基于繼電保護(hù)的光纖差動(dòng)保護(hù)討論概述

王煒林 何煒

摘 要：繼電保護(hù)是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線，其快速、可靠地動(dòng)作可以有效切除故障，保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行；反之，可能加速系統(tǒng)崩潰，導(dǎo)致連鎖故障甚至大停電的發(fā)生。目前電力系統(tǒng)內(nèi)的電網(wǎng)規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，間接的使輸電線路的保護(hù)配置的差動(dòng)保護(hù)越為復(fù)雜化。目前，繼電保護(hù)定值主要由離線整定得出。實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行方式是不斷變化的，可能會(huì)出現(xiàn)離線整定時(shí)未考慮到苛刻運(yùn)行方式，如何對(duì)差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行定位以符合實(shí)際情況，目前仍有許多待以解決的問題。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；差動(dòng)保護(hù)；調(diào)試；概述

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）24-0066-02

Abstract： Relay protection is the first line of defense for the safe and stable operation of the power grid. Its fast and reliable operation can effectively remove faults and ensure safe and reliable operation of the power grid. On the contrary， it may accelerate the collapse of the system， leading to cascading failures and even the occurrence of blackouts. At present， the scale of power grid in power system is getting larger and larger， and the structure is more and more complex， which makes the differential protection of transmission line protection configuration more complicated. At present， the setting value of relay protection is mainly obtained by off-line setting. The actual operation mode of power grid is constantly changing， so there may be problems such as off-line timing does not take into account the harsh operation mode. As to how to locate differential protection in line with the actual situation， there are still many problems to be solved.

Keywords： relay protection； differential protection； debugging； overview

引言

隨著對(duì)電力負(fù)荷的需求越來越大，對(duì)電網(wǎng)保護(hù)的要求越來越高，特別對(duì)其可靠性的要求越來越苛刻，通過閱讀大量的文獻(xiàn)，可以發(fā)現(xiàn)在1984年到1999年的16年間，超過70%的停電事故與保護(hù)系統(tǒng)的故障有關(guān)。所謂的故障指的是繼電保護(hù)系統(tǒng)中的一種持久性缺陷，在正常情況下，該缺陷不被暴露和發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)會(huì)被觸發(fā)，其直接后果是引起繼電保護(hù)不正確動(dòng)作和不合時(shí)宜地切除回路元件。因此，研究保護(hù)故障，分析減少故障的方法對(duì)提高保護(hù)裝置的運(yùn)行可靠性，尋找保護(hù)系統(tǒng)和電網(wǎng)運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)有重要意義。

1 基于不合理保護(hù)定值的故障模式

元件主保護(hù)的定值整定規(guī)則相對(duì)簡單，保護(hù)間的配合較少，定值不易出現(xiàn)不合理的情況。定值不合理主要集中在后備保護(hù)定值上，以超高壓電網(wǎng)應(yīng)用最廣泛的后備保護(hù)距離保護(hù)為例進(jìn)行說明。距離保護(hù)I段定值不合理主要反映在一些特殊方式下I段定值出現(xiàn)超越的情況，即I段定值保護(hù)范圍伸入到下級(jí)線路出口處。II段定值不合理性包括選擇性不滿足和靈敏度不滿足兩種情況：選擇性不滿足與II段定值和相鄰線路間的配合有關(guān)；靈敏度不滿足則與II段定值保護(hù)本線路末端故障的能力有關(guān)。III段定值通常作為下級(jí)線路的遠(yuǎn)后備，由于其動(dòng)作時(shí)間長，因此選擇性的問題基本不存在。III段定值不合理的情況集中于定值躲負(fù)荷能力不滿足，反映在躲負(fù)荷可靠系數(shù)不滿足整定規(guī)程限制的最小值。有作者研究以四邊形特性的距離保護(hù)為例，結(jié)合負(fù)荷阻抗特性計(jì)算躲負(fù)荷可靠系數(shù)，并在實(shí)際算例中給出了可靠系數(shù)不滿足的情況。此外，除了可靠系數(shù)外，實(shí)際分析通常將III段定值不合理與線路潮流的大小聯(lián)系起來，即線路潮流越大，III段定值越容易出現(xiàn)不合理從而導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

