程詠斌，常寶波，謝悅海，黎國君

（1.廣州市世科高新技術(shù)有限公司，廣州 510540；2.廣州市揚新技術(shù)研究有限責(zé)任公司，廣州 510540）

0 引言

目前，國內(nèi)外城市軌道交通33 kV供電系統(tǒng)主要采用光纖差動保護(hù)作為主保護(hù)，數(shù)字通信過電流保護(hù)作為區(qū)間故障的后備保護(hù)。數(shù)字通信過電流保護(hù)是近年來隨著計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，在傳統(tǒng)過電流保護(hù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型速動過電流保護(hù)。各裝置間通過光纖進(jìn)行通信，通過光纖進(jìn)行直接快速地傳輸裝置間的采樣信息和動作信息，并結(jié)合裝置的可編程功能實現(xiàn)相鄰站間的保護(hù)聯(lián)跳及閉鎖信息等。當(dāng)區(qū)間線路發(fā)生故障時，兩端的保護(hù)裝置檢測線路中流過的電流是否達(dá)到其設(shè)定的過流啟動值，并將此啟動信號通過光纖在兩裝置間傳遞，在保護(hù)裝置的內(nèi)部進(jìn)行邏輯比選、判斷，快速判別線路故障區(qū)段，實現(xiàn)選擇性地快速切除故障線路[1－3]。

從數(shù)字通信過電流保護(hù)原理可以發(fā)現(xiàn)其保護(hù)只是對是否有過電流進(jìn)行判定傳遞，但未對這個過電流的由來進(jìn)行判據(jù)。保證過電流是區(qū)間故障電流：根據(jù)數(shù)字通信過電流保護(hù)判定邏輯，在通信正常的情況下，如本站過流啟動，對側(cè)站點過流未啟動，此時數(shù)字通信過電流保護(hù)啟動，執(zhí)行保護(hù)動作。本文通過分析現(xiàn)場事例提出一個數(shù)字通信過電流保護(hù)優(yōu)化方案，即通過在線路兩側(cè)增加方向元件的方法快速定位故障點，并通過可編程邏輯判定數(shù)字通信過電流保護(hù)是否閉鎖，保證繼電保護(hù)裝置動作的準(zhǔn)確性。

而數(shù)字通信過電流保護(hù)是在原過電流保護(hù)的原理及功能不變的基礎(chǔ)上將區(qū)間兩端繼電保護(hù)裝置聯(lián)網(wǎng)，通過光纖進(jìn)行直接快速的傳輸站間兩臺繼電保護(hù)裝置的采樣信息和動作信息，并結(jié)合繼電保護(hù)裝置的可編輯功能實現(xiàn)相鄰站間的保護(hù)聯(lián)跳及閉鎖信息、開關(guān)量信息等。區(qū)間線路發(fā)生故障、接地等情況時，兩端的繼電保護(hù)裝置檢測線路中流過的電流是否達(dá)到其設(shè)定的判據(jù)電流啟動值，并將此啟動與否的信號，通過光纖在兩裝置間進(jìn)行傳遞，在保護(hù)裝置的內(nèi)部進(jìn)行邏輯比選、判斷，快速判別線路故障區(qū)段，實現(xiàn)選擇性地快速切除故障線路。同時數(shù)字通信過電流保護(hù)是在原過流保護(hù)去基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，其具備過流保護(hù)裝置的所有功能，并可解決“光纖縱差保護(hù)＋過電流保護(hù)”的保護(hù)配置方案局限性問題[1－3]。

1 運行事故案例

1.1 事故經(jīng)過

現(xiàn)場的一次系統(tǒng)接線如圖1 所示，區(qū)間的進(jìn)、出線柜均配置了線路差動保護(hù)裝置作為主保護(hù)單元，配置綜合保護(hù)測控裝置（數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置）作為后備保護(hù)單元。當(dāng)區(qū)間線路d1故障時，線路兩側(cè)的線路差動保護(hù)裝置和綜合保護(hù)測控裝置均可同時跳閘切除故障。

圖1 現(xiàn)場一次系統(tǒng)接線

現(xiàn)場B 站停電進(jìn)行正線環(huán)網(wǎng)切換，切換完成后恢復(fù)供電過程中，圖中B 站AC 33 kV 綜合保護(hù)測控裝置及C 站綜合保護(hù)測控裝置均出現(xiàn)數(shù)字通信過電流保護(hù)誤跳情況。

