水電廠送出線路微機保護改造的若干問題分析與實踐

李春松

電力系統繼電保護裝置有機電型、整流型、集成電路型和微機保護型，前幾種逐漸退出，微機保護現在已成為主流。湘東某中型水電廠1992年投入運行發電，采用的是機電型的繼電保護裝置，運行20余年，近年來，設備逐漸老化，維護困難，甚至發生誤跳閘、拒跳現象。電廠在2015年啟動改造，現項目已經完工。現將該電廠110 kV送出線線路保護改造的若干問題分析及解決方案分享如下，以供同類型的項目工程技術人員參考。

1 原距離保護的缺陷

該電廠通過一條長15.39 km的110 kV線路送出至大電網，原來的保護采用許繼PXH-25型線路保護屏，該屏由LH-15型距離保護裝置和ZLL-2型三段零序電流保護裝置外加SF-1B型收發訊機構成高頻閉鎖距離保護和高頻閉鎖零序保護［1］。其保護的基本原理是，通過降低動作整定值，來延長距離I段的保護范圍，通過對端或本端發來的高頻功率方向信號來區別區內和區外故障，從而達到全線速動保護功能［2］。但隨著運行時間越來越久，元器件老化，多次發生極化繼電器接點粘接以及保護動作后不能復歸的情況，可靠性大大降低，必須進行更換改造。

2 保護裝置的選型設計問題

2.1 確定主保護的類型，是進行保護裝置選型的前提

確定比選的方案為：方案一：由高頻距離保護構成的全線速動保護；方案二：由光纖距離保護構成的全線速動保護；方案三：由光纖縱聯差動保護構成的全線速動保護。它們比較如表1。

綜上，決定改光纖差動保護作為110 kV送出線路的主保護。

2.2 保護裝置的選型及本項目應有的功能配置

經多方面比較，采用北京四方繼保公司的CSC-163A線路保護裝置，該保護裝置采用光纖通道，適用于110 kV中性點直接接地的大電流接地系統的輸電線路。圖1為系統連接示意圖。

表1 主保護類型的比較

圖1 系統連接示意圖

（1）采用分相式電流差動保護和零序電流差動保護作為全線速斷主保護；

（2）采用三段相間距離、PT斷線后的兩段過流保護功能、過流保護作為相間故障的后備保護；采用三段接地距離保護、四段零序電流保護作為接地故障的后備保護；

（3）另外，裝置具備測距功能、三相一次重合閘功能、具有CT斷線閉鎖、CT飽和檢測及CT變比補償功能、可傳送“遠跳”和“遠傳”命令、具有用通道監視、誤碼檢測；

（4）通信方式：選用專用光纖通道，配置雙路光纖接口，實現雙通道無延時切換；

（5）具有低周減載、低壓減載功能［3］。

3 保護裝置的更換安裝的問題

3.1 改造安裝施工管理

改造項目相比新安裝項目有其特點，主要體現在：其原有設備在投運狀態，設備與外圍接線已經確定，待更換設備只能在原設備和原有外圍接線的基礎上進行，安裝接線比新安裝設備更復雜；改造項目一般工期較緊張，盡量少影響正常的生產；所以客觀上要求施工管理更嚴格，施工人員素質更高。

一般，施工前應制定切實可行的施工組織設計和關鍵工序施工方案。本項目的施工方案應包括）改造施工方案及作業指導書；調試方案及作業指導書等。

3.2 改造實施注意事項

（1）改造實施之前，技術負責人必須做好技術安全準備與現場勘察工作。首先會同安裝施工人員按照圖紙對一次設備、二次設備進行對比，熟練掌握所有電纜的走向，確定每一臺屏柜、每一個裝置、每一根電纜、每一個連接片、每一個端子的去留，做好施工設計工作。本案例，由于原低周低壓屏的功能已經整合在CSC-163A的線路保護中，原屏可以取消，新保護屏安裝在該位置，恰好緊挨著原線路保護屏，原電纜有足夠的余地，大都可以利用，還可以減少停電時間。

