線路零序電流差動(dòng)保護(hù)調(diào)試方法分析

吳玉鵬，張樂安，邱立偉，冒 杰

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 引言

近年來，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，作為線路主保護(hù)之一的光纖電流差動(dòng)保護(hù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。光纖電流差動(dòng)保護(hù)原理簡單、靈敏度高，具有不受系統(tǒng)振蕩、線路串補(bǔ)電容、平行互感、系統(tǒng)非全相運(yùn)行、單側(cè)電源運(yùn)行方式等影響的特點(diǎn)，動(dòng)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(zhǔn)確分辨區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障，具有其他縱聯(lián)保護(hù)不可比擬的優(yōu)勢。

光纖電流差動(dòng)保護(hù)包括分相電流差動(dòng)保護(hù)和零序電流差動(dòng)保護(hù)。在保護(hù)驗(yàn)收和日常預(yù)防性維修時(shí)，需對光纖電流差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行調(diào)試，而其中零序電流差動(dòng)保護(hù)是調(diào)試項(xiàng)目中難度系數(shù)最高的部分。本文以南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的PCS-931GM(M)超高壓線路成套保護(hù)裝置為例，介紹零序電流差動(dòng)保護(hù)的單體調(diào)試方法和保護(hù)聯(lián)調(diào)的步驟。

1 零序電流差動(dòng)保護(hù)原理

對電流差動(dòng)保護(hù)而言，負(fù)荷電流是穿越性電流，是制動(dòng)電流，不產(chǎn)生動(dòng)作電流；經(jīng)高電阻接地后，其短路電流很小，因此動(dòng)作電流很小。在重負(fù)荷情況下，線路內(nèi)部發(fā)生經(jīng)高阻接地故障，制動(dòng)電流很大，但動(dòng)作電流不大，此種情況下的穩(wěn)態(tài)量差動(dòng)保護(hù)靈敏度可能不足，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)。

對零序差動(dòng)保護(hù)而言，其不反應(yīng)負(fù)荷電流，所以無負(fù)荷電流產(chǎn)生的制動(dòng)作用，受過渡電阻影響較小。此種情況下的零序差動(dòng)保護(hù)靈敏度較高，通過低比率制動(dòng)系數(shù)的穩(wěn)態(tài)差動(dòng)元件選相和零序電流差動(dòng)元件構(gòu)成零序差動(dòng)保護(hù)，經(jīng)40 ms延時(shí)動(dòng)作。其動(dòng)作方程為

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

在探討零序電流差動(dòng)保護(hù)調(diào)試方法前，有必要先介紹穩(wěn)態(tài)相電流差動(dòng)繼電器的動(dòng)作方程。

(1) 穩(wěn)態(tài)I段相電流差動(dòng)保護(hù)，其動(dòng)作方程為

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

(2) 穩(wěn)態(tài)Ⅱ段相電流差動(dòng)保護(hù)經(jīng)25 ms延時(shí)動(dòng)作，其動(dòng)作方程為

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

2 保護(hù)單體調(diào)試方法和步驟分析

2.1 零序電流差動(dòng)保護(hù)的調(diào)試方法

校驗(yàn)零序電流差動(dòng)保護(hù)，即模擬高阻接地故障，讓電氣量滿足零序電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)，又不能使穩(wěn)態(tài)相電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。不同保護(hù)動(dòng)作情況下的動(dòng)作門檻值如表1所示。

若采用“差動(dòng)電流定值”作為動(dòng)作門檻值，零序電流差動(dòng)和穩(wěn)態(tài)Ⅱ段相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作區(qū)域完全重疊，將無法區(qū)分保護(hù)動(dòng)作情況；若增大測試電流，穩(wěn)態(tài)I段相差動(dòng)保護(hù)也會(huì)動(dòng)作，更無法區(qū)分保護(hù)動(dòng)作情況。PCS-931GM(M)超高壓線路成套保護(hù)裝置無法通過修改運(yùn)行方式控制字或修改定值來閉鎖穩(wěn)態(tài)相電流差動(dòng)保護(hù)。經(jīng)推敲，在調(diào)試過程中可通過繼保測試儀加入電容電流，使得“1.25倍實(shí)測電容電流”成為零序電流差動(dòng)的動(dòng)作門檻值，則電容電流IC應(yīng)滿足：1.25IC＞IZD(差動(dòng)電流)，即IC＞0.8IZD。

