智能變電站線路保護差流異常分析

李 斌 陳瑞俊 婁玲嬌 喬星金 丁衎然

智能變電站線路保護差流異常分析

李 斌 陳瑞俊 婁玲嬌 喬星金 丁衎然

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，南京 210000）

光纖電流差動保護在電力系統(tǒng)中應用廣泛，它利用光纖通道傳輸線路兩端的數(shù)據(jù)，在兩側(cè)數(shù)據(jù)同步的基礎(chǔ)上，能夠簡單可靠地判斷出區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障。本文對某智能變電站中由于合并單元實際延時與設(shè)定的額定延時不一致造成兩側(cè)線路保護差流異常的情況進行分析，并給出現(xiàn)場測試建議。

智能變電站；合并單元；額定延時；數(shù)據(jù)同步

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，智能電網(wǎng)建設(shè)取得飛速發(fā)展[1]。作為智能電網(wǎng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，智能變電站包括智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備，按過程層、間隔層、站控層三層結(jié)構(gòu)體系分層構(gòu)建。合并單元（merging unit, MU）作為變電站過程層重要設(shè)備，在一定程度上實現(xiàn)了過程層數(shù)據(jù)的共享和數(shù)字化，并為間隔層、站控層設(shè)備提供數(shù)據(jù)來源，在整個變電站中占有十分重要的地位。但是，合并單元運行缺陷率較高，由合并單元缺陷導致的電網(wǎng)異常事件大幅增加[2]。在合并單元的缺陷中，合并單元額定延時設(shè)置錯誤會引起保護裝置不正確動作。

本文通過對一起220kV智能變電站線路差動保護異常情況的處理，介紹合并單元額定延時產(chǎn)生的原因[3-4]，分析額定延時設(shè)置錯誤引起線路差動保護異常的原因，并給出合并單元現(xiàn)場測試建議。

1 光纖電流差動保護數(shù)據(jù)同步

線路光纖電流差動保護是一種建立在基爾霍夫電流定律基礎(chǔ)上的保護，需要獲取本側(cè)及對側(cè)電流數(shù)據(jù)進行計算判別，這要求參加比較的各端電流量必須實現(xiàn)同步采樣處理[5-7]。

傳統(tǒng)變電站采用電磁式互感器采樣，互感器輸出的模擬量通過電纜直接傳輸?shù)介g隔層，模擬量傳輸接近光速，傳輸延時固定且數(shù)值很小。對于線路光纖差動保護，線路兩側(cè)數(shù)據(jù)同步僅需要考慮光纖通道延時和誤碼率的影響。

智能變電站目前普遍采用“電磁式互感器+模擬量輸入式合并單元”的采樣方式，互感器輸出的模擬量需經(jīng)過合并單元轉(zhuǎn)換、同步處理等環(huán)節(jié)，然后通過點對點模式或組網(wǎng)模式傳輸?shù)介g隔層，合并單元對采樣數(shù)據(jù)處理的環(huán)節(jié)造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r[8-11]。線路兩側(cè)數(shù)據(jù)同步除了要考慮光纖通道延時和誤碼率的影響，還要考慮合并單元傳輸延時的影響。

2 差動保護異常情況

2.1 變電站概況

系統(tǒng)接線示意圖如圖1所示。線路全長為23.09km，甲站電流互感器（current transformer, CT）電流比為800/5，乙站CT電流比為600/5。

圖1 系統(tǒng)接線示意圖

2.2 差動保護異常

帶負荷試驗過程中，甲站顯示負荷電流為0.275A（二次值），甲站三相電流的本、對側(cè)相對角度分別為196.27°、196.27°、196.37°；乙站顯示負荷電流為0.367A（二次值），乙站三相電流的本、對側(cè)相對角度分別為162.86°、162.86°、163.73°。

自環(huán)線路裝置，通道顯示數(shù)據(jù)正常，說明裝置采樣環(huán)節(jié)及光通道板正常；測試發(fā)現(xiàn)兩側(cè)裝置發(fā)送和接收光功率在正常范圍內(nèi)，說明現(xiàn)場兩臺線路保護裝置縱聯(lián)通道通信正常，且現(xiàn)場無通道異常告警信號，排除通道原因?qū)е碌漠惓！?/p>

圖2 甲、乙站本側(cè)、對側(cè)電流相量圖

線路電流中存在電容電流，智能站存在采樣通道延時，理論上電容電流和采樣通道延時均會對此角度產(chǎn)生影響，現(xiàn)對這兩種影響因素進行分析。

3 電容電流影響分析

電容電流超前電壓，在一定程度上會對差流產(chǎn)生影響。架空線路的電容電流的理論計算公式為[12]

