朱 亮

（上海交通大學(xué)電氣工程系，上海 200240）

0 引言

500 k V練塘變電站（以下簡稱練塘站）落點(diǎn)于上海西南部地區(qū)的負(fù)荷中心，用以緩解上海西南部電網(wǎng)的供電緊張局面，減輕上海電網(wǎng)通道送電壓力，加強(qiáng)上海電網(wǎng)主網(wǎng)架，增強(qiáng)上海電網(wǎng)可靠性。2011年3月練塘站投運(yùn)，上海電網(wǎng)西南部形成練塘—泗涇—南橋—亭衛(wèi)—練塘的雙環(huán)網(wǎng)。同時(shí)，上海東南部大截面外半環(huán)（泗涇—練塘—亭衛(wèi)—遠(yuǎn)東—顧路）也全部形成，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)可靠，有利于葛滬直流的增容改造，遠(yuǎn)景還將擴(kuò)建1000 k V滬西特高壓變電站（毗鄰練塘變）。

練塘站的電壓等級為500 k V、220 k V、35 k V，500 k V系統(tǒng)采用3／2開關(guān)接線，2組主變壓器（1號和6號）和6回聯(lián)絡(luò)線（亭衛(wèi)2回、楓涇2回、泗涇2回），組成4個不完整串和2個完整串。

本文主要介紹500 k V線路數(shù)字化保護(hù)裝置PRS-753B，在練塘站的一些應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

500 k V練塘站是上海第一座數(shù)字化變電站，采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，全站分為站控層與間隔層兩層。保護(hù)裝置、測控裝置均采用IEC 61850傳輸協(xié)議并采用MMS.A網(wǎng)絡(luò)和MMS.B網(wǎng)絡(luò)。全站保護(hù)裝置均為數(shù)字化設(shè)備，上傳信息到站控層有兩種方式：第一種方式是保護(hù)裝置通過電纜與測控設(shè)備連接，并由測控裝置按照IEC 61850協(xié)議，通過光纜上傳信息到MMS.A／B網(wǎng)及監(jiān)控系統(tǒng)；第二種方式是保護(hù)裝置直接按照IEC 61850協(xié)議，通過光纜上傳信息到MMS.A／B網(wǎng)及監(jiān)控系統(tǒng)。練塘站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 練塘站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 PRS-753B保護(hù)裝置

2.1 保護(hù)裝置功能

保護(hù)裝置PRS-753B與其配套的遠(yuǎn)跳就地判別裝置PRS-725A，均支持電力行業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)DL／T 667-1999（IEC 60870-5-103）和新一代數(shù)字化變電站通信標(biāo)準(zhǔn)IEC 61850。

PRS-753B具有以分時(shí)分段原理構(gòu)成的分相電流差動元件為全線速動的主保護(hù)，配有零序電流差動元件的后備差動段，集成了全套的距離及零序保護(hù)作后備保護(hù)，并配有靈活的自動重合閘功能。保護(hù)裝置PRS-725A根據(jù)運(yùn)行要求，可以投入補(bǔ)償過電壓、補(bǔ)償欠電壓、電流變化量、零負(fù)序電流、低電流、低功率因數(shù)、低功率等就地判據(jù)，還具有過電壓保護(hù)和過電壓啟動發(fā)信的功能，用以提高遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)裝置的可靠性。

2.2 光纖差動原理

保護(hù)裝置PRS-753B在光纖差動保護(hù)原理上，與練塘站的其它線路保護(hù)裝置相比，有本質(zhì)上的區(qū)別。

比如，保護(hù)裝置PCS-931GMM，采用一般的光纖差動原理，其判據(jù)表達(dá)式通常為：

式中：ΔId為線路兩側(cè)保護(hù)同一時(shí)刻電流采樣值的差動電流；ΔIr為線路兩側(cè)保護(hù)同一時(shí)刻電流采樣值的制動電流；k為保護(hù)的制動系數(shù)；I0為差動電流起動值。

當(dāng)式（1）及式（2）同時(shí)成立時(shí)，即判為線路區(qū)內(nèi)故障。

而保護(hù)裝置PRS-753B是利用兩側(cè)電流的大小及故障時(shí)間，依分段分時(shí)的原則，選擇差動繼電器的動作判據(jù)，并采用一種全新的相關(guān)差動原理，其判據(jù)表達(dá)式通常為：

1）相關(guān)差動的基本起動判據(jù)

2）相關(guān)差動保護(hù)判據(jù)

式中：m，n分別為線路兩側(cè)的保護(hù)裝置；j為采樣點(diǎn)數(shù)的變量（由起動元件確定的故障發(fā)生時(shí)刻算起）；p為當(dāng)前采樣點(diǎn)序號（由起動元件確定的故障發(fā)生時(shí)刻算起）；Δt為采樣間隔；IN為電流互感器二次側(cè)的額定電流；Edz為動作門檻值（取固定值）。