在具體操作之前還應由技術負責人向設備安裝調試人員做好技術交底工作。

（2）改造宜利用枯水季節進行，改造時110 kV線路應停運，應做好電廠的備用電源轉投運工作，線路兩側的改造同步進行，開工前應辦好電氣第一種工作票。改造的大致工序有：拆除舊屏，新屏就位；系統接線；保護定值整定、系統調試（包整組試驗）、兩側聯調。

拆、接電源時，應防止人身觸電事故；拆除保護屏，新屏就位，應防止遺漏及誤恢復事故；拆動電壓回路時，應防止電壓回路接地、短路；拆動電流回路時，應防止CT二次回路開路［4］。

4 差動保護的整定問題

傳統的差動保護為保證選擇性應按躲過外部故障時的不平衡電流整定，這樣就降低了區內故障時的靈敏度，而CSC-163保護裝置采用比率制動特性，引入外部故障時的電流作為制動量，在內部故障時制動量很小、動作量很大，靈敏度高；外部故障時制動量大，動作量小，避免了誤動作。該型線路保護裝置電流差動保護配有分相式電流差動保護和零序電流差動保護。

（1）分相式電流差動保護采用雙比率制動特性，動作曲線見圖2，動作方程如下：

其中 ： IOP= ||I?M+I?N， Ires= ||I?M-I?N；

I?M、I?N：線路兩側的電流相量，分別以母線指向線路為正；

IOP：差動電流；Ires：制動電流；IDZ：差動定值。

差動定值IDZ，本質上是繼電器動作門檻電流。在區外故障或正常運行帶負荷電流的情況下，流過保護的是穿越性電流，這時，差動電流IOP很小，為線路兩側電流互感器帶來的不平衡電流，制動電流Ires很大，為兩倍穿越電流，不會帶來保護誤動；但線路電容電流是從線路區內流向大地，構成差動電流，當空載投線路時，制動電流也很小，可能誤動；區外故障切除時，由于高頻分量的存在，使電容電流急劇增大，而制動電流減小，也可能發生誤動；在圖2所示的曲線上，當空載時，制動電流Ires為零，差動定值要躲過線路充電時的電容電流，一般按實測電容電流的2.5倍來整定；本案例中電容電流非常小，不到10 A，可以適當抬高整定值，按一次40 A整定，轉化為二次值為0.667 A。

裝置采用雙斜率，當區外故障時，由于CT的特性惡化或嚴重飽和，產生傳變誤差，這時通過抬高斜率，有效地防止了誤動作。

裝置對CT斷線的情況有兩種處理方式：閉鎖或不閉鎖保護。當不閉鎖保護時，斷線相的差動電流IOP變為負荷電流，制動電流Ires也變為負荷電流，這時必須差動定值必須躲過最大負荷電流，本案例中，整定為一次電流330 A，二次電流5.5 A。

2.語法混亂：用正確的時態寫作是英語作文的最基本要求。有些人寫作時亂用時態，不知道不同時間發生的事情應該用不同的時態來表述。在英語中，通常詞性發生變化時，詞形就會發生變化，同時用法也會不同，但很多人寫作時常常忽略英語詞性的變化。

（2）當經高電阻接地短路后，由于差動電流很小，在重負荷的情況下制動電流又很大，如果只配備分相差動保護，很可能會發生保護拒動的問題，因此必須配備零序電流差動保護。零序電流差動保護采用單比率制動特性，動作曲線見圖3，動作方程如下：

圖2 分相差動電流保護的動作特性

圖3 零序差動電流保護的動作特性

ID0：零序差動電流；IB0：零序制動電流；I0Z：零序差動電流定值，按躲過區外故障最大零序不平衡電流并保證內部高阻接地故障有靈敏度整定。由于涉及到電網參數和短路計算，這里不再展開，本項目中設為一次電流60 A，二次值為1 A。

5 距離保護的整定和動作特性

保護的整定，由于線路的參數、負荷情況、兩側CT都沒有變化，所以阻抗定值沿用原有定值，不再贅述。但采用CSC-163A線路保護裝置采用特殊四邊形動作特性，能有效地減小短路點過渡電阻，造成保護的不正確動作。圖4為相間距離元件和接地距離元件的動作特性。相比原有距離保護的方向圓特性，特性上也加以改進了。

