一種快速便捷的電流差動保護試驗方法

田國華

摘 要：光纖差動保護由于其原理簡單可靠已經成為超高壓線路主保護的首選。針對傳統調試流程復雜、設備要求高等缺點，本文提出了一種新型變電所光纖差動保護聯調試驗方法，直接通過一次環網電纜加載電流，利用對側的高壓柜接地刀閘合位，形成高壓電纜三項短接構成回路，然后使用普通繼電保護測試儀在本側某一段動力變壓器或整流變壓器的高壓電纜加載模擬電流，就能完成光纖差動保護的功能聯調試驗和保護定值校驗。此方法已在武漢市軌道交通3號線工程中實際應用，大幅度簡化了調試流程，提高了調試效率。

關鍵詞：光纖差動；簡化流程；提高效率

1 前言

隨著高壓電網和城市軌道交通電網的快速發展，變電所自動化技術向更高層次推進，光纖差動保護由于其原理簡單可靠而成為超高壓線路主保護的首選。目前，武漢市軌道交通供電系統有110kV輸電線路、35kV線路和10kV線路，其主保護主要采用MiCOM P521光纖電流差動保護裝置。

目前，武漢市軌道交通規劃由12條線路組成，2021年規劃的線路將會增加到14條。現已投入運營1號線、2號線和4號線，并有8條線路正在施工建設。武漢地鐵按照市委規劃每年必須開通一條地鐵線路，因此，如何簡單、快速有效地完成光纖差動保護裝置功能校驗工作，成了當今重點研究的問題。

2 光纖差動保護原理分析及常規校驗方法

光纖電流差動保護借助于線路光纖通道，實時地向對側傳遞采樣數據，同時接收對側的采樣數據，兩側保護利用本地和對側電流數據按相進行差動電流計算。根據電流差動保護的制動特性方程進行判別，判為區內故障時動作跳閘，判為區外故障時保護不動作。

通過了解光纖差動裝置保護原理以及高壓柜類型，常規的校驗方法有以下兩種：

（1）利用本所高壓環網柜電流互感器二次端子側或一次電纜側分別加載模擬電流進行校驗。通過1臺綜合繼保測試儀可以完成本所高壓環網柜的P521功能校驗（利用本所1面進線柜和1面出線柜組成一組環網柜，把兩臺P521光纖通道用跳纖環起來）。本方案雖然操作簡單，但是不能全面檢測真實光/電纜回路，僅僅是校驗了環網柜光纖差動保護裝置的功能，對于電流互感器的極性沒有做出完全的判斷，只能依靠廠家的流互接線方式來判斷。

（2）引入GPS及IRIG-B碼對時功能，利用上述兩種時鐘完成與保護同步采樣及觸發兩側測試儀的同步采樣，完成多點同步采集、觸發試驗。試驗時，兩座相鄰變電所的繼電保護測試儀分別接入GPS時鐘、IRIG-B碼時鐘，設置相同的時、分、秒故障觸發時刻。即可完成一組高壓環網柜的P521光纖差動功能校驗（見圖1）。本方案是能夠真實地一同校驗線路和環網柜保護裝置的差動保護功能，但是測試時所投入的儀器儀表比方法1多投入2倍多，需要2臺綜合繼保，同時接入GPS及IRIG-B碼對時，接線比較復雜，且個別設備需要特殊制定。

3 新型變電所光纖差動保護聯調試驗方法

本文提出了一種新型的變電所光纖差動保護聯調試驗方法。

3.1 設計思想

本文設計使用一臺普通功能的綜合繼保儀就可以簡單、快速實現A、B、C三所的光纖差縱保護功能校驗任務。對比上述兩種測試方案，此方法流程更加簡單、操作更加便捷，儀器儀表投入少。

其原理是利用本側某一段高壓饋線柜的電纜側加載模擬電流（特別適用于封閉式高壓柜）；對側的高壓柜利用接地刀閘合位，形成a、b、c三項短接點；在本側某一段動力變或整流變的高壓電纜側加載模擬電流（交流電流值10～20A均可）；就能輕松通過高壓柜P521觀察本側電流、對側電流、差動電流和制動電流。這種方法既可以在施工前期調試時進行，也可以在變電所送電前與檢查環網電纜絕緣時一起做。

特別是不改變對側上級變電所運行方式就可以完成差動校驗（只是對應饋線柜接地合位）；也可以分段進行，一段帶電運行、一段停電做光纖差動保護功能測試調試。

本方法從一次電纜側加載模擬電流，實現了一組高壓環網柜的電流差動保護P521的測試，即驗證了P521保護裝置的動作定值與動作邏輯，也驗證了兩站高壓柜P521的光纖鏈路的正確性，同時，也能校驗電流互感器接入是否正確，有無斷線、分流現象。試驗方法簡便，數據準確。

