輸電線路光纖差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作原因分析及防范措施

張慶樂

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719319)

光差保護(hù)的主要原理是將輸電線路兩端的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，經(jīng)光纖通道傳送到對(duì)側(cè)。保護(hù)裝置收到后再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)與本端電流對(duì)比，通過計(jì)算差流決定保護(hù)是否動(dòng)作。陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司化工分公司聚氯乙烯二分廠(以下簡稱“北元化工聚二分廠”)，35 kV北亞I3531進(jìn)線、北亞II3532進(jìn)線綜保為PSL646光纖電流差動(dòng)保護(hù)裝置，為國電南京某公司制備。2017年10月，北元化工聚二分廠對(duì)35 kV北亞I3531進(jìn)線、北亞II3532進(jìn)線高壓柜進(jìn)行了整體更換，更換后打壓合格，投運(yùn)正常。然而，在2018年4月大修切換北亞I3531進(jìn)線、北亞II3532進(jìn)線時(shí)，兩個(gè)進(jìn)線開關(guān)均差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。經(jīng)過排查，北元化工聚二分廠總結(jié)出引發(fā)輸電線路光纖差動(dòng)保護(hù)的原因。

1 線路故障引發(fā)裝置差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作

1.1 現(xiàn)象及原因分析

如果電纜接地發(fā)生了故障(如圖1所示)，則：

IM+IN=Id≠0(差動(dòng)電流/動(dòng)作電流)。

IM-IN=Ir(制動(dòng)電流)。

圖1 輸電線路光纖差動(dòng)保護(hù)原理圖

差動(dòng)繼電器的動(dòng)作特性如圖2所示。

圖2 比率制動(dòng)特性曲線

當(dāng)線路內(nèi)部發(fā)生短路接地時(shí)，動(dòng)作電流(等于短路電流Ik)很大；制動(dòng)電流較小，甚至為零。因此，工作點(diǎn)落在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，差動(dòng)繼電器動(dòng)作。

1.2 防范措施及注意事項(xiàng)

北元化工聚二分廠為了有效防止電纜故障引發(fā)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，要求電氣巡檢人員在巡視過程用測溫儀對(duì)電纜接頭進(jìn)行溫度測試，也在電纜接線終端頭上張貼了試溫試紙。

電纜溝和電纜線每月至少要巡查3次，并根據(jù)季節(jié)及實(shí)際情況增加巡查次數(shù)。每年按時(shí)對(duì)電纜進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不合格的電纜必須查明原因，堅(jiān)決不允許帶病運(yùn)行。電纜的運(yùn)行維護(hù)應(yīng)以電纜中間接頭和終端頭為重點(diǎn)，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)電纜溝、電纜支架和蓋板的維護(hù)。電纜溝道內(nèi)不允許有積水、雜物，否則應(yīng)限期整改。

2 變比不同引發(fā)裝置差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作

2.1 現(xiàn)象及原因分析

北元化工聚二分廠在更換高壓柜時(shí)，電流互感器變比發(fā)生了變化。由800∶5更換為1 000∶5。理論上IM、IN大小相等，方向相反，即IM+IN=0。IM/Im=二次匝數(shù)/一次匝數(shù)，所以只要兩側(cè)變比一致，系統(tǒng)無故障，那么二次電流就一致。

由于在更換高壓柜時(shí)IN側(cè)電流互感器變比發(fā)生了變化，導(dǎo)致IM+IN≠0，從而產(chǎn)生差流，引發(fā)差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作。

2.2 防范措施及注意事項(xiàng)

對(duì)于發(fā)生變化而引發(fā)差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作，查找比較快速、直觀。但是，在更換電流互感器時(shí)，應(yīng)盡可能同時(shí)換掉側(cè)電流互感器；且在更換時(shí)，將原電流互感器二次線標(biāo)識(shí)清楚；更換前，要保證電流互感器耐壓試驗(yàn)和特性試驗(yàn)正常，為差動(dòng)保護(hù)裝置的可靠性和穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。