當(dāng)式（3）中的兩式均成立，且式（4）也成立，判為區(qū)內(nèi)故障。式（3）及式（4）都具有限時(shí)動作的特性，且在故障起始1個周波（20 ms）之后，該判據(jù)自動退出。

保護(hù)裝置PRS-753B采用的光纖差動新判據(jù)，能夠快速地切除對系統(tǒng)穩(wěn)定威脅較大的大電流內(nèi)部故障。由于它采用的是故障分量電流瞬時(shí)值的累加（積分），對于內(nèi)部故障，該積分值的結(jié)果為正，而且內(nèi)部故障愈嚴(yán)重，該電流積分值愈大，因此判斷故障也愈快。而對于外部故障，該積分值的結(jié)果為負(fù)，時(shí)間越長，反時(shí)限的動作特性和良好的故障選擇性也將越明顯。

除了和傳統(tǒng)光纖差動保護(hù)一樣，可以抗電流互感器（TA）飽和與不受系統(tǒng)振蕩影響外，保護(hù)裝置PRS-753B還具有傳統(tǒng)光纖差動保護(hù)所沒有的天然抗電容電流能力，內(nèi)部故障時(shí)無需進(jìn)行電容電流補(bǔ)償。易知，超高壓輸電線路在發(fā)生線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)，由于電容電流的影響，會使線路兩端的故障電流出現(xiàn)較大相差，而如果傳統(tǒng)光纖差動保護(hù)沒有采取相應(yīng)措施，就有可能引起保護(hù)拒動，所以傳統(tǒng)光纖差動判據(jù)需要消除電容電流對于差動保護(hù)的影響。

比如，在保護(hù)裝置PCS-931GMM的差動判據(jù)中，就需要對式（2）中的I0進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)電容電流補(bǔ)償（控制字）投入時(shí)，I0為“1.5倍差動電流定值”（整定值）和4倍實(shí)測電容電流（實(shí)測電容電流由正常運(yùn)行時(shí)未經(jīng)補(bǔ)償?shù)牟盍鳙@得）的大值；當(dāng)電容電流補(bǔ)償不投入時(shí)，I0為“1.5倍差動電流定值”（整定值）、4倍實(shí)測電容電流和1.5UN／XC（UN為線路額定電壓，XC為線路容抗）的大值。而在保護(hù)裝置PRS-753B的差動判據(jù)中，瞬時(shí)故障電流的積分值不會改變符號，這是由于線路兩端的故障分量電流即使受到電容電流的影響，它們的基本相位關(guān)系卻不會改變，由于其它本身的反時(shí)限動作特性，電容電流最多影響判據(jù)的動作速度，而不會引起保護(hù)的拒動。

2.3 保護(hù)通道

保護(hù)裝置PRS-753B提供了2組由光纖以太網(wǎng)接口組成線路保護(hù)的雙通道，其中A通道為專用通道，B通道為復(fù)用通道。同時(shí)還提供了3組雙絞線以太網(wǎng)接口作為站內(nèi)自動化通信接口。由于練塘站的站控層與間隔層之間的信號傳輸介質(zhì)是光纖，而保護(hù)裝置PRS-753沒有提供專用的光纖以太網(wǎng)接口，需要將信號通過外置式電—光轉(zhuǎn)換器NET-OPT后（需要外接直流電源），才能接入站控層的MMS網(wǎng)。

專用通道由保護(hù)裝置PRS-753B的光接口輸出，接至保護(hù)室光配架通信網(wǎng)接口屏，再經(jīng)4芯單模尾纜，接至通信室光纖配線架后上線路OPGW至對側(cè)。

復(fù)用通道由保護(hù)裝置PRS-753B的光接口輸出，接至屏內(nèi)光纜終端盒（熔接），經(jīng)4芯單模尾纜，接至通信室通信接口屏內(nèi)的光纜終端盒（熔接），由屏內(nèi)光—電轉(zhuǎn)換裝置EOC-700轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)同軸電纜接至數(shù)字配線架，再由SDH設(shè)備轉(zhuǎn)換成復(fù)用光信號，接至光纖配線架后上線路OPGW至對側(cè)。

2.4 通信接口

不同保護(hù)裝置生產(chǎn)廠商所提供的自動化通信接口比較，如圖2所示。

1）保護(hù)裝置CSC-103A提供2組光纖以太網(wǎng)接口，可以直接接入站控層的MMS網(wǎng)，如圖2（a）所示。

2）保護(hù)裝置PCS-931GMM提供2組光纖及2組雙絞線以太網(wǎng)接口，可以通過光纖以太網(wǎng)接口直接接入站控層的MMS網(wǎng)，如圖2（b）所示。

3）保護(hù)裝置PRS-753B提供3組雙絞線以太網(wǎng)接口及外置式電光轉(zhuǎn)換器NET-OPT，可以通過專用的光纖以太網(wǎng)接口接入站控層的MMS網(wǎng)，如圖2（c）所示。