同時，我們也解決了所與所調試通信困難大、對講機通信范圍有限的通信難題。我們改變以往使用磁石電話機，利用高壓環網柜差動光纜的備用通道，采用熱點式一對一電話光端機（BD-OP-MUX01型一路電話光端機），輕松解決了遠距離通信難的問題。

3.2 具體調試步驟

本文結合武漢軌道交通三號線一期工程35kV封閉式高壓柜進行光纖差動保護測試調試方法（見圖2）以及實施步驟對本方法作進一步詳細的說明：

第一步：本側拆除1#動力變高壓電纜，用綜合繼保儀從變壓器高壓側高壓電纜A項電纜加載“+”線，B項電纜加載“-”線。恢復動力變開門觸點合位。

第二步：對側所對應的高壓環網柜接地開關3317接地合位，高壓柜33合位（饋線柜）。P521光纖通信正常，保護投入正常。合33時，如無合閘允許時，從P521自動控制中通信設置為“內部”，合閘后把自動控制中通信“內部”必須退出。

第三步：本側高壓進線柜311合位，31合位。P521光纖通信正常，保護投入正常。合31時，如無合閘允許時，從P521自動控制中通信設置為“內部”，合閘后把自動控制中通信“內部”必須退出；高壓動力變柜411合位，41合位。其他柜均為分位。

第四步：用綜合繼保儀從變壓器高壓側電纜A和B端分別加載電流，電流值AC10-20A整數倍均可，相當于電流從A流進，B端回流。每次加流為高壓電纜任意兩相電纜即可。

第五步：加載電流時兩所可以同時安排試驗人員進行觀察電流并記錄P521本側電流，對側電流、差動電流和制動電流。從而判斷兩所的流互極性是否一致，兩所同一相電流值大小差值也可判斷出有無分流現象。

第六步：分開環網回路中某一面高壓柜斷路器，把差動電流保護定值調小到模擬值，這時加載電流就可以模擬啟動差動保護聯跳動作。

如做其他回路，可以合上母聯柜，這樣就可以從一個動力變高壓電纜做4個方向（兩進線柜、兩出線柜）的差動電流保護工作（如圖3）。每次測試一個高壓環網回路，分別完成ABC三相，并做好測試記錄。

4 案例分析

4.1 應用案例1

2015年8月7日，武漢地鐵三號線一期工程趙家條主所向羅家莊、趙家條所高壓環網第一次送電，為了確保110kV主所和35kV沿線所的光纖差動保護裝置校驗，在確保趙家條主所兩段高壓都帶電的情況下，只需要把對應的出線柜作為接地維護狀態，就可以安全、快速、有效地完成了這四個高壓環網回路的光纖差動保護裝置測試調試任務。

4.2 應用案例2

2015年8月25日，武漢地鐵三號線一期工程市民之家所變電所一段高壓出線柜第一次送電操作時，造成本所高壓柜1號進線跳閘，上級所1號出線柜跳閘。兩所的故障設備P521保護顯示差動保護動作。

初步檢查反饋：現場高壓環網電纜排查正常、市民之家所和上級后湖大道所對應的1段高壓柜從保護定值檢查正確、流互極性檢查正確、柜內二次接線端子檢查無異常。

本試驗方法的應用：利用1號動力變電纜加載模擬電流，經上級后湖大道所1段出線柜流回市民之家所1段進線柜。不影響高壓2段正常供電。測試結果表明：通過電纜絕緣測試合格，基本上排除了電纜的問題；A、C回路電流值兩端基本一致，無泄漏電流；A、B和B、C回路在本所顯示大小一致，上級所B項值為其他項小1/2，可以初步判斷是上級后湖大道所B項流互采集問題。安排廠家技術重新檢查，結果發現B項的流互電線端子虛接，處理后加載電流校驗正確，隨后恢復1段高壓柜送電。

5 社會經濟效益

通過對武漢市軌道交通光纖差動保護測試調試技術的研究，形成了較大的社會經濟效益：

（1）通過本聯調試驗方法，從一次電纜側真實地校驗了光纖差動保護功能，使用設備簡單，操作簡單、有效，得到了武漢地鐵公司的高度認可，并推廣該項成果在武漢市城市軌道交通其他線運用。

（2）通過優化實驗調試流程，減少了調試人員數量，縮短了實驗調試時間，增強了實驗調試的質量，確保了工程結點的如期完成，預計節約成本100萬元。

6 結論

本文提出的新型變電所光纖縱差保護聯調試驗方法，大幅度縮短了調試時間，簡化了調試流程、節約了施工成本。尤其面對大型工程調試設備多，工期緊不利情況下，此種方法具有得天獨厚的優勢。

參考文獻

[1]張旗，張守東，胡偉.智能變電站與常規變電站的通道聯調試驗[J].東北電力技術，2012，33（2）：35-37.

[2]李瑞生.光纖電流差動保護與通道試驗技術[M].國電力出版社，2006.

（作者單位：中鐵一局集團電務工程有限公司）