500 kV輸電線路光纖保護聯調探討

李凡紅，莊秋月

(四川省電力公司超(特)高壓運行檢修公司，四川 成都 610041)

0 前言

隨著“遠距離、大功率”的復雜電力網絡的形成，其安全穩定運行越來越重要。要使電力系統中的故障和不正常運行情況在最短的時間內得到控制，需要可靠的傳輸通道將兩側的繼電保護信號準確迅速地傳送。

光纖作為繼電保護的通道介質具有雷電電磁干擾小、對電場絕緣好、頻帶寬和衰耗低等優點，在繼電保護領域中得到了廣泛的應用［1］。由于它的用途在于傳輸并交換兩側的信息以供保護裝置判斷線路是否發生故障，其通道的好壞將直接決定保護裝置能否正確判斷并動作，因此在此類光纖保護裝置投產或首檢預試前繼電保護人員需要進行通道聯調試驗，以確保信號傳輸準確無誤。

1 光纖保護原理

光纖保護的基本原理是輸電線的縱聯保護借助光纖通道將線路兩端的保護裝置縱向連接起來，將各端的電氣量(電流、功率方向等)或指令(允許、閉鎖)傳送給對側，以供判斷故障發生范圍，從而決定是否跳閘。現在其主流分為光纖差動保護和光纖距離保護兩大類。

光纖差動保護的原理是利用光纖通道將本側電流的波形或代表電流相位的數字信號以光纖為介質傳送到對側。兩側的保護裝置根據對本側和對側的電流幅值及相位的信息進行處理和比對，將其比較的結果通過程序計算線路三相電流的變化來判斷三相電流的向量和是否為零，并以此為依據來區分是區內還是區外故障，從而確定保護裝置是否動作［2］。

光纖距離保護是在高頻縱聯距離保護的基礎上演化而來，利用距離保護的啟動元件和距離方向元件控制發出高頻信號來決定兩側保護是否動作，以穩定可靠的光纖通道代替高頻通道，從而提高保護動作的可靠性。其主要分為允許式和閉鎖式，由于其不受負荷電流的影響，不受線路分布電容電流的影響，不受兩端TA特性是否一致的影響等優點，因此在超高壓電網中逐步代替高頻保護并得到了廣泛應用。目前四川電網使用最多的是允許式光纖距離保護，在發生故障時利用距離元件和零序方向、電流元件動作，向對側發允許跳閘信號，保證兩側快速跳閘。

上述的光纖保護均能使保護無延時地切除被保護線路任一點的故障，將故障點進行有效隔離。

目前，四川超(特)高壓電網的線路主保護為光纖保護，現場調試中發現:對于光纖保護而言，由于其通道連接“廠－站”或“站－站”的兩側，其聯調的試驗直接決定著保護的正確動作與否，因此有必要對其采取行之有效的試驗策略以保證通道的完好性及保護動作邏輯的正確性。

2 實例的配置

鑒于上述的情況，以四川超(特)高壓電網中的500 kV線路聯調為例來詳細介紹保護裝置的常見配置，并提出一種通用的聯調策略。

根據文獻［3］規定:220 kV及以上電壓等級線路保護應雙重化配置，因此四川電網的500 kV線路保護采用雙重獨立配置，其常見的詳細配置如表1所示。

其中，WXH－803A、RCS－931E和CSC－103B是采用光纖電流差動保護全線速動主保護，而 CSC－101B采用光纖縱聯距離保護為主保護。

以上只是列舉了4種較為常見的配置，針對不同的變電站的設計要求和考慮，其配置的保護裝置可能會不盡相同，但其一定遵守“保護雙重化配置”的原則，并且分析思路殊途同歸，故以配置1為例來介紹。

3 聯調方案

聯調是在對保護裝置自身調試校驗完的基礎上進行的，為突出重點，這里只是針對聯調方案進行闡釋。其步驟可分為如下4部分。

表1 500 kV線路實例配置細表

(1)設置好兩側的通道以確保兩側的信息可以正常交換。其設置內容主要有以下2點。

①正確接入“光收”和“光發”的光纖;

②設置好本側、對側的縱聯碼以保證彼此匹配;

(2)進行本側、對側的交流采樣。其注意事項如下。

①檢查兩側的采樣是否滿足規程要求:交流電流和交流電壓的幅值誤差均應小于±5%;

②若兩側的TV變比不一樣時，要以某側為基準換算成統一的標準來比較:可根據整定的 TA變比調整系數，使兩側的二次電流一致;

③對于有些保護裝置，其差流顯示需要投其“光纖差動保護”保護硬壓板才能實現，否則采不到相應的值。

(3)模擬相應的故障類型來驗證其動作邏輯的正確性。其具體細則見表2所示。

表2是針對本側的試驗內容，對側的調試反之亦然。對于表中的說明1進行如下的解釋:對于南瑞線路保護(RCS－931E)而言，對側的全電壓將閉鎖兩側的差動;對于許繼線路保護(WXH－803A/G)而言，對側的全電壓將不會閉鎖兩側的差動;對于四方線路保護(CSC－101B)而言，對側的全電壓將會閉鎖對側的差動而不閉鎖本側的差動，主要作用是反映單相高阻接地故障。

