線路光纖差動(dòng)保護(hù)原理與試驗(yàn)

熊恒昌

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

關(guān)鍵詞：線路光纖差動(dòng);保護(hù)原理

引言

隨著我國(guó)工業(yè)行業(yè)電力輸配電系統(tǒng)不斷發(fā)展，長(zhǎng)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(yùn)行顯得尤為重要， 對(duì)繼電保護(hù)設(shè)施也提出了更高的要求。 線路光纖差動(dòng)保護(hù)通過(guò)比較線路側(cè)及負(fù)荷側(cè)兩端的電流矢量差實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)功能。 通過(guò)比率制動(dòng)方程實(shí)現(xiàn)區(qū)內(nèi)動(dòng)作區(qū)外閉鎖的特性， 能夠迅速切斷故障; 同時(shí)運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)因系統(tǒng)振蕩、非全相運(yùn)行導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作， 對(duì)各類型的故障均能較好地起到保護(hù)作用， 具有較高的靈敏度， 因此線路光纖差動(dòng)保護(hù)常被選為線路主保護(hù)。 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(qiáng)及大容量傳輸數(shù)據(jù)等優(yōu)勢(shì)， 同時(shí)微機(jī)保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)等電磁式保護(hù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能， 因此微機(jī)式差動(dòng)保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1線路光纖差動(dòng)保護(hù)的原理

傳統(tǒng)的線路差動(dòng)保護(hù)通過(guò)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(jìn)行相互傳輸， 通過(guò)對(duì)兩端的電氣量進(jìn)行計(jì)算， 判斷線路故障是否在保護(hù)動(dòng)作區(qū)內(nèi)， 從而決定是否需要切斷被保護(hù)線路。 線路光纖差動(dòng)保護(hù)與傳統(tǒng)的線路差動(dòng)保護(hù)原理相同， 采用主、 從時(shí)鐘通信方式，將其中一臺(tái)保護(hù)裝置設(shè)為主時(shí)鐘， 對(duì)側(cè)的保護(hù)裝置設(shè)為從時(shí)鐘， 時(shí)鐘間通過(guò)光纖通道相互收發(fā)信息，同時(shí)實(shí)時(shí)更新時(shí)間， 從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘同步。

2改造后的保護(hù)變動(dòng)

2.1繼電保護(hù)信息子站

線路保護(hù)裝置改造完成后，需在繼電保護(hù)信息子站進(jìn)行相關(guān)配置。配置完成后，利用繼電保護(hù)儀，依次模擬縱聯(lián)差動(dòng)、距離保護(hù)、零序保護(hù)，使603U保護(hù)裝置動(dòng)作，跳A出口、跳B(niǎo)出口、跳C出口、重合閘出口等動(dòng)作，驗(yàn)證信號(hào)上送的正確性。

2.2 開(kāi)入/開(kāi)出回路

改造時(shí)，需要對(duì)保護(hù)裝置的功能開(kāi)入壓板進(jìn)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(duì)于信號(hào)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)站故障錄波和信號(hào)上送開(kāi)關(guān)站LCU，需要對(duì)更改后的信號(hào)名稱進(jìn)行重新定義。

3線路光纖差動(dòng)保護(hù)調(diào)試

線路光纖差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)通常采用雙電源法， 即在兩側(cè)保護(hù)裝置外接試驗(yàn)儀模擬電氣量。 然而在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中， 由于試驗(yàn)儀間缺乏有效的對(duì)時(shí)方式， 試驗(yàn)儀所模擬的電流源難以實(shí)現(xiàn)同步輸入， 導(dǎo)致保護(hù)調(diào)試過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)作或拒動(dòng)作的現(xiàn)象; 同時(shí)保護(hù)裝置調(diào)試大綱也缺少起動(dòng)元件校驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容。 為了解決上述問(wèn)題， 試驗(yàn)前首先在兩側(cè)保護(hù)裝置內(nèi)通入幅值相同的初始電流， 通過(guò)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(yùn)行狀態(tài)， 再通過(guò)調(diào)整電流幅值步長(zhǎng)的方式模擬差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)外故障。 本文以某輸電線路的差動(dòng)保護(hù)調(diào)試過(guò)程為例， 對(duì)上述方法進(jìn)行論述。

3.1模擬流變起動(dòng)

試驗(yàn)前合上負(fù)荷側(cè)及線路側(cè)開(kāi)關(guān)， 檢查兩側(cè)裝置 “投差動(dòng)保護(hù)” 功能壓板均已投入， 兩側(cè)保護(hù)裝置三相電壓輸入正常。 用電流測(cè)試儀在負(fù)荷側(cè)與母線側(cè)輸入 0. 2 A 的初始電流， 通過(guò)調(diào)節(jié)任一側(cè)電流相位模擬線路側(cè)與負(fù)荷側(cè)電流同相位狀態(tài)。 隨后調(diào)整線路側(cè)電流測(cè)試儀電流輸出步長(zhǎng)為流變電流起動(dòng)定值， 調(diào)整負(fù)荷側(cè)電流測(cè)試儀電流輸出步長(zhǎng)模擬比率制動(dòng)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(dòng)

