李春松

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置有機(jī)電型、整流型、集成電路型和微機(jī)保護(hù)型，前幾種逐漸退出，微機(jī)保護(hù)現(xiàn)在已成為主流。湘東某中型水電廠1992年投入運(yùn)行發(fā)電，采用的是機(jī)電型的繼電保護(hù)裝置，運(yùn)行20余年，近年來，設(shè)備逐漸老化，維護(hù)困難，甚至發(fā)生誤跳閘、拒跳現(xiàn)象。電廠在2015年啟動改造，現(xiàn)項(xiàng)目已經(jīng)完工?，F(xiàn)將該電廠110 kV送出線線路保護(hù)改造的若干問題分析及解決方案分享如下，以供同類型的項(xiàng)目工程技術(shù)人員參考。

1 原距離保護(hù)的缺陷

該電廠通過一條長15.39 km的110 kV線路送出至大電網(wǎng)，原來的保護(hù)采用許繼PXH-25型線路保護(hù)屏，該屏由LH-15型距離保護(hù)裝置和ZLL-2型三段零序電流保護(hù)裝置外加SF-1B型收發(fā)訊機(jī)構(gòu)成高頻閉鎖距離保護(hù)和高頻閉鎖零序保護(hù)［1］。其保護(hù)的基本原理是，通過降低動作整定值，來延長距離I段的保護(hù)范圍，通過對端或本端發(fā)來的高頻功率方向信號來區(qū)別區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障，從而達(dá)到全線速動保護(hù)功能［2］。但隨著運(yùn)行時間越來越久，元器件老化，多次發(fā)生極化繼電器接點(diǎn)粘接以及保護(hù)動作后不能復(fù)歸的情況，可靠性大大降低，必須進(jìn)行更換改造。

2 保護(hù)裝置的選型設(shè)計(jì)問題

2.1 確定主保護(hù)的類型，是進(jìn)行保護(hù)裝置選型的前提

確定比選的方案為：方案一：由高頻距離保護(hù)構(gòu)成的全線速動保護(hù)；方案二：由光纖距離保護(hù)構(gòu)成的全線速動保護(hù)；方案三：由光纖縱聯(lián)差動保護(hù)構(gòu)成的全線速動保護(hù)。它們比較如表1。

綜上，決定改光纖差動保護(hù)作為110 kV送出線路的主保護(hù)。

2.2 保護(hù)裝置的選型及本項(xiàng)目應(yīng)有的功能配置

經(jīng)多方面比較，采用北京四方繼保公司的CSC-163A線路保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置采用光纖通道，適用于110 kV中性點(diǎn)直接接地的大電流接地系統(tǒng)的輸電線路。圖1為系統(tǒng)連接示意圖。

表1 主保護(hù)類型的比較

圖1 系統(tǒng)連接示意圖

（1）采用分相式電流差動保護(hù)和零序電流差動保護(hù)作為全線速斷主保護(hù)；

（2）采用三段相間距離、PT斷線后的兩段過流保護(hù)功能、過流保護(hù)作為相間故障的后備保護(hù)；采用三段接地距離保護(hù)、四段零序電流保護(hù)作為接地故障的后備保護(hù)；

（3）另外，裝置具備測距功能、三相一次重合閘功能、具有CT斷線閉鎖、CT飽和檢測及CT變比補(bǔ)償功能、可傳送“遠(yuǎn)跳”和“遠(yuǎn)傳”命令、具有用通道監(jiān)視、誤碼檢測；

（4）通信方式：選用專用光纖通道，配置雙路光纖接口，實(shí)現(xiàn)雙通道無延時切換；

（5）具有低周減載、低壓減載功能［3］。

3 保護(hù)裝置的更換安裝的問題

3.1 改造安裝施工管理

改造項(xiàng)目相比新安裝項(xiàng)目有其特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在：其原有設(shè)備在投運(yùn)狀態(tài)，設(shè)備與外圍接線已經(jīng)確定，待更換設(shè)備只能在原設(shè)備和原有外圍接線的基礎(chǔ)上進(jìn)行，安裝接線比新安裝設(shè)備更復(fù)雜；改造項(xiàng)目一般工期較緊張，盡量少影響正常的生產(chǎn)；所以客觀上要求施工管理更嚴(yán)格，施工人員素質(zhì)更高。

一般，施工前應(yīng)制定切實(shí)可行的施工組織設(shè)計(jì)和關(guān)鍵工序施工方案。本項(xiàng)目的施工方案應(yīng)包括）改造施工方案及作業(yè)指導(dǎo)書；調(diào)試方案及作業(yè)指導(dǎo)書等。

3.2 改造實(shí)施注意事項(xiàng)

（1）改造實(shí)施之前，技術(shù)負(fù)責(zé)人必須做好技術(shù)安全準(zhǔn)備與現(xiàn)場勘察工作。首先會同安裝施工人員按照圖紙對一次設(shè)備、二次設(shè)備進(jìn)行對比，熟練掌握所有電纜的走向，確定每一臺屏柜、每一個裝置、每一根電纜、每一個連接片、每一個端子的去留，做好施工設(shè)計(jì)工作。本案例，由于原低周低壓屏的功能已經(jīng)整合在CSC-163A的線路保護(hù)中，原屏可以取消，新保護(hù)屏安裝在該位置，恰好緊挨著原線路保護(hù)屏，原電纜有足夠的余地，大都可以利用，還可以減少停電時間。

