220 kV線路光纖差動(dòng)保護(hù)改造

摘要：為了徹底解決南嶺線220 kV線路保護(hù)時(shí)常發(fā)生的通道故障，將原有高頻通道更改為光纖通道。現(xiàn)結(jié)合該220 kV線路保護(hù)光纖化改造工程實(shí)踐，重點(diǎn)介紹了光纖通道的組成、縱聯(lián)光纖差動(dòng)的原理以及縱聯(lián)通道的調(diào)試。

關(guān)鍵詞：高頻通道;光纖化改造;通道聯(lián)調(diào)

0 ? ?引言

南椏河發(fā)電廠位于四川石棉縣境內(nèi)，為南椏河流域梯級(jí)規(guī)劃“一庫六級(jí)”自下而上的第三座水電站，廠房距石棉縣城約11 km。電站為徑流引水式電站，裝機(jī)容量3×40 MW+3×3 MW，最大引用流量為54 m3/s。電站以一回220 kV線路（南棉線）經(jīng)新棉開關(guān)站接入四川電網(wǎng)，以一回220 kV線路（南嶺線）接入相嶺變西昌電網(wǎng)。

其中南嶺線原1#保護(hù)采用南自PSL-601U保護(hù)裝置，該裝置的主保護(hù)為高頻方向距離保護(hù)，其原理是比較被保護(hù)線路兩側(cè)的功率方向，利用輸電線路作為高頻載波通道傳送保護(hù)閉鎖信號(hào)。但是高頻載波通道存在較多的加工設(shè)備——結(jié)合濾波器、耦合電容器、高頻阻波器等，受外界環(huán)境影響大，可靠性低，自2019年以來，時(shí)常有通道故障發(fā)生，嚴(yán)重制約了南嶺線1#保護(hù)的安全運(yùn)行。電廠多次組織各方技術(shù)人員對(duì)高頻載波通道進(jìn)行了分析和檢查處理，故障未得到根治。

根據(jù)國網(wǎng)公司對(duì)南嶺線1#保護(hù)進(jìn)行光纖化改造的要求，我站將南嶺線1#保護(hù)原南自PSL-601U保護(hù)裝置更換為南自PSL-603U保護(hù)裝置，將高頻通道更改為光纖復(fù)用通道。

1 ? ?改造后的保護(hù)配置

光纖技術(shù)的應(yīng)用主要是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。本次改造采用光纖復(fù)用通道方式，由繼電保護(hù)設(shè)備、數(shù)字復(fù)用接口設(shè)備、2M線、尾纖等組成，最終接入SDH設(shè)備進(jìn)行信號(hào)的傳遞，如圖1所示。

南自PSL-603U保護(hù)裝置是以縱聯(lián)電流差動(dòng)（分相電流差動(dòng)和零序電流差動(dòng)）為主保護(hù)的全線速動(dòng)保護(hù)，另外還設(shè)有快速距離保護(hù)、三段式相間保護(hù)、接地距離保護(hù)、零序方向過流保護(hù)。保護(hù)裝置分相跳閘出口，具有自動(dòng)重合閘功能，可實(shí)現(xiàn)單相重合閘、三相重合閘、禁止重合閘和停用重合閘功能。

南自PSL-603U保護(hù)裝置線路保護(hù)可用作220 kV及以上電壓等級(jí)輸電線路的主、后備保護(hù)，是新一代支持?jǐn)?shù)字化變電站的保護(hù)裝置。該裝置支持電力行業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)IEC 60870-5-103和新一代變電站通信標(biāo)準(zhǔn)IEC 61850。

2 ? ?改造后的保護(hù)變動(dòng)

保護(hù)裝置由PSL-601U更改為PSL-603U后，除了主保護(hù)由縱聯(lián)方向更改為光纖差動(dòng)外，涉及的變動(dòng)，包括原理和回路上的，主要有以下幾點(diǎn)：