2 故障診斷解析模型

可由保護(hù)和斷路器的動(dòng)作狀況解析式建立復(fù)雜保護(hù)配置下的電網(wǎng)故障診斷解析模型。因此，將相關(guān)的保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)解析式和斷路器的跳閘狀態(tài)解析式進(jìn)行聯(lián)立，電網(wǎng)故障診斷的完全解析模型可表達(dá)成：

上述模型從兩個(gè)方面對(duì)邏輯進(jìn)行了解析：（1）保護(hù)與斷路器的動(dòng)作原理解析；（2）保護(hù)與斷路器的動(dòng)作狀況解析。顯然在解析模型中，保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)（R）、斷路器動(dòng)作狀態(tài)（C）、保護(hù)動(dòng)作拒動(dòng)（DR）、斷路器拒動(dòng)（DC）、保護(hù)動(dòng)作誤動(dòng)（MR）和斷路器誤動(dòng)（MC）都通過規(guī)則解析（fr，fc）進(jìn)行了充分耦合。有這種耦合關(guān)系，能幫助完全解析模型有效的提高電網(wǎng)故障診斷的容錯(cuò)能力。通過與相關(guān)文獻(xiàn)的模型進(jìn)行對(duì)比后可以看出，兩種模型的主要差異體現(xiàn)在解析保護(hù)動(dòng)作規(guī)則，即fr的表達(dá)上。文獻(xiàn)曾對(duì)保護(hù)動(dòng)作規(guī)則只適應(yīng)于電網(wǎng)元件在簡單保護(hù)配置情況下，對(duì)電網(wǎng)元件主保護(hù)、近后備保護(hù)和遠(yuǎn)后備保護(hù)的動(dòng)作規(guī)則解析，而考慮復(fù)雜保護(hù)配置下的保護(hù)動(dòng)作規(guī)則解析則應(yīng)該考慮了并列多個(gè)保護(hù)的情況。二者關(guān)系為：前者是后者的特例，而后者是前者的泛化，后者更適用于實(shí)際電網(wǎng)的保護(hù)配置情況。

3 光纖通道模式分類

保護(hù)裝置可以采用“專用光纖”和“復(fù)用通道”，完成數(shù)據(jù)的發(fā)收，在纖芯數(shù)量和傳輸距離允許范圍內(nèi)，優(yōu)先采用“專用光纖”，當(dāng)功率不滿足時(shí)，可以采用“復(fù)用通道”。

（1）專用光纖通道。專用光纖方式，保護(hù)信號(hào)沒有經(jīng)過轉(zhuǎn)換，傳輸過程相對(duì)直接。專用光纖通道結(jié)構(gòu)簡圖相對(duì)比較簡單，此處省略。

（2）復(fù)用光纖通道。復(fù)用光纖方式，保護(hù)裝置通過電信號(hào)和專用光纖接口裝置在保護(hù)室連接，從保護(hù)室通過光纖和通信室的數(shù)字復(fù)接接口連接，再上復(fù)用設(shè)備，經(jīng)復(fù)用設(shè)備上光纖通道和對(duì)側(cè)相連。

4 裝置調(diào)試

保護(hù)裝置的調(diào)試分為自環(huán)和聯(lián)調(diào)兩種模式，自環(huán)主要用于春檢預(yù)試時(shí)，對(duì)端設(shè)備不停運(yùn)，聯(lián)調(diào)常用于新設(shè)備投運(yùn)驗(yàn)收，兩端設(shè)備均停運(yùn)。以220kV**站柏團(tuán)線為例，具體可見圖1。

4.1 自環(huán)檢驗(yàn)

通電前用尾纖將保護(hù)的光發(fā)與光收短接，接成自環(huán)方式。裝置“運(yùn)行”燈應(yīng)亮，“通道異常”燈應(yīng)不亮。將本側(cè)與對(duì)側(cè)通道縱聯(lián)碼設(shè)為相同值。

（1）縱差高定值保護(hù)（差動(dòng)保護(hù)I段）檢驗(yàn)

模擬線路故障，通入故障電路m*0.5*IMAX1（IMAX1為“差動(dòng)電流高定值”）。m=0.95時(shí)差動(dòng)保護(hù)I段不動(dòng)作，m=1.05時(shí)差動(dòng)保護(hù)I段動(dòng)作。

