李忠佩

摘? 要：線路差動(dòng)保護(hù)從原理上是理想的一種保護(hù)方式，光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)借助于線路光纖通道，通過對電流的測量，實(shí)時(shí)地向?qū)?cè)傳遞采樣數(shù)據(jù)，同時(shí)接收對側(cè)的采樣數(shù)據(jù)，各側(cè)保護(hù)利用本地和對側(cè)電流數(shù)據(jù)按相進(jìn)行差動(dòng)電流計(jì)算。根據(jù)電流差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性方程進(jìn)行判別，判為區(qū)內(nèi)故障時(shí)動(dòng)作跳閘，判為區(qū)外故障時(shí)保護(hù)不動(dòng)作。

關(guān)鍵詞：分相電流差動(dòng)保護(hù)? PCS-931? CSC-103A? 壓板

中圖分類號(hào)：TM773 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(guī)范華東電網(wǎng)500kV系統(tǒng)線路等雙重化保護(hù)的應(yīng)用方式，方便調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，華東電網(wǎng)500kV系統(tǒng)第一套、第二套保護(hù)的定義中，關(guān)于線路保護(hù)條件[1]：保護(hù)原理優(yōu)先級的定義，優(yōu)先級從高到低依次為分相電流差動(dòng)、方向高頻、高頻距離。我廠根據(jù)要求將主保護(hù)改造為分相電流差動(dòng)保護(hù)。

1? 分相電流差動(dòng)保護(hù)

1.1 基本原理

分相電流差動(dòng)保護(hù)的基本原理是根據(jù)線路在內(nèi)部故障和外部故障時(shí)線路兩端對應(yīng)相的向量幅值和之間的比較來確定的[2]。

如圖1系統(tǒng)中，當(dāng)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(shí)，可以采用不帶制動(dòng)量的原理，其判據(jù)方程為≥。但對于高壓長距離輸電線路的分相電流差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)來說，由于線路的分布電容電流大，并聯(lián)電抗器電流、暫態(tài)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(shí)，不平衡電流很大，因此必須采用帶有制動(dòng)量的動(dòng)作方程，才能保證保護(hù)不誤動(dòng)，即本文采用的，其中K表示制動(dòng)系數(shù)（0

在外部故障時(shí)，|IM+IN|≈0，而|IM-IN|的幅值很大，動(dòng)作方程不能滿足。由此可見，制動(dòng)量K|IM-IN|的設(shè)置，提高了外部故障不動(dòng)作的可靠性。

在內(nèi)部故障時(shí)，|IM+IN|的幅值很大，而|IM-IN|的幅值很小，使內(nèi)部故障時(shí)的制動(dòng)作用很小，保護(hù)可靠的動(dòng)作跳閘。由此可見，差動(dòng)保護(hù)在滿足選擇性和可靠性兩個(gè)方面是相互矛盾的。

1.2 PCS-931差動(dòng)保護(hù)

PCS-931為由微機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式超高壓線路成套快速保護(hù)裝置，該差動(dòng)繼電器由3部分組成：變化量相差動(dòng)繼電器、穩(wěn)態(tài)相差動(dòng)繼電器和零序差動(dòng)繼電器[3]。

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

（1）區(qū)內(nèi)故障（如圖3所示）。動(dòng)作電流：Id=|IM+IN |=|IK|;制動(dòng)電流：Ir=|IM-IN|=0。

因?yàn)镮d>>Ir繼電器動(dòng)作，凡是在線路內(nèi)部有流出的電流，都將成為動(dòng)作電流。

區(qū)內(nèi)故障時(shí)，兩側(cè)實(shí)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(dòng)電流就很大，滿足差動(dòng)方程，差流元件動(dòng)作。

（2）區(qū)外故障（如圖4所示）。動(dòng)作電流：Ir=|IM+IN |=|IK-IK|=0;制動(dòng)電流：Ir=|IM-IN|=|IK+IK|=2|IK|。

因?yàn)镮d<

區(qū)外故障時(shí)，一側(cè)電流由母線流向線路，為正值，另一側(cè)電流由線路流向母線，為負(fù)值。兩電流大小相同，方向相反，所以動(dòng)作電流為0，差流元件不動(dòng)作。

1.3 CSC-103A差動(dòng)保護(hù)

電流差動(dòng)保護(hù)主要原理：數(shù)字電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成[4]，見圖5。

2? 事件分析

事件經(jīng)過：某電廠執(zhí)行第五串開關(guān)保護(hù)更換后復(fù)役試驗(yàn)，由拳變執(zhí)行充電秦由5415線路的操作后，發(fā)現(xiàn)相關(guān)保護(hù)并沒有投用，在與啟動(dòng)試驗(yàn)工程師簡單電話交流后，試驗(yàn)值長下令立即投用相關(guān)保護(hù)。本次事件導(dǎo)致秦由5415線喪失差動(dòng)主保護(hù)大約50min。

2.1 事件過程中的繼電保護(hù)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(hù)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(dòng)保護(hù)裝置PCS931：PT斷線黃燈告警。