在具體操作之前還應(yīng)由技術(shù)負(fù)責(zé)人向設(shè)備安裝調(diào)試人員做好技術(shù)交底工作。

（2）改造宜利用枯水季節(jié)進(jìn)行，改造時110 kV線路應(yīng)停運(yùn)，應(yīng)做好電廠的備用電源轉(zhuǎn)投運(yùn)工作，線路兩側(cè)的改造同步進(jìn)行，開工前應(yīng)辦好電氣第一種工作票。改造的大致工序有：拆除舊屏，新屏就位；系統(tǒng)接線；保護(hù)定值整定、系統(tǒng)調(diào)試（包整組試驗(yàn)）、兩側(cè)聯(lián)調(diào)。

拆、接電源時，應(yīng)防止人身觸電事故；拆除保護(hù)屏，新屏就位，應(yīng)防止遺漏及誤恢復(fù)事故；拆動電壓回路時，應(yīng)防止電壓回路接地、短路；拆動電流回路時，應(yīng)防止CT二次回路開路［4］。

4 差動保護(hù)的整定問題

傳統(tǒng)的差動保護(hù)為保證選擇性應(yīng)按躲過外部故障時的不平衡電流整定，這樣就降低了區(qū)內(nèi)故障時的靈敏度，而CSC-163保護(hù)裝置采用比率制動特性，引入外部故障時的電流作為制動量，在內(nèi)部故障時制動量很小、動作量很大，靈敏度高；外部故障時制動量大，動作量小，避免了誤動作。該型線路保護(hù)裝置電流差動保護(hù)配有分相式電流差動保護(hù)和零序電流差動保護(hù)。

（1）分相式電流差動保護(hù)采用雙比率制動特性，動作曲線見圖2，動作方程如下：

其中 ： IOP= ||I?M+I?N， Ires= ||I?M-I?N；

I?M、I?N：線路兩側(cè)的電流相量，分別以母線指向線路為正；

IOP：差動電流；Ires：制動電流；IDZ：差動定值。

差動定值IDZ，本質(zhì)上是繼電器動作門檻電流。在區(qū)外故障或正常運(yùn)行帶負(fù)荷電流的情況下，流過保護(hù)的是穿越性電流，這時，差動電流IOP很小，為線路兩側(cè)電流互感器帶來的不平衡電流，制動電流Ires很大，為兩倍穿越電流，不會帶來保護(hù)誤動；但線路電容電流是從線路區(qū)內(nèi)流向大地，構(gòu)成差動電流，當(dāng)空載投線路時，制動電流也很小，可能誤動；區(qū)外故障切除時，由于高頻分量的存在，使電容電流急劇增大，而制動電流減小，也可能發(fā)生誤動；在圖2所示的曲線上，當(dāng)空載時，制動電流Ires為零，差動定值要躲過線路充電時的電容電流，一般按實(shí)測電容電流的2.5倍來整定；本案例中電容電流非常小，不到10 A，可以適當(dāng)抬高整定值，按一次40 A整定，轉(zhuǎn)化為二次值為0.667 A。

裝置采用雙斜率，當(dāng)區(qū)外故障時，由于CT的特性惡化或嚴(yán)重飽和，產(chǎn)生傳變誤差，這時通過抬高斜率，有效地防止了誤動作。

裝置對CT斷線的情況有兩種處理方式：閉鎖或不閉鎖保護(hù)。當(dāng)不閉鎖保護(hù)時，斷線相的差動電流IOP變?yōu)樨?fù)荷電流，制動電流Ires也變?yōu)樨?fù)荷電流，這時必須差動定值必須躲過最大負(fù)荷電流，本案例中，整定為一次電流330 A，二次電流5.5 A。

2.語法混亂：用正確的時態(tài)寫作是英語作文的最基本要求。有些人寫作時亂用時態(tài)，不知道不同時間發(fā)生的事情應(yīng)該用不同的時態(tài)來表述。在英語中，通常詞性發(fā)生變化時，詞形就會發(fā)生變化，同時用法也會不同，但很多人寫作時常常忽略英語詞性的變化。

（2）當(dāng)經(jīng)高電阻接地短路后，由于差動電流很小，在重負(fù)荷的情況下制動電流又很大，如果只配備分相差動保護(hù)，很可能會發(fā)生保護(hù)拒動的問題，因此必須配備零序電流差動保護(hù)。零序電流差動保護(hù)采用單比率制動特性，動作曲線見圖3，動作方程如下：

圖2 分相差動電流保護(hù)的動作特性

圖3 零序差動電流保護(hù)的動作特性

ID0：零序差動電流；IB0：零序制動電流；I0Z：零序差動電流定值，按躲過區(qū)外故障最大零序不平衡電流并保證內(nèi)部高阻接地故障有靈敏度整定。由于涉及到電網(wǎng)參數(shù)和短路計(jì)算，這里不再展開，本項(xiàng)目中設(shè)為一次電流60 A，二次值為1 A。