2.1 ? ?遠(yuǎn)方跳閘

對(duì)于601U縱聯(lián)方向保護(hù)，遠(yuǎn)跳采用的是本側(cè)停止向?qū)?cè)“發(fā)信”的方式，使對(duì)側(cè)結(jié)合自身的保護(hù)判斷，“遠(yuǎn)跳”動(dòng)作。如圖2所示，當(dāng)故障發(fā)生在斷路器和電流互感器之間時(shí)（圖2中的K點(diǎn)），M側(cè)保護(hù)判斷為反方向故障，一直發(fā)閉鎖信號(hào)閉鎖兩側(cè)的保護(hù);當(dāng)M側(cè)的斷路器由本側(cè)的母差保護(hù)跳開后，TJR動(dòng)作接點(diǎn)開入M側(cè)保護(hù)，使M側(cè)停信，即停止向兩側(cè)發(fā)“閉鎖信號(hào)”;N側(cè)保護(hù)判斷為正方向故障，不再收到M側(cè)發(fā)來的閉鎖信號(hào)，N側(cè)跳閘。

對(duì)于603U光纖差動(dòng)，遠(yuǎn)跳采用的是本側(cè)向?qū)?cè)發(fā)送遠(yuǎn)跳信號(hào)，對(duì)側(cè)結(jié)合自身保護(hù)跳閘，“遠(yuǎn)跳”動(dòng)作。

如圖2所示，當(dāng)故障發(fā)生在斷路器和電流互感器之間時(shí)，光纖差動(dòng)保護(hù)判斷為區(qū)外故障，差動(dòng)元件的啟動(dòng)電流為零，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)M側(cè)的斷路器由本側(cè)的母差保護(hù)跳開后，TJR接點(diǎn)動(dòng)作，M側(cè)保護(hù)裝置遠(yuǎn)跳功能開入點(diǎn)變?yōu)楦唠娖剑⒓聪騈側(cè)發(fā)遠(yuǎn)跳信號(hào)。N側(cè)保護(hù)接收到該信號(hào)后，經(jīng)由“保護(hù)啟動(dòng)”作為就地判據(jù)，驅(qū)動(dòng)TA、TB、TC、TQ、TR出口跳閘繼電器。

2.2 ? ?繼電保護(hù)信息子站

線路保護(hù)裝置改造完成后，需在繼電保護(hù)信息子站進(jìn)行相關(guān)配置。配置完成后，利用繼電保護(hù)儀，依次模擬縱聯(lián)差動(dòng)、距離保護(hù)、零序保護(hù)，使603U保護(hù)裝置動(dòng)作，跳A出口、跳B出口、跳C出口、重合閘出口等動(dòng)作，驗(yàn)證信號(hào)上送的正確性。

2.3 ? ?開入/開出回路

改造時(shí)，需要對(duì)保護(hù)裝置的功能開入壓板進(jìn)行重新規(guī)劃和接線，要注意區(qū)分DC24 V和DC220 V的工作范圍，避免誤接線，造成裝置損壞;對(duì)于信號(hào)啟動(dòng)開關(guān)站故障錄波和信號(hào)上送開關(guān)站LCU，需要對(duì)更改后的信號(hào)名稱進(jìn)行重新定義。

3 ? ?通道聯(lián)調(diào)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)

光纖電流差動(dòng)保護(hù)利用流入線路和流出線路的電流相量和進(jìn)行選擇（即基爾霍夫電流定理），通過光纖通道將兩側(cè)TA連接在一起，從而將整個(gè)線路當(dāng)成像變壓器或發(fā)電機(jī)一樣的元件來完成差動(dòng)保護(hù)。

3.1 ? ?對(duì)側(cè)電流及差流檢查

由于線路兩側(cè)CT存在變比差異，保護(hù)裝置需要設(shè)置本側(cè)實(shí)際的變比，保證正常運(yùn)行狀態(tài)下保護(hù)裝置的差流為零。對(duì)于CT變比不一致的線路，將兩側(cè)保護(hù)裝置的“CT一次額定值”定值整定一致，本側(cè)三相不加電流，在對(duì)側(cè)加入三相對(duì)稱的電流，大小為額定電流，要求本側(cè)保護(hù)裝置不啟動(dòng)，觀察本側(cè)、對(duì)側(cè)的三相電流、三相差流為額定電流。