3 線路故障引發(fā)裝置差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作

3.1 現(xiàn)象及原因分析

北元化工聚二分廠在更換高壓柜和電流互感器時(shí)，電流互感器極性發(fā)生了變化。電流互感器一次繞組標(biāo)注P1、P2，二次繞組標(biāo)注為S1、S2。P1和S1為同極性，同樣P2和S2也是同極性；反之，P1和S2及P2和S1就是反極性。當(dāng)電流I1從一次側(cè)P1端流進(jìn)后，二次側(cè)電流I2就會(huì)從S1端流出。電流互感器的二次繞組S1端與保護(hù)裝置的輸入端連接，S2與保護(hù)裝置的同相輸出端相連稱為正引出；而反引出的連接方式正好相反。這時(shí)接入保護(hù)裝置的兩個(gè)電流流入的方向就必須是一個(gè)流進(jìn)保護(hù)裝置，另一個(gè)流出保護(hù)裝置。如果電流互感器極性接反或者改變電流互感器安裝方向，則會(huì)引發(fā)差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作。

IM+IN=Id=2IM=2IN。

3.2 防范措施及注意事項(xiàng)

在實(shí)際的現(xiàn)場安裝接線過程中，北元化工聚二分廠的接線人員按照正引出的方式接線，高壓柜端子排和保護(hù)裝置必須保持一致，并將電流互感器S1、S2引到端子排，方便日常檢查維護(hù)和極性調(diào)整。電流互感器安裝方向嚴(yán)格按圖3進(jìn)行安裝。

圖3 輸電線路光纖差動(dòng)保護(hù)極性發(fā)生變化線路圖

4 線路相序發(fā)生變化引發(fā)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作

4.1 現(xiàn)象及原因分析

北元化工聚二分廠在更換配電柜時(shí)，由于電纜頭重新制作，相序有可能發(fā)生變化而導(dǎo)致保護(hù)裝置動(dòng)作。測相序最快速的辦法是將電纜A、電纜B和電纜C電源測分別對(duì)地核對(duì)(將AB、AC、BC再核對(duì)一遍)。須注意的是核對(duì)完必須標(biāo)識(shí)清楚。進(jìn)線電纜相序?qū)τ秒娫O(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行相當(dāng)致命，尤其是一些雙電源并列運(yùn)行的企業(yè)，相序發(fā)生變化對(duì)供電系統(tǒng)是致命的災(zāi)害。單電源運(yùn)行的企業(yè)，電源相序發(fā)生變化50%的概率會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備反相運(yùn)行，壓縮機(jī)等設(shè)備將受到嚴(yán)重?fù)p壞；同時(shí)，在正常情況下，保護(hù)裝置線路兩端電流方向相反、大小相等，相位角相差180°。一旦相位發(fā)生變化，IM和IN的大小、方向相位均發(fā)生了變化，導(dǎo)致差流保護(hù)裝置動(dòng)作。

4.2 防范措施及注意事項(xiàng)

針對(duì)上述北元化工聚二分廠明確的要求，每次進(jìn)線電纜送電后必須用核相儀核相，相關(guān)人員確認(rèn)后方可投入運(yùn)行；同時(shí)，變壓器進(jìn)出線電纜只要發(fā)生變化，操作人員仍然要記得核相。

5 線路感應(yīng)電流的影響引發(fā)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作

5.1 現(xiàn)象及原因分析

在電纜鋪設(shè)的途徑中，電纜橋架和電纜溝與多條電纜平行鋪設(shè)。在外部故障或線路空沖時(shí)，還會(huì)有大于50 Hz的高頻分量電容電流。所以，差動(dòng)保護(hù)電纜電流的瞬時(shí)值可能會(huì)很大，同樣運(yùn)行的電纜也對(duì)保護(hù)電纜產(chǎn)生感應(yīng)電流，極易造成保護(hù)誤動(dòng)作。

5.2 防范措施及注意事項(xiàng)

