某電廠500kV開關站線路分相電流差動保護簡析

李忠佩

摘? 要：線路差動保護從原理上是理想的一種保護方式，光纖分相電流差動保護借助于線路光纖通道，通過對電流的測量，實時地向對側傳遞采樣數據，同時接收對側的采樣數據，各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。

關鍵詞：分相電流差動保護? PCS-931? CSC-103A? 壓板

中圖分類號：TM773 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）04（c）-0098-03

Analysis on Phase Current Differential Protection of 500KV Switch Station Line in a Power Plant

LI? Zhongpei

（The Fourth Duty， No.3 Operation Division of China Nuclear Power Operation Management Co.， Ltd.， Jiaxing， Zhejiang Province， 314000? China）

Abstract： The line differential protection is an ideal protection mode in principle， with the help of optical fiber channel， the optical fiber split phase current differential protection transmits the sampling data to the opposite side in real time by measuring the current， and receives the sampling data from the opposite side at the same time. Each side protection calculates the differential current according to the phase by using the local and opposite side current data. According to the braking characteristic equation of the current differential protection， it is judged that the protection will trip when the fault is in the area， and the protection will not operate when the fault is out of the area.

Key Words： Split phase current differential protection; PCS-931; CSC-103A; Pressure plate

為規范華東電網500kV系統線路等雙重化保護的應用方式，方便調試和運行維護，華東電網500kV系統第一套、第二套保護的定義中，關于線路保護條件[1]：保護原理優先級的定義，優先級從高到低依次為分相電流差動、方向高頻、高頻距離。我廠根據要求將主保護改造為分相電流差動保護。

1? 分相電流差動保護

1.1 基本原理

分相電流差動保護的基本原理是根據線路在內部故障和外部故障時線路兩端對應相的向量幅值和之間的比較來確定的[2]。

如圖1系統中，當線路的電壓不是很高，線路不是很長，即不考慮線路分布電容的影響時，可以采用不帶制動量的原理，其判據方程為≥。但對于高壓長距離輸電線路的分相電流差動縱聯保護來說，由于線路的分布電容電流大，并聯電抗器電流、暫態過程中衰減非周期分量以及電流互感器飽和等原因，在線路外部短路時，不平衡電流很大，因此必須采用帶有制動量的動作方程，才能保證保護不誤動，即本文采用的，其中K表示制動系數（0

在外部故障時，|IM+IN|≈0，而|IM-IN|的幅值很大，動作方程不能滿足。由此可見，制動量K|IM-IN|的設置，提高了外部故障不動作的可靠性。

在內部故障時，|IM+IN|的幅值很大，而|IM-IN|的幅值很小，使內部故障時的制動作用很小，保護可靠的動作跳閘。由此可見，差動保護在滿足選擇性和可靠性兩個方面是相互矛盾的。

1.2 PCS-931差動保護

PCS-931為由微機實現的數字式超高壓線路成套快速保護裝置，該差動繼電器由3部分組成：變化量相差動繼電器、穩態相差動繼電器和零序差動繼電器[3]。

光纖電流縱差保護原理如圖2所示。動作電流（差動電流）：Id=|IM+IN|;制動電流：Ir=IM-IN;差動元件動作方程：。

（1）區內故障（如圖3所示）。動作電流：Id=|IM+IN |=|IK|;制動電流：Ir=|IM-IN|=0。

因為Id>>Ir繼電器動作，凡是在線路內部有流出的電流，都將成為動作電流。

區內故障時，兩側實際短路電流都是由母線流向線路，和參考方向一致，都是正值，差動電流就很大，滿足差動方程，差流元件動作。

（2）區外故障（如圖4所示）。動作電流：Ir=|IM+IN |=|IK-IK|=0;制動電流：Ir=|IM-IN|=|IK+IK|=2|IK|。

因為Id<

區外故障時，一側電流由母線流向線路，為正值，另一側電流由線路流向母線，為負值。兩電流大小相同，方向相反，所以動作電流為0，差流元件不動作。

1.3 CSC-103A差動保護

電流差動保護主要原理：數字電流差動保護系統的構成[4]，見圖5。

2? 事件分析

事件經過：某電廠執行第五串開關保護更換后復役試驗，由拳變執行充電秦由5415線路的操作后，發現相關保護并沒有投用，在與啟動試驗工程師簡單電話交流后，試驗值長下令立即投用相關保護。本次事件導致秦由5415線喪失差動主保護大約50min。