試驗(yàn)方法：

例如：有兩段系統(tǒng)，M側(cè)的CT變比為750/5，N側(cè)的CT變比為300/5，需將N側(cè)的CT變比臨時(shí)整定為750/5（試驗(yàn)后改回）。

若M側(cè)三相A、B、C分別加入3 A、4 A、5 A，則N側(cè)三相A、B、C分別顯示為3 A、4 A、5 A;反之，若N側(cè)三相A、B、C分別加入3 A、4 A、5 A，則M側(cè)三相A、B、C分別顯示為3 A、4 A、5 A。

3.2 ? ?TWJ啟動(dòng)試驗(yàn)

模擬線路空充時(shí)故障或空載時(shí)發(fā)生故障：M側(cè)開關(guān)在分位，N側(cè)開關(guān)在合位，在N側(cè)模擬各種故障，故障電流大于差動(dòng)保護(hù)定值（2 A），N側(cè)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，M側(cè)不動(dòng)作，如表1所示。

3.3 ? ?弱饋啟動(dòng)試驗(yàn)

模擬弱饋功能：M側(cè)開關(guān)在合位，兩側(cè)“差動(dòng)保護(hù)”硬壓板及軟壓板都投入，“縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)”控制字置“1”;N側(cè)開關(guān)在合位，在N側(cè)加正常的三相電壓，無PT斷線告警信號(hào)，在N側(cè)模擬各種故障同時(shí)要求滿足相電壓或相間電壓小于65%額定電壓或零序電壓突變量Δ3U0>1 V，故障電流大于差動(dòng)保護(hù)定值（2 A），M、N兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)均動(dòng)作跳閘，如表2所示。

3.4 ? ?遠(yuǎn)方跳閘

遠(yuǎn)跳不經(jīng)本側(cè)啟動(dòng)閉鎖的試驗(yàn)：N側(cè)開關(guān)在合位，保護(hù)裝置中將“遠(yuǎn)跳受啟動(dòng)元件控制”控制字置“0”，在M側(cè)啟動(dòng)TJR使保護(hù)遠(yuǎn)跳開入，N側(cè)保護(hù)在收到對(duì)側(cè)遠(yuǎn)跳信號(hào)后立即跳閘。

遠(yuǎn)跳經(jīng)本側(cè)啟動(dòng)閉鎖的試驗(yàn)：N側(cè)開關(guān)在合位，保護(hù)裝置中將“遠(yuǎn)跳受啟動(dòng)元件控制”控制字置“1”;同樣在M側(cè)啟動(dòng)TJR使保護(hù)遠(yuǎn)跳開入，N側(cè)保護(hù)在收到對(duì)側(cè)遠(yuǎn)跳信號(hào)，同時(shí)N側(cè)保護(hù)裝置有故障元件啟動(dòng)的情況下，N側(cè)保護(hù)才能跳閘。

4 ? ?結(jié)語

通信技術(shù)的迅猛發(fā)展使得光纖通信日趨成熟，隨著電網(wǎng)可靠性需求的日益提高，光纖保護(hù)代替高頻保護(hù)已成為必然趨勢(shì)。本次改造實(shí)現(xiàn)了線路保護(hù)的光纖化應(yīng)用，借助光纖通道的穩(wěn)定性，提高了線路保護(hù)的抗干擾能力，保障了設(shè)備運(yùn)行的安全性。

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[3] 國電南自.PSL-603U系列線路保護(hù)裝置說明書[Z]，2013.

收稿日期：2021-04-12

作者簡(jiǎn)介：吳銳（1986—），男，四川榮縣人，工程師，從事水電站機(jī)電設(shè)備檢修維護(hù)工作。