北元化工聚二分廠采取的主要防范措施就是提高啟動(dòng)電流的定值，躲開感應(yīng)電流影響，并單獨(dú)鋪設(shè)保護(hù)電纜，或采用屏蔽電纜減少感應(yīng)電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)裝置的影響。

6 采樣時(shí)間不一致引發(fā)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作

6.1 現(xiàn)象及原因分析

線路進(jìn)線端電流和出線端電流的采樣分別由兩套裝置完成。如果兩端裝置在不同時(shí)間段采樣，得到的兩端電流瞬時(shí)值就不相等，相量和也就不等于零，從而產(chǎn)生不平衡電流，造成保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

6.2 防范措施及注意事項(xiàng)

北元化工聚二分廠計(jì)劃對(duì)現(xiàn)有PSL646光纖電流差動(dòng)保護(hù)裝置更換為MLPR-630Hb成套保護(hù)裝置。該裝置具備原南自產(chǎn)品的全部功能，也是原保護(hù)裝置升級(jí)換代的最新型產(chǎn)品，與老裝置相比，新裝置功能更加完善、強(qiáng)大，運(yùn)算速度大幅提升，保護(hù)動(dòng)作精度提高，運(yùn)行更加穩(wěn)定，使用壽命是原裝置的2倍，并且實(shí)現(xiàn)了與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)高速通信，使運(yùn)行人員及時(shí)掌握兩條進(jìn)線在運(yùn)行中的相關(guān)數(shù)據(jù)，確保運(yùn)行系統(tǒng)的安全。

7 電流互感器斷線引發(fā)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作

7.1 現(xiàn)象及原因分析

輸電線路光纖差動(dòng)保護(hù)是依靠計(jì)算差流工作的。例如M側(cè)電流互感器斷線，那么差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流Id和制動(dòng)電流就都等于N側(cè)測得的負(fù)荷電流IN。由于制動(dòng)系數(shù)通常小于1，啟動(dòng)電流的值又較小，因此很容易造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

7.2 防范措施及注意事項(xiàng)

北元化工聚二分廠為了防止電流互感器斷線造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，投入電流互感器斷線告警，閉鎖跳閘。

8 結(jié)語

為了保證差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作可靠，整流操作人員檢修完電流互感器、綜保裝置、電纜后，保護(hù)裝置調(diào)試顯得尤為重要。調(diào)試前要檢查光纖的連接情況和光纖頭的清潔狀況，并將保護(hù)裝置TX和RX(光纖接收端和發(fā)射端)端口連接，查看裝置有無“通道異常報(bào)警”。無報(bào)警則用繼電保護(hù)儀向裝置模擬單相故障電流I，此時(shí)裝置得到的差動(dòng)電流I1d=2I。因此，通入故障電流時(shí)稍大于定值的一半即可。滿足動(dòng)作條件時(shí)，裝置動(dòng)作說明保護(hù)裝置完好。電流互感器一二次線路發(fā)生變化時(shí)，可以選擇先退出差動(dòng)保護(hù)，線路得電后觀察差流，然后逐漸增加負(fù)荷，看差流變化情況，如無明顯變化，可投入差動(dòng)保護(hù)；如在調(diào)試時(shí)，差流不平衡且數(shù)值較大，隨負(fù)荷增大逐漸增大時(shí)，短接電流保護(hù)端子，調(diào)整電流互感器二次極性。如上述問題仍得不到解決，則申請(qǐng)線路停電，須對(duì)電纜耐壓并對(duì)線路進(jìn)行核相檢查。除上述原因引發(fā)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作外，影響輸電線路光纖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的原因較多，如電容、電流等仍需操作人員在應(yīng)用的過程中不斷總結(jié)、不斷完善，也希望同行業(yè)提出寶貴意見。通過此次故障分析與查找，操作人員提高了業(yè)務(wù)技能；同時(shí)，要求操作人員認(rèn)真對(duì)待每一起故障，并認(rèn)真分析、積極改進(jìn)，逐漸完善供電系統(tǒng)的可靠性。