圖4 距離元件動作特性

圖4 中，XDZ為阻抗定值ZZD折算到X的電抗分量；RDZ按躲事故過負荷情況下的負荷阻抗整定，可滿足長、短線路的不同要求，提高了短線路允許過渡電阻的能力，以及長線路避越負荷阻抗的能力；選擇的多邊形上邊下傾角（如圖4中的7°下傾角），可提高躲區外故障情況下的防超越能力。

在重合或手合時，阻抗動作特性在原有基礎上，再疊加上一個包括座標原點的小矩形特性，稱為阻抗偏移特性動作區，以保證PT在線路側時也能可靠切除出口故障。在三相短路時，距離Ⅲ段也采用偏移特性。

6 低周低壓解列和重合閘功能的問題

該水電廠為弱電源并網，上一級220 kV永和變電站一方面從大電網中獲得電能，另一方面接納該電廠的電能，當大電網的供電線路故障跳閘時，該電廠的發電功率供不應求，頻率電壓都將下降，這時必須將該電廠迅速解列，以保證大電網的供電線路檢無壓重合閘成功，保證永和變電站的用戶供電可靠性。所以，低周低壓解列功能不能取消，實際操作中取消低周低壓解列屏，整合在CSC-163A保護裝置中。保護定值按原定值不變，低周設為48.5 Hz延時0.5秒，低壓為70%額定值，延時0.5秒［5］。

重合閘功能應設為檢同期，防止非同期合閘。

7 保護裝置改造后的調試問題

更換保護裝置并系統接好線后，最重要的是，必須按照《調試方案及作業指導書》進行一次全面的系統的調試。特別注意以下幾個方面。

7.1 回路接線檢查

另外，保護的正確邏輯判斷及接線的正確性還有賴于開關量輸入回路的正確可靠動作。實際校驗的方法是：投退壓板、切換開關或用短接線將相關的輸入回路加電壓，通過查詢保護裝置的變位來校驗接線是否正確；進行對外跳合閘回路的檢查，通過裝置開出傳動進行試驗，查看能否進行跳合閘，查看接線的正確性［6］。

7.2 保護功能試驗和整組試驗

應該嚴格按照保護原理結合裝置技術說明書，逐一進行試驗，要全面考慮各個方面，不得漏項。在調試時，還應注意保護各段之間的配合。

整組試驗的目的在于驗證裝置與外部設備直流連接回路的正確性，是否存在寄生回路，測試整組動作時間，而且能檢查微機保護之間的配合情況。繼電保護的整組試驗必須采用從電流、電壓端子加入故障量的方法［7-8］。

7.3 通道檢查試驗和兩側聯調

通過通道自環試驗和通道遠方環回試驗，來檢查通道功能。通道功能合格后，進行兩側聯調，聯調還應以兩側整組試驗合格為條件。聯調前應與對側變電站運行方協調好，應做好防止越級跳閘的組織措施和技術安全措施。

8 結語

通過周密的安排，認真細致的勘察、設計、更換、調試工作，改造任務非常成功，至今運行正常，滿足了繼電保護動作的選擇性、速動性、靈敏性、可靠性的要求。

參考文獻：

［1］謝世坤.L H-15型距離保護、Z L L-2型另序電流保護用于構成高頻閉鎖式保護時的接線介紹及有關問題的改進 ［J］.電力系統保護與控制，1981（4）：59-62.

［2］谷水清.電力系統繼電保護［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［3］GB/T 14285-2006.繼電保護和安全自動裝置技術規程［S］.

［4］韋強.關于微機型繼電保護裝置的現場調試淺析［J］.電氣轉動自動化，2011，33（2）：53-56.

［5］雍麗華.小電源接入電網相關繼電保護的配置與整定［J］.電工技術，2013（2）：27-28.

［6］王偉.電力系統自動裝置［M］.北京：北京大學出版社，2014.

［7］黃瑞虹.110 kV變電站繼電保護改造調試問題解析［J］.科技與企業，2015（18）：239-239.

［8］潘邦全.SEL-587型微機繼電保護裝置的調試技術［J］.山西冶金，2010， 33（4）：29-31.