試驗(yàn)前合上負(fù)荷側(cè)及線路側(cè)開(kāi)關(guān)， 檢查兩側(cè)“投差動(dòng)保護(hù)” 8 功能壓板均投入， 兩側(cè)保護(hù)裝置三相電壓輸入正常。 用電流測(cè)試儀在負(fù)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(fù)荷側(cè)電流同相位。 隨后調(diào)整兩側(cè)電流測(cè)試儀的步長(zhǎng)使線路側(cè)電流輸入值達(dá)到相電流起動(dòng)定值， 負(fù)荷側(cè)模擬比率制動(dòng)方程區(qū)間內(nèi)及區(qū)間外兩種情況， 注意電流測(cè)試儀的步長(zhǎng)調(diào)節(jié)不能超過(guò)流變電流起動(dòng)定值。

3.3模擬輔助電壓起動(dòng)

試驗(yàn)前將兩側(cè)開(kāi)關(guān)置于合閘位置， 兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)動(dòng)作方式，保證故障電流大于差動(dòng)保護(hù)定值， 隨后降低負(fù)荷側(cè)電壓低于 70%Un。

3.4. 模擬線路空充起動(dòng)

試驗(yàn)前合上負(fù)荷側(cè)開(kāi)關(guān)， 拉開(kāi)線路側(cè)開(kāi)關(guān)， 同時(shí)投入兩側(cè) “投差動(dòng)保護(hù)” 功能壓板。 在線路側(cè)輸入電流模擬差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)故障， 保證故障電流大于差動(dòng)保護(hù)定值。

4通道聯(lián)調(diào)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

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

4.1對(duì)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(hù)裝置需要設(shè)置本側(cè)實(shí)際的變比，保證正常運(yùn)行狀態(tài)下保護(hù)裝置的差流為零。對(duì)于CT變比不一致的線路，將兩側(cè)保護(hù)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(duì)側(cè)加入三相對(duì)稱的電流，大小為額定電流，要求本側(cè)保護(hù)裝置不啟動(dòng)，觀察本側(cè)、對(duì)側(cè)的三相電流、三相差流為額定電流。

4.2遠(yuǎn)方跳閘

遠(yuǎn)跳不經(jīng)本側(cè)啟動(dòng)閉鎖的試驗(yàn)：N側(cè)開(kāi)關(guān)在合位，保護(hù)裝置中將“遠(yuǎn)跳受啟動(dòng)元件控制”控制字置“0”，在M側(cè)啟動(dòng)TJR使保護(hù)遠(yuǎn)跳開(kāi)入，N側(cè)保護(hù)在收到對(duì)側(cè)遠(yuǎn)跳信號(hào)后立即跳閘。遠(yuǎn)跳經(jīng)本側(cè)啟動(dòng)閉鎖的試驗(yàn)：N側(cè)開(kāi)關(guān)在合位，保護(hù)裝置中將“遠(yuǎn)跳受啟動(dòng)元件控制”控制字置“1”;同樣在M側(cè)啟動(dòng)TJR使保護(hù)遠(yuǎn)跳開(kāi)入，N側(cè)保護(hù)在收到對(duì)側(cè)遠(yuǎn)跳信號(hào)，同時(shí)N側(cè)保護(hù)裝置有故障元件啟動(dòng)的情況下，N側(cè)保護(hù)才能跳閘[1]。

5線路光纖差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用

某電廠總變電所 6 kV 母線下屬共計(jì) 24 條饋線均為長(zhǎng)距離輸電線路， 全部采用 PCS-9613D 型微機(jī)保護(hù)作為輸電線路的主保護(hù)。 PCS-9613D 差動(dòng)保護(hù)功能由比率差動(dòng)元件和保護(hù)起動(dòng)元件共同作用實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)， 均向?qū)?cè)發(fā)送允許動(dòng)作信號(hào)。 只有當(dāng)保護(hù)裝置兩側(cè)的起動(dòng)元件和保護(hù)元件同時(shí)動(dòng)作且兩側(cè)保護(hù)裝置同時(shí)收發(fā)到允許動(dòng)作信號(hào)后， 差動(dòng)保護(hù)裝置出口才能夠正常開(kāi)放[2] 。

結(jié)束語(yǔ)

光纖差動(dòng)保護(hù)是長(zhǎng)距離輸電線路中十分重要的一種保護(hù)方式。 通過(guò)對(duì)光纖差動(dòng)保護(hù)調(diào)試方法的研究與改進(jìn)能更好地掌握光纖差動(dòng)保護(hù)相關(guān)動(dòng)作原理。 為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、 維護(hù)人員進(jìn)行該保護(hù)的調(diào)試和學(xué)習(xí)提供了參考與建議[3] 。

參考文獻(xiàn)

[1]吳銳.220 kV線路光纖差動(dòng)保護(hù)改造[J].機(jī)電信息，2021（20）：13-14.

[2]周明琨.線路光纖差動(dòng)保護(hù)原理與試驗(yàn)[J].電氣時(shí)代，2021（07）：49-51.

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