第2套差動(dòng)保護(hù)裝置CSC103A：PT斷線黃燈告警，液晶屏顯示“差動(dòng)壓板不一致”。

光字牌報(bào)警：秦由5415線路保護(hù)裝置異常，秦由5415線路電壓回路斷線。

由拳變側(cè)反饋：秦由5415線路保護(hù)裝置CSC103A的液晶屏上顯示PT斷線告警和“差動(dòng)壓板不一致”告警，報(bào)警內(nèi)容循環(huán)顯示。

2.1.2 由拳變對秦由5415線路充電后

第1套差動(dòng)保護(hù)裝置PCS-931：PT斷線告警黃燈滅。

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

光字牌報(bào)警：秦由5415線路保護(hù)裝置異常。

由拳變側(cè)反饋：秦由5415線路北京四方的差動(dòng)保護(hù)裝置CSC-103A的液晶屏上顯示“差動(dòng)壓板不一致”告警。

2.2 事件學(xué)習(xí)

線路保護(hù)一般設(shè)有功能壓板和出口跳閘壓板，正常運(yùn)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(hù)功能的壓板，如差動(dòng)保護(hù)壓板、距離保護(hù)壓板等。如果保護(hù)壓板投入，那么保護(hù)裝置會(huì)反應(yīng)故障，保護(hù)動(dòng)作;如果保護(hù)壓板退出，則意味著相關(guān)保護(hù)退出。所謂跳閘壓板就是用來實(shí)現(xiàn)跳開開關(guān)的壓板，如跳A、跳B、跳C壓板等，是執(zhí)行指令的，其投退決定了開關(guān)的動(dòng)作與否。

以南瑞線路差動(dòng)保護(hù)為例進(jìn)行分析。南瑞的線路差動(dòng)保護(hù)為線路的第一套分相電流差動(dòng)保護(hù)。通道A差動(dòng)保護(hù)壓板為功能壓板。如果該壓板投入，則通道A差動(dòng)保護(hù)投入。如果該壓板退出，則差動(dòng)保護(hù)退出。南瑞的線路差動(dòng)保護(hù)有兩個(gè)通道，通道B差動(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)即已構(gòu)成回路。對側(cè)差動(dòng)保護(hù)即可正常工作，在對側(cè)的功能和跳閘壓板均投入的情況下，保護(hù)可跳開對側(cè)開關(guān)。

線路的第二套差動(dòng)保護(hù)為北京四方的差動(dòng)保護(hù)，該差動(dòng)保護(hù)只有一個(gè)“縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)”的功能壓板，功能同上。

線路差動(dòng)保護(hù)的投用需要對側(cè)的配合：即使本側(cè)開關(guān)在分閘狀態(tài)，線路閘刀斷開，但是在對側(cè)充電線路前，本側(cè)保護(hù)仍需要投用，主要是將差動(dòng)保護(hù)的功能壓板投用，以便差動(dòng)保護(hù)能構(gòu)成回路。本次事件中，由于某電廠聯(lián)合開關(guān)站側(cè)的差動(dòng)保護(hù)功能壓板未投入，四方差動(dòng)保護(hù)裝置CSC-103A液晶屏顯示“差動(dòng)壓板不一致”，紅燈報(bào)警，差動(dòng)保護(hù)被閉鎖。南瑞保護(hù)裝置PCS-931的差動(dòng)保護(hù)因功能壓板未投入，未構(gòu)成回路而失效。但后經(jīng)確認(rèn)由于南瑞繼保的差動(dòng)保護(hù)裝置在設(shè)計(jì)告警信號(hào)時(shí)，未設(shè)計(jì)兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)壓板的比較，因此不會(huì)出現(xiàn)“差動(dòng)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(lián)合開關(guān)站側(cè)的線路閘刀50536斷開，線路兩側(cè)5052/5053開關(guān)斷開，導(dǎo)致某電廠側(cè)的差動(dòng)保護(hù)CT沒有電流。但是，如果兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)正常投入，那么，某電廠側(cè)的保護(hù)裝置送至對側(cè)的電流值為0，對側(cè)保護(hù)裝置測量到的電流為線路的充電電流。此時(shí)，線路充電電流即為差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作值。對這種情況，保護(hù)裝置在設(shè)定保護(hù)定值時(shí)，已經(jīng)通過提高動(dòng)作門檻值，從而避免線路正常充電時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

在線路故障情況下，由拳變側(cè)檢測到的電流遠(yuǎn)大于線路充電電流，而某電廠側(cè)電流仍然為0，則由拳變側(cè)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，使該側(cè)的開關(guān)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(lián)合開關(guān)站側(cè)未投差動(dòng)保護(hù)功能壓板，造成秦由5415線路主保護(hù)退出，僅僅由拳變側(cè)的后備距離保護(hù)起作用。

3? 值班人員異常情況應(yīng)對措施

3.1 案例一—— 500kV秦喬線主保護(hù)通道故障

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

措施：檢查第一套保護(hù)屏信號(hào)繼電器動(dòng)作;檢查第二套保護(hù)屏指示燈亮;查找控制室內(nèi)監(jiān)視電腦中故障顯示情況;到通訊機(jī)房檢查通訊裝置狀態(tài)。

3.2 案例二—— 500kV秦喬線主保護(hù)裝置異常

故障原因：第一或第二套線路主保護(hù)裝置異常：PT斷線、CT斷線等。

措施：查看保護(hù)裝置報(bào)文，確認(rèn)異常的裝置;聯(lián)系維修處理;匯報(bào)調(diào)度。

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