以某500 kV開關(guān)站某條線路為例，其主保護(hù)采用PCS-931GM(M)超高壓線路成套保護(hù)裝置。差動(dòng)電流定值IZD=0.42 A，線路正序容抗定值XC1=1 872 ?，電容電流補(bǔ)償不投入。據(jù)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(dòng)電流定值”，IH，IM的取值與這2個(gè)數(shù)值無關(guān)。根據(jù)電容電流關(guān)系式：1.25IC＞IZD，IC＞0.336 A，則4倍實(shí)測電容電流必然大于1.5倍“差動(dòng)電流定值”，1.5倍實(shí)測電容電流也必然大于“差動(dòng)電流定值”。所以，此時(shí)穩(wěn)態(tài)I段相差動(dòng)動(dòng)作門檻值為“4倍實(shí)測電容電流”，穩(wěn)態(tài)Ⅱ段相差動(dòng)動(dòng)作門檻值為“1.5倍實(shí)測電容電流”，均大于零序電流差動(dòng)動(dòng)作門檻“1.25倍實(shí)測電容電流”，這就成功避免零序電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)穩(wěn)態(tài)I，Ⅱ段相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

2.2 零序電流差動(dòng)保護(hù)的調(diào)試步驟

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

(2) 模擬故障前狀態(tài)。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(dòng)保護(hù)試驗(yàn)時(shí)穩(wěn)態(tài)相電流差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作，持續(xù)15 s，避開手合故障。因?yàn)檫@是自環(huán)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(shí)狀態(tài)。加任一故障相電流IK，其余兩相電流為0，以同時(shí)滿足啟動(dòng)條件和選相條件，持續(xù)100 ms。故障電流應(yīng)滿足：IK=0.5×m×IC×1.25。m=0.95時(shí)，差動(dòng)不動(dòng)作；m=1.05時(shí)，差動(dòng)保護(hù)選相動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間約50 ms。從動(dòng)作時(shí)間可判別為零序電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

3 縱聯(lián)保護(hù)功能聯(lián)調(diào)

保護(hù)功能聯(lián)調(diào)前，首先檢查光纖頭的清潔度。將保護(hù)使用的光纖通道可靠連接，保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置恢復(fù)正常。通道調(diào)試完成后，確保裝置上“縱聯(lián)通道異常燈”未亮，“縱聯(lián)通道異常”未出現(xiàn)告警。

3.1 模擬線路空充或空載時(shí)故障

差動(dòng)保護(hù)壓板投入，模擬一側(cè)開關(guān)合位，另一側(cè)開關(guān)分位。開關(guān)合位側(cè)模擬線路發(fā)生高阻接地故障，開關(guān)分位側(cè)保護(hù)將通過“跳位起動(dòng)”方式，向開關(guān)合位側(cè)發(fā)“差動(dòng)允許”信號。開關(guān)合位側(cè)零序電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口，開關(guān)分位側(cè)保護(hù)不動(dòng)作。

3.2 模擬弱饋功能

差動(dòng)保護(hù)壓板投入，模擬兩側(cè)開關(guān)均在合閘位置。一側(cè)模擬弱饋(弱電源側(cè))，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(cè)模擬線路發(fā)生高阻接地故障，弱饋側(cè)保護(hù)通過“低電壓”啟動(dòng)元件向另一側(cè)發(fā)“差動(dòng)允許”信號。兩側(cè)零序電流差動(dòng)保護(hù)均動(dòng)作出口。

表1 不同保護(hù)動(dòng)作情況下的動(dòng)作門檻值

4 結(jié)束語

通過分析PCS-931GM(M)超高壓線路保護(hù)裝置的零序電流比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)判據(jù)，探討零序電流差動(dòng)保護(hù)的單體調(diào)試方法以及保護(hù)聯(lián)調(diào)的步驟，為現(xiàn)場調(diào)試人員提供了參考依據(jù)。

1 DL/T995—2006，繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全自動(dòng)化裝置檢驗(yàn)規(guī)程[S]．北京：中國電力出版社，2006．

2 夏建礦．關(guān)于輸電線路光纖電流差動(dòng)保護(hù)的若干問題討論[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(10)：141-144．