線路零序電流差動保護調試方法分析

吳玉鵬，張樂安，邱立偉，冒 杰

（中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 引言

近年來，隨著通信技術的發展，作為線路主保護之一的光纖電流差動保護得到了越來越廣泛的應用。光纖電流差動保護原理簡單、靈敏度高，具有不受系統振蕩、線路串補電容、平行互感、系統非全相運行、單側電源運行方式等影響的特點，動作速度快、選擇性好，能可靠反映線路上各種類型故障，并且具備天然的選相能力，可準確分辨區內、區外故障，具有其他縱聯保護不可比擬的優勢。

光纖電流差動保護包括分相電流差動保護和零序電流差動保護。在保護驗收和日常預防性維修時，需對光纖電流差動保護進行調試，而其中零序電流差動保護是調試項目中難度系數最高的部分。本文以南瑞繼保電氣有限公司生產的PCS-931GM(M)超高壓線路成套保護裝置為例，介紹零序電流差動保護的單體調試方法和保護聯調的步驟。

1 零序電流差動保護原理

對電流差動保護而言，負荷電流是穿越性電流，是制動電流，不產生動作電流；經高電阻接地后，其短路電流很小，因此動作電流很小。在重負荷情況下，線路內部發生經高阻接地故障，制動電流很大，但動作電流不大，此種情況下的穩態量差動保護靈敏度可能不足，會導致保護拒動。

對零序差動保護而言，其不反應負荷電流，所以無負荷電流產生的制動作用，受過渡電阻影響較小。此種情況下的零序差動保護靈敏度較高，通過低比率制動系數的穩態差動元件選相和零序電流差動元件構成零序差動保護，經40 ms延時動作。其動作方程為

式 中：Φ=A，B，C；ICD0為 零 序 差 動 電流，ICD0=│iM0+iN0│為兩側零序電流矢量和的幅值；IR0為零序制動電流，IR0=│iM0-iN0│為兩側零序電流矢量差的幅值；ICDΦ為相電流差動電流，ICDΦ=│iMΦ+iNΦ│為兩側相電流矢量和的幅值；IRΦ為相制動電流，IRΦ=│iMΦ-iNΦ│即為兩側相電流矢量差的幅值；無論是否投入電容電流補償，IL均為“差動電流定值”(整定值)和1.25倍實測電容電流的較大值。

在探討零序電流差動保護調試方法前，有必要先介紹穩態相電流差動繼電器的動作方程。

(1) 穩態I段相電流差動保護，其動作方程為

式中：Φ=A，B，C；當投入電容電流補償時，IH為1.5倍“差動電流定值”(整定值)和4倍實測電容電流的較大值；當不投入電容電流補償時，IH為1.5倍“差動電流定值”(整定值)、4倍實測電容電流和1.5UN/XC1的較大值(UN為二次側額定相電壓，XC1為線路正序容抗定值)。

(2) 穩態Ⅱ段相電流差動保護經25 ms延時動作，其動作方程為

式中：Φ=A，B，C；當投入電容電流補償時，IM為“差動電流定值”(整定值)和1.5倍實測電容電流的較大值；當不投入電容電流補償時，IM為“差動電流定值”(整定值)、1.5倍實測電容電流和1.25UN/XC1的較大值。

2 保護單體調試方法和步驟分析

2.1 零序電流差動保護的調試方法

校驗零序電流差動保護，即模擬高阻接地故障，讓電氣量滿足零序電流差動保護的動作判據，又不能使穩態相電流差動保護動作。不同保護動作情況下的動作門檻值如表1所示。

若采用“差動電流定值”作為動作門檻值，零序電流差動和穩態Ⅱ段相差動保護動作區域完全重疊，將無法區分保護動作情況；若增大測試電流，穩態I段相差動保護也會動作，更無法區分保護動作情況。PCS-931GM(M)超高壓線路成套保護裝置無法通過修改運行方式控制字或修改定值來閉鎖穩態相電流差動保護。經推敲，在調試過程中可通過繼保測試儀加入電容電流，使得“1.25倍實測電容電流”成為零序電流差動的動作門檻值，則電容電流IC應滿足：1.25IC＞IZD(差動電流)，即IC＞0.8IZD。

以某500 kV開關站某條線路為例，其主保護采用PCS-931GM(M)超高壓線路成套保護裝置。差動電流定值IZD=0.42 A，線路正序容抗定值XC1=1 872 ?，電容電流補償不投入。據定值可知：1.5UN/XC1=0.046，1.25UN/XC1=0.039。由于1.5UN/XC1，1.25UN/XC1值較小，均小于“差動電流定值”，IH，IM的取值與這2個數值無關。根據電容電流關系式：1.25IC＞IZD，IC＞0.336 A，則4倍實測電容電流必然大于1.5倍“差動電流定值”，1.5倍實測電容電流也必然大于“差動電流定值”。所以，此時穩態I段相差動動作門檻值為“4倍實測電容電流”，穩態Ⅱ段相差動動作門檻值為“1.5倍實測電容電流”，均大于零序電流差動動作門檻“1.25倍實測電容電流”，這就成功避免零序電流差動保護動作時穩態I，Ⅱ段相差動保護動作。

2.2 零序電流差動保護的調試步驟

(1) 將保護用尾纖短接，“本側識別碼”和“對側識別碼”整定為相同，構成自發自收方式；斷路器跳閘位置不接入。

(2) 模擬故障前狀態。加三相額定電壓和三相對稱容性電流(電流超前電壓90°），以保證零序差動保護試驗時穩態相電流差動保護不動作，持續15 s，避開手合故障。因為這是自環模式，測試儀所加電流是裝置測量電流的0.5倍，即測試儀加入電容電流0.5IC。

(3) 模擬故障時狀態。加任一故障相電流IK，其余兩相電流為0，以同時滿足啟動條件和選相條件，持續100 ms。故障電流應滿足：IK=0.5×m×IC×1.25。m=0.95時，差動不動作；m=1.05時，差動保護選相動作，動作時間約50 ms。從動作時間可判別為零序電流差動保護動作。

3 縱聯保護功能聯調

保護功能聯調前，首先檢查光纖頭的清潔度。將保護使用的光纖通道可靠連接，保護裝置參數設置恢復正常。通道調試完成后，確保裝置上“縱聯通道異常燈”未亮，“縱聯通道異常”未出現告警。

3.1 模擬線路空充或空載時故障

差動保護壓板投入，模擬一側開關合位，另一側開關分位。開關合位側模擬線路發生高阻接地故障，開關分位側保護將通過“跳位起動”方式，向開關合位側發“差動允許”信號。開關合位側零序電流差動保護動作出口，開關分位側保護不動作。

3.2 模擬弱饋功能

差動保護壓板投入，模擬兩側開關均在合閘位置。一側模擬弱饋(弱電源側)，加三相正序電壓34 V(小于65 %Un，大于PT斷線告警電壓33 V)；另一側模擬線路發生高阻接地故障，弱饋側保護通過“低電壓”啟動元件向另一側發“差動允許”信號。兩側零序電流差動保護均動作出口。

表1 不同保護動作情況下的動作門檻值

4 結束語

通過分析PCS-931GM(M)超高壓線路保護裝置的零序電流比率制動差動保護判據，探討零序電流差動保護的單體調試方法以及保護聯調的步驟，為現場調試人員提供了參考依據。

1 DL/T995—2006，繼電保護和電網安全自動化裝置檢驗規程[S]．北京：中國電力出版社，2006．

2 夏建礦．關于輸電線路光纖電流差動保護的若干問題討論[J]．電力系統保護與控制，2010，38(10)：141-144．