（2）縱差低定值（差動(dòng)保護(hù)II段）檢驗(yàn)

模擬對(duì)稱和不對(duì)稱故障，通入故障電路m*0.5*（IMAX2）（IMAX2為“差動(dòng)電流低定值”）。m=0.95時(shí)差動(dòng)保護(hù)II段不動(dòng)作，m=1.05時(shí)差動(dòng)保護(hù)II段動(dòng)作。

（3）TA斷線功能試驗(yàn)：

a.“TA斷線閉鎖差動(dòng)”控制字為“0”時(shí)：

模擬TA斷線，加正常對(duì)稱電壓10秒。

模擬單相故障，故障電流大于差動(dòng)高定值，但小于TA斷線差流定值，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。模擬單相故障，故障電流大于TA斷線差流定值，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

b.“TA斷線閉鎖差動(dòng)”控制字整定為“1”時(shí)，重復(fù)上述試驗(yàn)，差動(dòng)保護(hù)均不動(dòng)作。

4.2 聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

接好光纜，兩側(cè)裝置運(yùn)行燈亮，無任何異常信號(hào)。兩側(cè)的差動(dòng)保護(hù)投入壓板均投入。

（1）電流幅值檢查

若兩側(cè)保護(hù)裝置的“TA變比系數(shù)”定值為1，在對(duì)側(cè)分別通三相對(duì)稱電流In，在本側(cè)保護(hù)狀態(tài)→DSP采樣中，查看對(duì)側(cè)三相電流Iar、Ibr、Icr以及差動(dòng)電流Icda、Icdb、Icdc應(yīng)該為In。誤差應(yīng)小于5%。

若“TA變比系數(shù)”定值不全為1，對(duì)側(cè)的三相電流和差動(dòng)電流還要進(jìn)行折算，設(shè)定M側(cè)的“TA變比系數(shù)”為Km，二次額定電流為INm，N側(cè)的“TA變比系數(shù)”為Kn，二次額定電流為INn，如果在M側(cè)加入電流Im，則N側(cè)顯示對(duì)側(cè)電流為Im*INn/（INm*Kn），如果在N側(cè)加入電流In，則M側(cè)顯示對(duì)側(cè)電流為In*INm/（INn*Km）。

（2）線路空載時(shí)故障模擬試驗(yàn)

M側(cè)斷路器合、N側(cè)斷路器分，N側(cè)TWJ動(dòng)作開放對(duì)側(cè)差動(dòng)保護(hù)，M側(cè)加入模擬故障電流，故障電流大于差動(dòng)保護(hù)定值，M側(cè)保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)可以跳閘，N側(cè)保護(hù)不動(dòng)作。

（3）遠(yuǎn)跳試驗(yàn)

M側(cè)開關(guān)在合閘位置，當(dāng)“遠(yuǎn)跳受本側(cè)控制”=0時(shí)，在N側(cè)使保護(hù)裝置有遠(yuǎn)跳開入，跳閘報(bào)告顯示M側(cè)能夠遠(yuǎn)方跳閘。當(dāng)“遠(yuǎn)跳受本側(cè)控制”=1時(shí)，開入顯示“收遠(yuǎn)跳”=1，但M側(cè)不跳，必須在M側(cè)使裝置啟動(dòng)，M側(cè)保護(hù)才能遠(yuǎn)方跳閘。

（4）帶開關(guān)動(dòng)作，將對(duì)應(yīng)出口壓板和重合閘壓板投入，采用保護(hù)邏輯判斷出口動(dòng)作正確與否。以上試驗(yàn)應(yīng)該互換對(duì)側(cè)，進(jìn)行試驗(yàn)。

5 結(jié)束語

電網(wǎng)故障診斷技術(shù)對(duì)快速處理事故和系統(tǒng)恢復(fù)、確保電網(wǎng)運(yùn)行的平穩(wěn)安全有著重要的作用。然而，單一保護(hù)配置下的電網(wǎng)故障診斷解析模型在解析電網(wǎng)保護(hù)規(guī)則時(shí)只考慮了元件的單個(gè)主、備保護(hù)，電網(wǎng)的保護(hù)配置相對(duì)簡單。針對(duì)電力故障診斷，如差動(dòng)保護(hù)還有更長的路徑要走。

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