳輸質(zhì)量高且容量大、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。光纖電流差動(dòng)保護(hù)靈敏度高、動(dòng)作簡單可靠快速，在電力系統(tǒng)的主變壓器、線路、母線上大量應(yīng)用，本文具體闡述、分析光纖電流差動(dòng)保護(hù)的基本原理、特點(diǎn)以及影響其性能因素等相關(guān)問題。

1 光纖電流差動(dòng)保護(hù)的基本原理

光纖電流差動(dòng)保護(hù)的基本原理是以基爾霍夫電流第一定律為依據(jù)，“在任一時(shí)刻，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和”，簡單的說就是通過對比線路兩端的電流量來判斷被保護(hù)線路是否有故障，內(nèi)部是否有差流。流進(jìn)電流與流出電流相等，差流為零;流進(jìn)電流與流出電流不相等，差流不為零。光纖電流差動(dòng)保護(hù)是通過直接比較兩側(cè)的電氣量來進(jìn)行判斷故障的，通過光纖通道將本端電流的波形等信息傳輸?shù)綄Χ?，兩端保護(hù)裝置直接對比兩端電流的幅值和相位來判斷區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障。

系統(tǒng)簡化圖

如上圖所示，流過兩側(cè)保護(hù)的電流以母線流向線路方向規(guī)定為正方向，則動(dòng)作電流為：

Id=I·M+I·N（1）

制動(dòng)電流為：

Ir=I·M-I·N（2）

Id>Iqd（3）

Id>KrIr（4）

式中，Iqd為差動(dòng)繼電器的啟動(dòng)電流;Kr為比率制動(dòng)系數(shù)。上述兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

當(dāng)線路發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，

Id=I·M+I·N=IK（5）

可以看出動(dòng)作電流Id很大，制動(dòng)電流Ir很小，工作點(diǎn)落在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，差動(dòng)繼電器動(dòng)作。

當(dāng)線路發(fā)生外部故障時(shí)，

Id=I·M+I·N=I·K-I·K=0（6）

Ir=I·M-I·N=I·K+I·K=2IK（7）

由于IdIr，工作點(diǎn)落在非動(dòng)作區(qū)內(nèi)，繼電器不動(dòng)作。

綜上分析，有兩個(gè)結(jié)論：①動(dòng)作電流是線路內(nèi)部流出的電流，如線路內(nèi)部故障電流、線路電容電流;②穿越性的電流只形成制動(dòng)電流，如負(fù)荷電流和外部故障通過線路的故障電流。

2 線路光纖差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)

2.1 光纖電流差動(dòng)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)

光纖電流差動(dòng)保護(hù)即利用了分相電流差動(dòng)的良好判據(jù)，又克服了傳統(tǒng)引線方式的種種缺陷，在實(shí)際運(yùn)用中具有其他保護(hù)無以比擬的優(yōu)勢，光纖電流差動(dòng)保護(hù)有如下的優(yōu)點(diǎn)[3]：

（1）以基爾霍夫電流定律為依據(jù)，能簡單、可靠地判斷出區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障;

（2）不受線路運(yùn)行方式影響;

（3）本身有天然的選相功能，哪一相保護(hù)動(dòng)作那一相就是故障相;

（4）光纖通信與輸電線路本身相互獨(dú)立，互不干擾，所以可靠性高，且通信容量大;

（5）可以反映出各種類型的故障。

2.2 光纖電流差動(dòng)保護(hù)的缺點(diǎn)

光纖電流差動(dòng)保護(hù)也存在自身的缺點(diǎn)：

（1）要求保護(hù)裝置通過光纖通道所傳送的信息具有同步性;

（2）在重負(fù)荷線路發(fā)生高阻接地故障時(shí)，動(dòng)作電流小，制動(dòng)電流大，保護(hù)靈敏度不夠，若短路點(diǎn)兩側(cè)系統(tǒng)不對稱會(huì)極大加劇這種缺陷;

（3）需要兩側(cè)保護(hù)是同樣型號才能構(gòu)成整套主保護(hù)，在線路斷路器檢修旁路代路時(shí)難以配合，經(jīng)常要退出差動(dòng)保護(hù);

（4）對于超高壓長距離輸電線路，需要考慮電容電流的影響。

3 影響光差保護(hù)性能的因素

3.1 線路電容電流的影響

架空電流線路中，導(dǎo)線之間以及導(dǎo)線與大地之間以空氣為介質(zhì)形成一個(gè)電容，這個(gè)電容會(huì)在線路中產(chǎn)生電容電流，它將構(gòu)成保護(hù)的動(dòng)作電流，所以在實(shí)際運(yùn)用過程中必須考慮電容電流的影響，否則可能造成保護(hù)誤動(dòng)。在電壓等級高，輸電線路長的情況下，實(shí)際多采用的是分裂導(dǎo)線，這將進(jìn)一步導(dǎo)致線路電容電流增大，那么對光纖電流差動(dòng)保護(hù)的影響就越大。簡單說就是電容電流會(huì)從線路的內(nèi)部流出，構(gòu)成動(dòng)作電流，較大的數(shù)值電容電流可能造成光纖差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

對此，為消除電容電流對差動(dòng)保護(hù)的影響，一般采用提高啟動(dòng)電流定值、加短延時(shí)、進(jìn)行電容電流補(bǔ)償?shù)拇胧?/p>