1.2 事故原因

出現(xiàn)誤跳情況的開關(guān)現(xiàn)場故障錄波波形如圖2～3 所示，從波形可以看出當(dāng)B 站開始送電變壓器啟動過程中存在勵磁涌流，三相電流的波形符合勵磁涌流波形的特征，這種情況下理論上繼電保護(hù)裝置不應(yīng)該發(fā)生數(shù)字通信過電流保護(hù)動作，但線路兩端的繼電保護(hù)裝置都發(fā)生了數(shù)字通信過電流保護(hù)動作。

圖2 現(xiàn)場B站進(jìn)線動作錄波數(shù)據(jù)

經(jīng)詢問及現(xiàn)場查看發(fā)現(xiàn)B 站出線柜的繼電保護(hù)裝置數(shù)字通信過電流保護(hù)動作值設(shè)定為1.48 A。C站進(jìn)線柜繼電保護(hù)裝置的數(shù)字通信過電流保護(hù)動作值設(shè)定為1.11 A。

分析圖2所示波形可以看出，Ic相所產(chǎn)生的勵磁涌流在T2附近達(dá)到了1.11 A的數(shù)字通信過電流保護(hù)的啟動值，而從圖3發(fā)現(xiàn)，Ia、Ib、Ic都沒有達(dá)到1.48 A的數(shù)字通信過電流保護(hù)的啟動值。根據(jù)數(shù)字通信過電流保護(hù)的保護(hù)邏輯關(guān)系，如圖4 所示，在光纖通訊正常的情況下，本側(cè)或?qū)?cè)有一側(cè)達(dá)到過流啟動，另一側(cè)未達(dá)到過流啟動，在一定時延內(nèi)，相數(shù)字通信過電流保護(hù)啟動。繼電保護(hù)裝置的數(shù)字通信過電流保護(hù)動作是正確的。

圖3 現(xiàn)場C站出線動作錄波數(shù)據(jù)

圖4 數(shù)字通信過電流保護(hù)的邏輯關(guān)系

因現(xiàn)場對側(cè)站處于運行狀態(tài)，經(jīng)現(xiàn)場大量分析后建議電調(diào)將該段饋線全部分開，利用母聯(lián)對該段母排供電，送電成功，后續(xù)分別對饋線進(jìn)行送電亦成功，本站直流牽引用電恢復(fù)?，F(xiàn)場檢查該段2臺動力變正常，無燒焦味、無放電。下載錄波，進(jìn)出線波形無明顯故障電流。這也從側(cè)面驗證了是由于變壓器空投產(chǎn)生的勵磁涌流引起繼電保護(hù)裝置數(shù)字通信過電流保護(hù)誤動作。

在中壓供電系統(tǒng)中，變壓器空投產(chǎn)生勵磁涌流是正?，F(xiàn)象，一般都會在保護(hù)設(shè)計及整定值設(shè)計時考慮勵磁涌流對二次保護(hù)系統(tǒng)的影響，在定值整定中避免勵磁涌流引起的保護(hù)誤動。經(jīng)與設(shè)計方溝通現(xiàn)場定值組整定確實考慮了這方面影響。從現(xiàn)場查看情況可以看到，該線路兩側(cè)數(shù)字通信過電流保護(hù)啟動定值不一致，C站保護(hù)定值明顯偏小。通常情況下線路兩側(cè)數(shù)字通信過電流保護(hù)定值應(yīng)該保持一致，后經(jīng)詢問設(shè)計方了解到在設(shè)計階段B站的二次變比為300∶1，C站的二次變比為400∶1，設(shè)計通過二次變比計算出保護(hù)整定值，B、C兩站定值均無錯誤。但在具體實施階段為使兩側(cè)二次變比保持一致，對C站二次變比進(jìn)行變更為300∶1，但定值未進(jìn)行變更依然使用原整定定值，故造成線路兩側(cè)數(shù)字通信過電流保護(hù)整定值不一致。在上述分析中保護(hù)動作啟動及保護(hù)動作過程均符合現(xiàn)場保護(hù)設(shè)定及保護(hù)整定范圍，經(jīng)檢查其他回路不存在故障，考慮圖2～3錄波波形為典型的變壓器勵磁涌流波形，綜合現(xiàn)場定值設(shè)置情況分析，確定事故原因為兩側(cè)數(shù)字通信過電流保護(hù)過流啟動定值不匹配。

同時，在檢驗分析中發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩側(cè)過流啟動值設(shè)定一致，但當(dāng)一側(cè)保護(hù)裝置檢測到饋線波動電流達(dá)到整定值臨界點時，數(shù)字通信過電流保護(hù)也會啟動。經(jīng)過大量的分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)字通信過電流保護(hù)邏輯未判定過電流的由來，所以當(dāng)饋線變壓器產(chǎn)生勵磁涌流引起母線電流變化時，繼電保護(hù)裝置只是判定兩側(cè)有無電流達(dá)到啟動值，未對故障點進(jìn)行判定。當(dāng)且有一側(cè)電流達(dá)到啟動值，另一側(cè)未啟動時保護(hù)動作。

