基于繼電保護的光纖差動保護討論概述

王煒林 何煒

摘 要：繼電保護是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的第一道防線，其快速、可靠地動作可以有效切除故障，保障電網(wǎng)安全可靠運行；反之，可能加速系統(tǒng)崩潰，導致連鎖故障甚至大停電的發(fā)生。目前電力系統(tǒng)內(nèi)的電網(wǎng)規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復雜，間接的使輸電線路的保護配置的差動保護越為復雜化。目前，繼電保護定值主要由離線整定得出。實際電網(wǎng)運行方式是不斷變化的，可能會出現(xiàn)離線整定時未考慮到苛刻運行方式，如何對差動保護進行定位以符合實際情況，目前仍有許多待以解決的問題。

關鍵詞：繼電保護；差動保護；調(diào)試；概述

中圖分類號：TM77 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0066-02

Abstract： Relay protection is the first line of defense for the safe and stable operation of the power grid. Its fast and reliable operation can effectively remove faults and ensure safe and reliable operation of the power grid. On the contrary， it may accelerate the collapse of the system， leading to cascading failures and even the occurrence of blackouts. At present， the scale of power grid in power system is getting larger and larger， and the structure is more and more complex， which makes the differential protection of transmission line protection configuration more complicated. At present， the setting value of relay protection is mainly obtained by off-line setting. The actual operation mode of power grid is constantly changing， so there may be problems such as off-line timing does not take into account the harsh operation mode. As to how to locate differential protection in line with the actual situation， there are still many problems to be solved.

Keywords： relay protection； differential protection； debugging； overview

引言

隨著對電力負荷的需求越來越大，對電網(wǎng)保護的要求越來越高，特別對其可靠性的要求越來越苛刻，通過閱讀大量的文獻，可以發(fā)現(xiàn)在1984年到1999年的16年間，超過70%的停電事故與保護系統(tǒng)的故障有關。所謂的故障指的是繼電保護系統(tǒng)中的一種持久性缺陷，在正常情況下，該缺陷不被暴露和發(fā)現(xiàn)，但當系統(tǒng)發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時會被觸發(fā)，其直接后果是引起繼電保護不正確動作和不合時宜地切除回路元件。因此，研究保護故障，分析減少故障的方法對提高保護裝置的運行可靠性，尋找保護系統(tǒng)和電網(wǎng)運行的薄弱環(huán)節(jié)有重要意義。

1 基于不合理保護定值的故障模式

元件主保護的定值整定規(guī)則相對簡單，保護間的配合較少，定值不易出現(xiàn)不合理的情況。定值不合理主要集中在后備保護定值上，以超高壓電網(wǎng)應用最廣泛的后備保護距離保護為例進行說明。距離保護I段定值不合理主要反映在一些特殊方式下I段定值出現(xiàn)超越的情況，即I段定值保護范圍伸入到下級線路出口處。II段定值不合理性包括選擇性不滿足和靈敏度不滿足兩種情況：選擇性不滿足與II段定值和相鄰線路間的配合有關；靈敏度不滿足則與II段定值保護本線路末端故障的能力有關。III段定值通常作為下級線路的遠后備，由于其動作時間長，因此選擇性的問題基本不存在。III段定值不合理的情況集中于定值躲負荷能力不滿足，反映在躲負荷可靠系數(shù)不滿足整定規(guī)程限制的最小值。有作者研究以四邊形特性的距離保護為例，結(jié)合負荷阻抗特性計算躲負荷可靠系數(shù)，并在實際算例中給出了可靠系數(shù)不滿足的情況。此外，除了可靠系數(shù)外，實際分析通常將III段定值不合理與線路潮流的大小聯(lián)系起來，即線路潮流越大，III段定值越容易出現(xiàn)不合理從而導致保護裝置誤動作。

2 故障診斷解析模型

可由保護和斷路器的動作狀況解析式建立復雜保護配置下的電網(wǎng)故障診斷解析模型。因此，將相關的保護動作狀態(tài)解析式和斷路器的跳閘狀態(tài)解析式進行聯(lián)立，電網(wǎng)故障診斷的完全解析模型可表達成：

上述模型從兩個方面對邏輯進行了解析：（1）保護與斷路器的動作原理解析；（2）保護與斷路器的動作狀況解析。顯然在解析模型中，保護動作狀態(tài)（R）、斷路器動作狀態(tài)（C）、保護動作拒動（DR）、斷路器拒動（DC）、保護動作誤動（MR）和斷路器誤動（MC）都通過規(guī)則解析（fr，fc）進行了充分耦合。有這種耦合關系，能幫助完全解析模型有效的提高電網(wǎng)故障診斷的容錯能力。通過與相關文獻的模型進行對比后可以看出，兩種模型的主要差異體現(xiàn)在解析保護動作規(guī)則，即fr的表達上。文獻曾對保護動作規(guī)則只適應于電網(wǎng)元件在簡單保護配置情況下，對電網(wǎng)元件主保護、近后備保護和遠后備保護的動作規(guī)則解析，而考慮復雜保護配置下的保護動作規(guī)則解析則應該考慮了并列多個保護的情況。二者關系為：前者是后者的特例，而后者是前者的泛化，后者更適用于實際電網(wǎng)的保護配置情況。