3.2 CT飽和的影響

正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)發(fā)生短路故障電流急劇突變，而且故障電流中包含大的直流分量和豐富的各次諧波分量，這種暫態(tài)過程在故障初期最為嚴(yán)重。若電流互感器沒有比較好的暫態(tài)特性，就會(huì)導(dǎo)致無法準(zhǔn)確的傳變信號，當(dāng)這種情況嚴(yán)重時(shí)就會(huì)發(fā)生電流互感器飽和，使得CT傳變特性變差，會(huì)造成保護(hù)裝置的拒動(dòng)或誤動(dòng)。為了克服CT飽和的影響，針對不同的電壓等級系統(tǒng)要采用具有不同暫態(tài)特性的電流互感器，目前暫態(tài)電流互感器有四個(gè)等級：TPS、TPX、TPY、TPZ。

3.3 線路兩側(cè)CT特性不一致的影響

線路兩側(cè)CT特性不一致會(huì)導(dǎo)致電流暫態(tài)傳變特性不一致，例如在變壓器空充電時(shí)，線路兩側(cè)CT電流非周期分量在衰減過程中將產(chǎn)生差動(dòng)電流甚至使電流相位發(fā)生變化，若此差流超過動(dòng)作值，則會(huì)引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

為解決這一問題，在配置線路兩側(cè)電流互感器時(shí)，盡量選取同一廠家同一批次的同一型號的電流互感器，以確保兩側(cè)電流互感器的特性盡可能一致，避免引起保護(hù)誤動(dòng)的情況。

3.4 CT斷線的影響

正常運(yùn)行時(shí)當(dāng)輸電線路一端的CT斷線時(shí)，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流和制動(dòng)電流都等于未斷線一端的負(fù)荷電流，故工作點(diǎn)在動(dòng)作區(qū)內(nèi)造成保護(hù)動(dòng)作。為了避免保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)，需要找出CT一端斷線和區(qū)內(nèi)故障這兩種情況下保護(hù)動(dòng)作行為的區(qū)別。可以采取保護(hù)跳閘出口要滿足以下3個(gè)與關(guān)系條件：①本端起動(dòng)元件起動(dòng)，②本端差動(dòng)動(dòng)作，滿足上兩個(gè)條件向?qū)?cè)端發(fā)允許信號。③收到對端允許信號。

采取措施后，本端CT斷線電流突變時(shí)，本端起動(dòng)元件起動(dòng)，但是由于對側(cè)端CT沒有斷線，對端電流正常，所以對側(cè)端起動(dòng)元件不會(huì)起動(dòng)。也就不會(huì)給本端發(fā)允許信號，也就是說本端保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)，對側(cè)端由于起動(dòng)元件不起動(dòng)，都不會(huì)出口跳閘。

3.5 兩側(cè)采樣不同步的影響

線路兩端保護(hù)裝置是獨(dú)立采樣的，采樣在不加調(diào)整的情況下基本是不相同的。由此在區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，會(huì)有不平衡電流產(chǎn)生，所以要做到同步采樣，消除這種不平衡電流。要知道電流差動(dòng)保護(hù)在算法上要求參加比較的各端電流量必須同步采樣或采樣同步化處理得到，這是實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的關(guān)鍵所在。時(shí)間同步和誤碼校驗(yàn)是光纖電流差動(dòng)保護(hù)面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題。

目前，同步采樣的方法主要運(yùn)用基于數(shù)據(jù)通道的同步方法，又細(xì)分為3種具體調(diào)整方法：①采樣時(shí)刻調(diào)整法;②采樣數(shù)據(jù)修正法;③時(shí)鐘校正法。目前國內(nèi)各大廠家都以采樣時(shí)刻調(diào)整法為主要的調(diào)整方法。

3.6 重載情況下高阻接地故障的影響

負(fù)荷電流具有穿越性，是制動(dòng)電流。在線路重載的情況下，差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)電流很大。在這種情況下，如果發(fā)生高阻抗接地故障，短路點(diǎn)的短路電流并不大，動(dòng)作電流不大，保護(hù)的靈敏度會(huì)不足，保護(hù)可能拒動(dòng)。目前解決這一問題的方法是采用工頻變化量的分相差動(dòng)繼電器和零序差動(dòng)繼電器，工頻變化量的分相差動(dòng)繼電器的特點(diǎn)有：①不反應(yīng)負(fù)荷電流，②受過渡電阻的影響小。零序差動(dòng)繼電器的特點(diǎn)有：①起動(dòng)電流可以取與整套保護(hù)零序起動(dòng)定值一致，②對它來說負(fù)荷電流不構(gòu)成制動(dòng)電流，③零序電流受過渡電阻影響小。

4 總結(jié)

線路光纖電流差動(dòng)保護(hù)簡單、可靠，而且不受線路運(yùn)行方式的影響，具有天然的選相能力，同時(shí)又不受非全相運(yùn)行、系統(tǒng)震蕩的影響，可以反映出各類故障，是理想的線路主保護(hù)，目前大量應(yīng)用在110kV及以上的高壓輸電線路保護(hù)中。本文闡述、分析了光纖電流差動(dòng)保護(hù)的基本原理、特點(diǎn)以及探討總結(jié)了影響線路光纖電流差動(dòng)保護(hù)性能的幾個(gè)因素，并對其中的問題提出了相關(guān)解決措施，進(jìn)一步保證光纖電流差動(dòng)保護(hù)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

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作者簡介：陸運(yùn)全（1992-），男，海南萬寧人，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及及其自動(dòng)化。