2 優(yōu)化方案

數(shù)字通信過電流保護(hù)的誤動作是由于線路兩側(cè)過電流整定值不匹配引起的，線路兩側(cè)的一側(cè)由于定值整定較小，變壓器勵磁涌流達(dá)到了過電流整定值從而啟動保護(hù)。而饋線變壓器勵磁涌流產(chǎn)生的涌流電流應(yīng)為站內(nèi)感應(yīng)電流，當(dāng)涌流電流過大時應(yīng)由站內(nèi)保護(hù)動作跳開斷路器起到保護(hù)作用，而不是由區(qū)間線路保護(hù)動作跳開兩側(cè)斷路器。但由于現(xiàn)階段的數(shù)字通信過電流保護(hù)只判定是否有啟動電流，且保護(hù)時延較短，當(dāng)檢測到過電流時，未等站內(nèi)保護(hù)響應(yīng)，該保護(hù)就先啟動，從而導(dǎo)致數(shù)字通信過電流保護(hù)誤動作。針對該情況，提出優(yōu)化解決方案如下。

優(yōu)化數(shù)字通信過電流保護(hù)邏輯如圖5 所示，在兩側(cè)都增加一個方向元件，即當(dāng)繼電保護(hù)裝置采集到電流并判定電流方向后，數(shù)字過電流保護(hù)才會啟動。圖中為優(yōu)化后典型的數(shù)字過電流保護(hù)方案邏輯，數(shù)字通信過電流保護(hù)在裝置間只傳遞有無啟動信號，由裝置判定通信情況。光纖通信正常，若本側(cè)無過流啟動，此時電流從母線流出，而對側(cè)有過流啟動；若電流從母線流出，則兩側(cè)電流方向相同，數(shù)字通信過電流保護(hù)啟動；若電流流向母線，則兩側(cè)電流方向相反，數(shù)字通信過電流保護(hù)閉鎖。

圖5 優(yōu)化數(shù)字通信過電流保護(hù)方案邏輯

以本文圖1 中B、C 站為例。當(dāng)B 站饋線變壓器同時啟動從而產(chǎn)生勵磁涌流，引起母線電流變化。結(jié)合上述事件分析，因C 站數(shù)字通信過電流保護(hù)啟動值設(shè)定的較小，變化電流達(dá)到了過電流啟動值，而B 站啟動值設(shè)定的較大一些，變化電流未達(dá)到啟動值，根據(jù)原邏輯判定有一側(cè)啟動，數(shù)字通信過電流保護(hù)啟動。如果使用優(yōu)化方案，增加方向元件閉鎖邏輯，根據(jù)供電系統(tǒng)特性，電流從電源點流向故障點（假設(shè)B站饋線變壓器為故障點），此時B 站電流從母線流向饋線開關(guān)，而C站電流從線路流向B站母線，兩側(cè)電流方向相反，數(shù)字通信過電流保護(hù)閉鎖。

而在其他線路區(qū)間保護(hù)中，當(dāng)線路中發(fā)生故障或接地時，根據(jù)電流從電源點流向故障點這一特性結(jié)合35 kV供電系統(tǒng)特點，線路兩側(cè)均由母線電流流向區(qū)間故障點，此時線路兩側(cè)電流方向相同，方向閉鎖解除，再判定兩側(cè)繼電保護(hù)裝置采集到的電流是否達(dá)到過流啟動值，從而判定數(shù)字通信過電流保護(hù)是否啟動，起到區(qū)間線路保護(hù)作用。

3 結(jié)束語

數(shù)字通信過電流保護(hù)在地鐵供電系統(tǒng)具有重要意義，可與光纖縱差保護(hù)配合使用，解決“光纖縱差保護(hù)＋過電流保護(hù)”的保護(hù)配置方案局限性問題，是城市軌道交通供電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。但現(xiàn)階段的保護(hù)邏輯、定值整定等方面依然有進(jìn)一步優(yōu)化的空間，即存在電流方向無法判定而導(dǎo)致保護(hù)誤動作的問題。本文主要是提出了一種對保護(hù)邏輯優(yōu)化的方案，即在線路兩側(cè)增加方向元件閉鎖邏輯，通過檢測線路兩側(cè)電流方向準(zhǔn)確點位故障位置，從而閉鎖數(shù)字通信過電流保護(hù)，避免數(shù)字通信過電流保護(hù)誤動作，保證繼電保護(hù)裝置動作的準(zhǔn)確性。