5 距離保護(hù)的整定和動作特性

保護(hù)的整定，由于線路的參數(shù)、負(fù)荷情況、兩側(cè)CT都沒有變化，所以阻抗定值沿用原有定值，不再贅述。但采用CSC-163A線路保護(hù)裝置采用特殊四邊形動作特性，能有效地減小短路點(diǎn)過渡電阻，造成保護(hù)的不正確動作。圖4為相間距離元件和接地距離元件的動作特性。相比原有距離保護(hù)的方向圓特性，特性上也加以改進(jìn)了。

圖4 距離元件動作特性

圖4 中，XDZ為阻抗定值ZZD折算到X的電抗分量；RDZ按躲事故過負(fù)荷情況下的負(fù)荷阻抗整定，可滿足長、短線路的不同要求，提高了短線路允許過渡電阻的能力，以及長線路避越負(fù)荷阻抗的能力；選擇的多邊形上邊下傾角（如圖4中的7°下傾角），可提高躲區(qū)外故障情況下的防超越能力。

在重合或手合時，阻抗動作特性在原有基礎(chǔ)上，再疊加上一個包括座標(biāo)原點(diǎn)的小矩形特性，稱為阻抗偏移特性動作區(qū)，以保證PT在線路側(cè)時也能可靠切除出口故障。在三相短路時，距離Ⅲ段也采用偏移特性。

6 低周低壓解列和重合閘功能的問題

該水電廠為弱電源并網(wǎng)，上一級220 kV永和變電站一方面從大電網(wǎng)中獲得電能，另一方面接納該電廠的電能，當(dāng)大電網(wǎng)的供電線路故障跳閘時，該電廠的發(fā)電功率供不應(yīng)求，頻率電壓都將下降，這時必須將該電廠迅速解列，以保證大電網(wǎng)的供電線路檢無壓重合閘成功，保證永和變電站的用戶供電可靠性。所以，低周低壓解列功能不能取消，實(shí)際操作中取消低周低壓解列屏，整合在CSC-163A保護(hù)裝置中。保護(hù)定值按原定值不變，低周設(shè)為48.5 Hz延時0.5秒，低壓為70%額定值，延時0.5秒［5］。

重合閘功能應(yīng)設(shè)為檢同期，防止非同期合閘。

7 保護(hù)裝置改造后的調(diào)試問題

更換保護(hù)裝置并系統(tǒng)接好線后，最重要的是，必須按照《調(diào)試方案及作業(yè)指導(dǎo)書》進(jìn)行一次全面的系統(tǒng)的調(diào)試。特別注意以下幾個方面。

7.1 回路接線檢查

另外，保護(hù)的正確邏輯判斷及接線的正確性還有賴于開關(guān)量輸入回路的正確可靠動作。實(shí)際校驗(yàn)的方法是：投退壓板、切換開關(guān)或用短接線將相關(guān)的輸入回路加電壓，通過查詢保護(hù)裝置的變位來校驗(yàn)接線是否正確；進(jìn)行對外跳合閘回路的檢查，通過裝置開出傳動進(jìn)行試驗(yàn)，查看能否進(jìn)行跳合閘，查看接線的正確性［6］。

7.2 保護(hù)功能試驗(yàn)和整組試驗(yàn)

應(yīng)該嚴(yán)格按照保護(hù)原理結(jié)合裝置技術(shù)說明書，逐一進(jìn)行試驗(yàn)，要全面考慮各個方面，不得漏項(xiàng)。在調(diào)試時，還應(yīng)注意保護(hù)各段之間的配合。

整組試驗(yàn)的目的在于驗(yàn)證裝置與外部設(shè)備直流連接回路的正確性，是否存在寄生回路，測試整組動作時間，而且能檢查微機(jī)保護(hù)之間的配合情況。繼電保護(hù)的整組試驗(yàn)必須采用從電流、電壓端子加入故障量的方法［7-8］。

7.3 通道檢查試驗(yàn)和兩側(cè)聯(lián)調(diào)

通過通道自環(huán)試驗(yàn)和通道遠(yuǎn)方環(huán)回試驗(yàn)，來檢查通道功能。通道功能合格后，進(jìn)行兩側(cè)聯(lián)調(diào)，聯(lián)調(diào)還應(yīng)以兩側(cè)整組試驗(yàn)合格為條件。聯(lián)調(diào)前應(yīng)與對側(cè)變電站運(yùn)行方協(xié)調(diào)好，應(yīng)做好防止越級跳閘的組織措施和技術(shù)安全措施。

8 結(jié)語

通過周密的安排，認(rèn)真細(xì)致的勘察、設(shè)計(jì)、更換、調(diào)試工作，改造任務(wù)非常成功，至今運(yùn)行正常，滿足了繼電保護(hù)動作的選擇性、速動性、靈敏性、可靠性的要求。

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