式中：為線路的額定電壓（kV）；為線路長度（km）。

該110kV線路理論上的電容電流值c（二次值）為

甲站線路保護空載情況下差流波形如圖3所示。線路保護裝置差流為0.027A（二次值），電流超前電壓90°，符合110kV線路電容電流特征。

由式（3）可知，實際產(chǎn)生的16°的偏差與理論偏差5.6°不符，下面進一步分析合并單元延時對這一角度產(chǎn)生的影響。

4 合并單元額定延時影響分析

與兩側(cè)線路保護連接的合并單元由不同廠家提供，甲、乙兩站線路保護讀取合并單元采樣值（sample value, SV）報文中的合并單元額定延時分別為1 250ms和1 750ms，甲、乙站保護采樣通道狀態(tài)見表1和表2。這兩種MU額定延時均符合合并單元額定延時要求（2 000ms以內(nèi)）。

表1 甲站保護采樣通道狀態(tài)

表2 乙站保護采樣通道狀態(tài)

假設(shè)負荷電流功率因數(shù)為1，理論上差流幅值應為實際電容電流0.027A，且該值不會隨著負荷電流的改變而發(fā)生較大變化。

調(diào)取甲站不同負荷狀態(tài)下差流波形，分別如圖5和圖6所示。負荷電流為0.275A時，差流幅值為0.080A，負荷電流為0.545A時，差流幅值為0.157A。差流幅值隨負荷電流增大而增大，前后兩次負荷電流比值為

圖5 甲站0.275A負荷電流下差流波形

圖6 甲站0.545A負荷電流下差流波形

前后兩次差流幅值比值為

1與2近似相等。同時，隨著負荷電流的變化，甲站保護裝置測量的兩側(cè)電流相位差保持不變，一直保持在180°+16°=196°。

甲站保護裝置測量的兩側(cè)電流相位差與理論分析的兩側(cè)電流相位差相差較大，綜合以上分析，應為兩側(cè)線路縱聯(lián)差動保護裝置中的一臺接收合并單元數(shù)據(jù)實際延時與設(shè)定的額定延時不一致，在電容電流共同作用下，導致兩側(cè)電流不同步，造成差流偏大且兩側(cè)電流相位差一直保持在196°左右。

圖7 甲站本、對側(cè)電流相量關(guān)系

圖8 保護負荷電流與差流幅值誤差關(guān)系

5 合并單元現(xiàn)場測試建議

智能變電站現(xiàn)場調(diào)試過程中，必須實際測量合并單元的延時，并保證合并單元參數(shù)設(shè)置中額定延時設(shè)置與實際延時一致。本文介紹一種模擬量輸入式合并單元額定延時測試方法，測試示意圖如圖9所示。

圖9 合并單元額定延時測試示意圖

測試步驟為：①通過合并單元測試儀給模擬量輸入式合并單元加量；②通過合并單元測試儀查看測試結(jié)果，測試時間2min。測試模擬量輸入式合并單元電流、電壓信號輸入時間與數(shù)字量輸出時間之差。測試要求模擬量輸入式合并單元額定延時小于2ms且誤差不超過20ms。

6 結(jié)論

本次線路差動保護異常主要由于合并單元額定延時設(shè)置錯誤，導致實際合并單元額定延時與裝置本身配置報文中發(fā)送額定延時不一致，造成兩側(cè)數(shù)據(jù)采樣不同步。因此，在投產(chǎn)驗收階段應根據(jù)智能變電站技術(shù)特點，完善智能化變電站設(shè)備的試驗調(diào)試方法，針對合并單元等智能變電站使用的新型設(shè)備，在驗收調(diào)試工作中應按照設(shè)備的驗收規(guī)范增加核查項目，以保證設(shè)備正常運行。

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Fault analysis of differential current of transmission line protection in smart substation

LI Bin CHEN Ruijun LOU Lingjiao QIAO Xingjin DING Kanran

(State Grid Jiangsu Electric Power Maintenance Branch Company, Nanjing 210000)

The optical fiber differential current protection, using fiber channel to transmit data between both ends of the line, is applied in power system widely. On the basis of data synchronization, the protection is able to judge the internal faults and external faults simply and reliably. This paper analyzes the abnormal differential current of transmission line protection caused by difference of the rated time delay between the setting value and the actual value of merging unit in intelligent substation. The corresponding testing advice is put forward in this paper.

intelligent substation; merging unit (MU); rated time delay; synchronization of data

2020-11-16

2020-12-11

李 斌（1991—），男，工程師，主要從事繼電保護裝置研究與檢修工作。