3 光纖通道模式分類

保護裝置可以采用“專用光纖”和“復用通道”，完成數(shù)據(jù)的發(fā)收，在纖芯數(shù)量和傳輸距離允許范圍內(nèi)，優(yōu)先采用“專用光纖”，當功率不滿足時，可以采用“復用通道”。

（1）專用光纖通道。專用光纖方式，保護信號沒有經(jīng)過轉(zhuǎn)換，傳輸過程相對直接。專用光纖通道結(jié)構(gòu)簡圖相對比較簡單，此處省略。

（2）復用光纖通道。復用光纖方式，保護裝置通過電信號和專用光纖接口裝置在保護室連接，從保護室通過光纖和通信室的數(shù)字復接接口連接，再上復用設備，經(jīng)復用設備上光纖通道和對側(cè)相連。

4 裝置調(diào)試

保護裝置的調(diào)試分為自環(huán)和聯(lián)調(diào)兩種模式，自環(huán)主要用于春檢預試時，對端設備不停運，聯(lián)調(diào)常用于新設備投運驗收，兩端設備均停運。以220kV**站柏團線為例，具體可見圖1。

4.1 自環(huán)檢驗

通電前用尾纖將保護的光發(fā)與光收短接，接成自環(huán)方式。裝置“運行”燈應亮，“通道異?！睙魬涣?。將本側(cè)與對側(cè)通道縱聯(lián)碼設為相同值。

（1）縱差高定值保護（差動保護I段）檢驗

模擬線路故障，通入故障電路m*0.5*IMAX1（IMAX1為“差動電流高定值”）。m=0.95時差動保護I段不動作，m=1.05時差動保護I段動作。

（2）縱差低定值（差動保護II段）檢驗

模擬對稱和不對稱故障，通入故障電路m*0.5*（IMAX2）（IMAX2為“差動電流低定值”）。m=0.95時差動保護II段不動作，m=1.05時差動保護II段動作。

（3）TA斷線功能試驗：

a.“TA斷線閉鎖差動”控制字為“0”時：

模擬TA斷線，加正常對稱電壓10秒。

模擬單相故障，故障電流大于差動高定值，但小于TA斷線差流定值，差動保護不動作。模擬單相故障，故障電流大于TA斷線差流定值，差動保護動作。

b.“TA斷線閉鎖差動”控制字整定為“1”時，重復上述試驗，差動保護均不動作。

4.2 聯(lián)調(diào)試驗

接好光纜，兩側(cè)裝置運行燈亮，無任何異常信號。兩側(cè)的差動保護投入壓板均投入。

（1）電流幅值檢查

若兩側(cè)保護裝置的“TA變比系數(shù)”定值為1，在對側(cè)分別通三相對稱電流In，在本側(cè)保護狀態(tài)→DSP采樣中，查看對側(cè)三相電流Iar、Ibr、Icr以及差動電流Icda、Icdb、Icdc應該為In。誤差應小于5%。

若“TA變比系數(shù)”定值不全為1，對側(cè)的三相電流和差動電流還要進行折算，設定M側(cè)的“TA變比系數(shù)”為Km，二次額定電流為INm，N側(cè)的“TA變比系數(shù)”為Kn，二次額定電流為INn，如果在M側(cè)加入電流Im，則N側(cè)顯示對側(cè)電流為Im*INn/（INm*Kn），如果在N側(cè)加入電流In，則M側(cè)顯示對側(cè)電流為In*INm/（INn*Km）。

（2）線路空載時故障模擬試驗

M側(cè)斷路器合、N側(cè)斷路器分，N側(cè)TWJ動作開放對側(cè)差動保護，M側(cè)加入模擬故障電流，故障電流大于差動保護定值，M側(cè)保護動作，保護可以跳閘，N側(cè)保護不動作。

（3）遠跳試驗

M側(cè)開關在合閘位置，當“遠跳受本側(cè)控制”=0時，在N側(cè)使保護裝置有遠跳開入，跳閘報告顯示M側(cè)能夠遠方跳閘。當“遠跳受本側(cè)控制”=1時，開入顯示“收遠跳”=1，但M側(cè)不跳，必須在M側(cè)使裝置啟動，M側(cè)保護才能遠方跳閘。

（4）帶開關動作，將對應出口壓板和重合閘壓板投入，采用保護邏輯判斷出口動作正確與否。以上試驗應該互換對側(cè)，進行試驗。

5 結(jié)束語

電網(wǎng)故障診斷技術對快速處理事故和系統(tǒng)恢復、確保電網(wǎng)運行的平穩(wěn)安全有著重要的作用。然而，單一保護配置下的電網(wǎng)故障診斷解析模型在解析電網(wǎng)保護規(guī)則時只考慮了元件的單個主、備保護，電網(wǎng)的保護配置相對簡單。針對電力故障診斷，如差動保護還有更長的路徑要走。

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