2.1 事件過程中的繼電保護裝置情況

2.1.1 由拳變對秦由5415線路充電前

秦由5415線路兩套保護裝置均已帶電，但功能壓板和跳閘出口壓板未投入。

第1套差動保護裝置PCS931：PT斷線黃燈告警。

第2套差動保護裝置CSC103A：PT斷線黃燈告警，液晶屏顯示“差動壓板不一致”。

光字牌報警：秦由5415線路保護裝置異常，秦由5415線路電壓回路斷線。

由拳變側反饋：秦由5415線路保護裝置CSC103A的液晶屏上顯示PT斷線告警和“差動壓板不一致”告警，報警內容循環顯示。

2.1.2 由拳變對秦由5415線路充電后

第1套差動保護裝置PCS-931：PT斷線告警黃燈滅。

第2套差動保護裝置CSC-103A：PT斷線告警黃燈滅，液晶屏顯示“差動壓板不一致”。

光字牌報警：秦由5415線路保護裝置異常。

由拳變側反饋：秦由5415線路北京四方的差動保護裝置CSC-103A的液晶屏上顯示“差動壓板不一致”告警。

2.2 事件學習

線路保護一般設有功能壓板和出口跳閘壓板，正常運行，功能壓板投入，跳閘壓板退出。所謂功能壓板就是完成某種保護功能的壓板，如差動保護壓板、距離保護壓板等。如果保護壓板投入，那么保護裝置會反應故障，保護動作;如果保護壓板退出，則意味著相關保護退出。所謂跳閘壓板就是用來實現跳開開關的壓板，如跳A、跳B、跳C壓板等，是執行指令的，其投退決定了開關的動作與否。

以南瑞線路差動保護為例進行分析。南瑞的線路差動保護為線路的第一套分相電流差動保護。通道A差動保護壓板為功能壓板。如果該壓板投入，則通道A差動保護投入。如果該壓板退出，則差動保護退出。南瑞的線路差動保護有兩個通道，通道B差動保護壓板也是同樣的功能。在本次事件中，如果功能壓板投入，差動保護即已構成回路。對側差動保護即可正常工作，在對側的功能和跳閘壓板均投入的情況下，保護可跳開對側開關。

線路的第二套差動保護為北京四方的差動保護，該差動保護只有一個“縱聯差動保護”的功能壓板，功能同上。

線路差動保護的投用需要對側的配合：即使本側開關在分閘狀態，線路閘刀斷開，但是在對側充電線路前，本側保護仍需要投用，主要是將差動保護的功能壓板投用，以便差動保護能構成回路。本次事件中，由于某電廠聯合開關站側的差動保護功能壓板未投入，四方差動保護裝置CSC-103A液晶屏顯示“差動壓板不一致”，紅燈報警，差動保護被閉鎖。南瑞保護裝置PCS-931的差動保護因功能壓板未投入，未構成回路而失效。但后經確認由于南瑞繼保的差動保護裝置在設計告警信號時，未設計兩側差動保護壓板的比較，因此不會出現“差動壓板不一致”的告警。

本次由拳變充電秦由5415線路，由于某電廠聯合開關站側的線路閘刀50536斷開，線路兩側5052/5053開關斷開，導致某電廠側的差動保護CT沒有電流。但是，如果兩側差動保護正常投入，那么，某電廠側的保護裝置送至對側的電流值為0，對側保護裝置測量到的電流為線路的充電電流。此時，線路充電電流即為差動保護的動作值。對這種情況，保護裝置在設定保護定值時，已經通過提高動作門檻值，從而避免線路正常充電時差動保護動作。

在線路故障情況下，由拳變側檢測到的電流遠大于線路充電電流，而某電廠側電流仍然為0，則由拳變側差動保護動作，使該側的開關跳閘，從而起到快速切除故障線路的作用。

本次情況，由于某電廠聯合開關站側未投差動保護功能壓板，造成秦由5415線路主保護退出，僅僅由拳變側的后備距離保護起作用。

3? 值班人員異常情況應對措施

3.1 案例一—— 500kV秦喬線主保護通道故障

故障原因：（1）第一套保護A通道故障、B通道故障或通道故障;（2）第二套保護A通道故障或B通道故障。

措施：檢查第一套保護屏信號繼電器動作;檢查第二套保護屏指示燈亮;查找控制室內監視電腦中故障顯示情況;到通訊機房檢查通訊裝置狀態。

3.2 案例二—— 500kV秦喬線主保護裝置異常

故障原因：第一或第二套線路主保護裝置異常：PT斷線、CT斷線等。

措施：查看保護裝置報文，確認異常的裝置;聯系維修處理;匯報調度。

參考文獻

[1] 吳穹.500kV超高壓輸電線路金具掛環斷裂原因及預防措施[J].電工技術，2020（13）：113-114.

[2] 于新軍.繼電保護設備的自動化可靠性分析[J].集成電路應用，2021，38（2）：66-67.

[3] 李文睿.特/超高壓輸電線路參數計算的研究[D].西安：西安理工大學，2019.

[4] 張建國.CSC-101C數字式超高壓線路高頻保護雙通道改造策略[J].貴州電力技術，2016，19（12）：24-25，43.

[5] 索寅生.超高壓及特高壓輸電線路耐張塔型帶電作業方法研究[D].北京：華北電力大學，2018.

[6] 孫宏宇.500kV超高壓輸電線路故障與對策分析[J].集成電路應用，2020，37（10）：156-157.