通過比較可以看出：1）保護(hù)裝置CSC-103A（包括遠(yuǎn)跳就地判別裝置），已經(jīng)針對數(shù)字化變電站的信息傳輸要求，進(jìn)行了設(shè)計(jì)和升級。2）保護(hù)裝置PCS-931GMM應(yīng)用在新建數(shù)字化變電站的同時(shí)，兼顧了傳統(tǒng)的站控層與間隔層采用雙絞線為傳輸介質(zhì)的信息傳輸要求，如黃渡和徐行變電站。3）保護(hù)裝置PRS-753B只具備傳統(tǒng)型變電站的信息傳輸要求，在數(shù)字化變電站的應(yīng)用中，通過外部配置電—光轉(zhuǎn)換器來解決初始硬件的設(shè)計(jì)不足。由于電—光轉(zhuǎn)換器需要外接直流電源，而且接線比較復(fù)雜，可能會影響保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

圖2 練塘站保護(hù)裝置背視圖

2.5 差動保護(hù)投退

在差動保護(hù)投退時(shí)，需要考慮與之相關(guān)的遠(yuǎn)方跳閘功能。保護(hù)裝置PRS-753B與保護(hù)裝置CSC-103A一樣，都可以通過差動投退保護(hù)屏上的“差動保護(hù)投入”壓板（1KLP1）來啟用或停用保護(hù)裝置的差動功能，而不會影響保護(hù)通道的正常運(yùn)行及遠(yuǎn)方跳閘功能。保護(hù)裝置PCS－931GMM沒有單獨(dú)設(shè)立連接壓板，而是把差動保護(hù)投退與通道投退功能高度整合，通過同時(shí)投退“差動保護(hù)通道A投入”壓板（1LP2）和“差動保護(hù)通道B投入”壓板（1LP3）來啟用或停用保護(hù)裝置的差動功能。此時(shí)，保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方跳閘功能，因?yàn)楸Ｗo(hù)通道的退出而失效。

表1 練塘站差動保護(hù)通道投退

2.6 差動保護(hù)通道投退

在差動保護(hù)通道投退時(shí)，需要考慮與之相關(guān)的遠(yuǎn)方跳閘功能。保護(hù)裝置PRS-753B可以通過投退“差動保護(hù)通道A投入”與“差動保護(hù)通道B投入”兩塊壓板來選擇檢修哪一路保護(hù)通道。正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)停用“差動保護(hù)通道A投入”與“差動保護(hù)通道B投入”這兩塊壓板時(shí)，保護(hù)屏上的告警燈“通道A故障”或“通道B故障”或“雙通道故障”會相應(yīng)亮起，這些告警燈只是反映壓板的投退狀態(tài)，而不是作為保護(hù)通道是否正常的依據(jù)。真正判斷保護(hù)通道實(shí)際運(yùn)行狀況的是保護(hù)裝置PRS-753B面板上的“通道故障”燈，只要有一路保護(hù)通道發(fā)生故障，就會即時(shí)點(diǎn)亮，用以提醒運(yùn)行人員注意。

在保護(hù)裝置PCS-931GMM的線路保護(hù)屏上沒有告警燈，只在保護(hù)裝置面板上設(shè)置 “通道A異?！迸c“通道B異常”告警燈，與“差動保護(hù)通道A投入”與“差動保護(hù)通道B投入”兩塊壓板的投退無關(guān)，僅反映保護(hù)通道的實(shí)際運(yùn)行狀況。

保護(hù)裝置CSC-103A通過線路保護(hù)屏上的4個位置切換開關(guān)來選擇保護(hù)通道的投退，在保護(hù)屏上設(shè)有“通道A告警”與“通道B告警”告警燈。它們只與保護(hù)通道的實(shí)際運(yùn)行狀況有關(guān)，而與“通道運(yùn)行方式切換開關(guān)”的投切位置無關(guān)。保護(hù)裝置CSC-103A面板上的“通道故障”燈與保護(hù)裝置PRS-753B一樣，僅反映任何一路的保護(hù)通道的實(shí)際運(yùn)行狀況。

當(dāng)保護(hù)通道處于“雙通道檢修”時(shí)，保護(hù)裝置PRS-753B與保護(hù)裝置CSC103A一樣，保護(hù)差動雖投入但其出口被閉鎖，而保護(hù)裝置PCS-931GMM的差動功能則直接陪停，如表1所示。

保護(hù)裝置PRS-753B在差動投退和保護(hù)通道投退上，給系統(tǒng)運(yùn)行和值班人員操作，提供了靈活和方便。

3 結(jié)語

通過以上分析和比較，最終認(rèn)為：①保護(hù)裝置PRS-753B的差動保護(hù)原理比較新穎；②在數(shù)字化變電站的應(yīng)用上，對一些硬件的功能由于設(shè)計(jì)初期考慮不周，還需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)；③在運(yùn)行操作上，相較于其他線路的保護(hù)，具有一定的靈活性和可操作性；④建議加大監(jiān)測保護(hù)裝置的健康水平和深度排查隱患，積累數(shù)字化變電站的日常運(yùn)維和處理事故經(jīng)驗(yàn)，提高變電站的安全運(yùn)行水平。