表2 模擬故障類型細則表

從上面的解釋可以看出:對于不同的線路保護裝置，其全電壓對差動的影響將有所不同，因此要針對不同的保護調試來具體分析以確保調試的正確性和快速性。

(4)整組傳動試驗:由于第3步驟調試只是針對保護裝置的動作邏輯進行了校驗，不能確保保護出口能否正確跳閘，鑒于此需帶兩側各自的開關進行傳動試驗以確保整組的動作正確性和回路的完好性。

其整組傳動試驗的內容與上述實驗步驟相同，為減少對開關在同一時間的多次沖擊，可適當減少試驗內容，只選取單瞬故障和啟動遠跳各一種進行即可。

③線路存在一端(對側)出現線路過電壓、電抗器內部短路和斷路器失靈等故障，因此設置過電壓啟動遠跳，由另一端(本端)遠跳保護根據收信邏輯和相應的就地判據出口跳開本端斷路器［4］。

三者以“或”的邏輯來決定是否發送“遠傳”指令。其動作邏輯如圖1所示。

4 所遇到問題及相應解決措施

4.1 啟動遠跳回路的方式

對于500 kV線路而言，其啟動遠跳回路的方式主要為以下3類。

①其傳輸距離較遠，為防止線路的“容升效應”出現過電壓，一般會在線路的一側安裝并聯電抗器的措施來抑制。因此，高壓電抗器的電量保護或非電量保護動作后均可啟動遠跳回路;

②其為3/2主接線方式，因此邊開關和中開關的失靈保護動作可啟動遠跳回路;

圖1 啟動遠跳回路簡圖

保護裝置發出的“遠傳”指令通過“專用光纖”方式或“復用通道”方式傳輸給對側，對側收到“遠傳”指令后，結合“就地判據”(前提是該功能投入)綜合考慮來決定是否動作來跳開該側的開關。

4.2 “光纖自環”模式

在實際調試中，兩側的調試進度不同會造成調試內容不同，無法實時真實模擬“本－對側”的遠方跳閘動作邏輯;加之在調試各側保護裝置動作邏輯時沒有必要與對側聯調。為了互不影響兩側的調試以及試驗中的聯調可能導致對側的開關跳閘傷及檢修人員，因此選擇“光纖自環”模式來模擬。其動作機理如圖2所示。

圖2 光纖自環模式簡圖

在實際調試過電壓啟動遠跳試驗的過程中，會經常出現如下的問題。

①RCS－931E裝置的“遠傳”信號未開入;

②利用本側自環進行整組傳動時，開關未動作。解決措施如下。

①檢查光耦是否完好，利用短接“遠傳”接點的方法觀察裝置內部開入是否變位:若變位則說明其完好，否則其損壞;

②檢查過電壓保護裝置是否正常動作，通過調試儀加量、萬用表來測試相應的輸出接點的對地電位，觀察電位的變化:若電位為正則表明其動作接點完好，否則其損壞;

③檢查其硬壓板YB1、YB2和相應控制字是否投入，通過查看裝置的開入量和定值單的控制字;

④檢查過電壓保護裝置“遠跳經跳位閉鎖”控制字投入情況:若投入則遠跳令需要在滿足本側開關跳開且三相無電流的條件下才啟動遠方跳閘裝置，反之則直接啟動。

⑤若上述方式都不能解決，則采用測通斷的方法來檢查其二次回路，需要注意的是所測試的二次回路不帶電。

4.3 兩側通道異常

文獻［3］規定:線路縱聯保護通道(含光纖、微波、載波等通道及加工設備和供電電源等)、遠方跳閘及就地判別裝置應遵循相互獨立的原則按雙重化進行配置。四川500 kV電網的線路保護都遵從此原則，所以調試過程中應對其獨立性進行檢查驗證。

在整組調試的過程中，出現兩側的誤碼率高、失步次數大等通道異常現象。現場經驗判定其原因主要為連接兩側的光纖接口處存在接觸不良或污染、光纖部分損壞。

解決方法:采用分段自環法來查找故障，即以相應的接口自環，并在裝置內部設置成相同的縱聯碼(即“自環”模式)來進行。

①將本側保護裝置后的尾纖接入處自環，通過裝置觀察其通道異常是否消失:若是則為裝置內部故障;

②將本側通信小室的配線架上的尾纖接入處自環，通過裝置觀察其通道異常是否消失:若是則為保護小室至通信小室的光纖存在損壞;

③將對側通信小室的配線架上的尾纖接入處自環，通過裝置觀察其通道異常是否消失:若是則為兩側通信小室之間的光纖存在損壞;

④同樣的道理可以測試對側的光纖通道是否正常。

5 結論

對于220 kV及以上電壓等級的線路投運前以及首檢預試及年檢預試中，為保證保護能正確動作，聯調工作一定要做到準確無誤，其好壞直接決定線路發生故障時能否快速切除，因此聯調不容忽視。為此，通過對四川超(特)高壓電網的500 kV線路為例，系統介紹了常用的線路保護裝置配置以及一種現場易于操作的聯調方法以供保護同行參考，并對聯調過程中出現的問題提出了相應的解決措施，總結并提出了相應的現場操作經驗和技術以便于今后的檢修工作。

［1］布文哲，董海山，婁華薇.輸電線路光纖保護技術的應用及問題分析［J］.河北電力技術，2007，26(3):35－38.

［2］朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術［M］.北京:中國電力出版社，1995.

［3］國家電力調度通信中心.《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》(試行)繼電保護專業重點實施要求［S］.2005.

［4］許繼電氣股份有限公司.WGQ－871A微機故障啟動裝置技術說明書［R］.2008.