光纤差动保护在35kV线路-变压器组接线中的应用

2016-06-13郑继远王本利万华化学集团股份有限公司山东烟台264000

山东工业技术 2016年12期

关键词：差动保护装置光纤

郑继远,王本利（万华化学集团股份有限公司,山东烟台 264000）

郑继远,王本利
（万华化学集团股份有限公司,山东烟台 264000）

摘要：针对35kV线路-变压器组接线方式，以SIEMENS 7SD610保护装置为例，详细介绍其采用光纤差动保护的工作原理，并提出具体实用的整定计算原则和检验调试方法。

关键词：35kV线变组；光纤差动保护；7SD610；应用

0 前言

在新建大型石化工业园项目中，由于生产用电负荷具有相对集中分布的特点，其供电模式通常采用一个110kV或220kV总降变电所带几个35kV区域变电所运行的系统方式，整体呈辐射式的网状结构。各35kV区域主变压器一般安装在靠近各自装置负荷中心的位置，与总降变电所相联宜采用线路-变压器组的接线方式。这种线路-变压器组的接线方式具有设备少、投资省、操作简便以及易于扩建等优势，有利于变电所实现自动化、无人化，但供电可靠性和灵活性相对较差。

在传统模式下，35kV线变组的保护大都按变压器和线路分别进行配置，变压器部分通常以差动保护作主保护，而线路部分因其距离短，应用距离保护或电流速断保护比较困难，且线路和变压器中间没有架设断路器，变压器的保护跳闸信号需要远传去跳线路对侧开关，也应配置光纤差动保护。对此，线变组光纤差动保护就是将线路和变压器两者的纵差动保护有机结合起来，利用一套光差保护装置为线路和变压器共同提供主保护。本文以SIEMENS 7SD610保护装置为例，介绍35kV线变组光纤差动保护的基本工作原理，并对其整定计算与调试验收方面的问题进行探讨。

1 保护原理

1.1 工作模型

35kV线变组光差保护即在上下级两侧各安装一台7SD610保护装置，各侧装置分别检测当地电流，同时将本侧的电流通过光纤快速传送到其它侧以便与各侧电流进行比较。基于点对点传输的光纤通信，可以较好地保证两侧电流采样及测量数据相互交换的实时性。线变组中的线路距离较短，一般为几百米到几公里左右，无论是系统正常运行还是变压器发生故障，线路首末两端流过的一次电流几乎相同。从这点来看，线变组光纤差动保护实质上就成为一个变压器纵差动保护。设线变组一侧电流为I1（标幺值为I1*），另外一侧电流为I2（标幺值为I1*），其光纤差动保护模型如图1所示。

7SD610保护装置针对线变组高低压两侧CT的不同极性，可以自由设置为指向变压器或者指向母线，装置内部实现灵活调整。在电流变比及平衡系数的匹配上，两侧保护装置分别将采样值除以各侧额定电流，折算至标幺值参与差动保护运算。同时，7SD610保护装置也加入了与普通变压器差动保护算法类似的Y-△接线间的转换，能够自动计算和补偿两侧CT的相角误差，这一点与国内保护厂家的做法基本相同。折算过程不会影响电流中各个谐波分量的比例关系，所以仍然可以采用二次谐波比例制动方式来防止投切变压器时保护误动作。

1.2 动作特性

相比普通变压器差动保护，7SD610保护装置在作为35kV线变组光纤差动保护使用时，也同样配置了比率差动保护和差动速断保护。从低于设置值Idiff＞的稳定特性Idiff=Irest（45º-curve）导出的差动保护的启动与动作特征，符合以下公式：

式中，Idiff为差动电流，Idiff＞＞为差动保护速断值，Idiff＞为差动保护起动值，Irest为制动电流，ΣIerror为综合误差电流总和（包含装置硬件软件测量误差、频率偏移误差以及传输误差等）。可以看出，制动电流跟国内保护厂家通常的取法不同，而是差动保护起动值及所有因素引起的系统综合误差电流之和，即保护目标末端的最大测量误差之和。如果计算出的差动电流超过启动值和最大可能测量误差，故障肯定出在内部。因此，7SD610保护装置的动作特性曲线如图2所示，由直线a、b与c共同围成的“Trip”阴影部分为该装置的动作区。

1.3 远程跳闸

变压器的瓦斯、油温及压力释放等本体非电量保护方便就近接入低压侧7SD610装置，但距离高压侧断路器较远，不易通过电缆将信号传输到线变组的远端侧。为实现本体保护的联跳，7SD610可以借助直接远程跳闸功能，即单端跳闸时发信给另一端，跳开对侧断路器。工程实践中，可将变压器的非电量信号以光隔输入的形式接入到低压侧保护装置，当其中一个输入量置“1”时，关联的“Remote Trip”标记以通信的方式发送远程跳闸命令给远端侧保护装置。当对侧7SD610装置收到这个标记信息后，将启动一个用户指定的输出接点，用来跳该侧断路器。7SD610装置中共配置有4个命令，通过DIGSI CFC工具按需对各非电量保护合并分配即可。另外，线变组后备保护联跳上下级的功能，也可以通过上述方法实现。

2 整定计算

由于线路较短，其较小的充电电流在保护整定中可不予考虑，而变压器差动保护起动值按工程经验，一般取为0.2～0.5INT（INT为变压器额定电流）。结合现场实际，线变组的差动保护起动值取Idiff＞=0.2INT。7SD610光差保护在算法处理上已经充分考虑了CT测量误差等的影响，制动系数等则不必整定。同时，为解决穿越性故障时CT饱和导致保护误动的问题，在额定工作电流下的CT误差系数取5%，超过额定电流时装置会自动调整CT误差系数增大至10%。

差动速断动作值按躲过变压器最大励磁涌流或外部短路时的不平衡电流整定，取较大者作为整定值，具体参考变压器保护整定规程。灵敏系数校验采用正常运行方式下线变组差动保护区内两相短路时的电流进行，要求灵敏系数Ksen≥1.2。

3 现场调试

以某35kV线变组为例，联结组别为YNd-11，高压侧CT指向变压器，低压侧CT指向母线。试验前，将微机保护测试仪放置在35kV高压室内，35kV侧三相电流可由测试仪直接加入到开关柜的电流端子上，10kV侧三相电流需分别通过三相电力电缆的屏蔽层铜线并转接一段1.5mm2电缆加入到保护装置的采样端子上。

通道平衡试验：在两侧分别加入与各侧额定电流成同等比例的电流，且10kV侧三相电流相位要超前35kV侧30°，则两侧保护装置中的差动电流均应接近为0。单端调试：分别选择高或低压侧一端施加电流，并设定较小步长，从零逐步增加电流直至本侧比率差动保护动作。联动试验：两侧加平衡后，固定低压侧电流，并设定较小步长，逐步增加高压侧电流直至比率差动保护动作，可调整施加平衡值进行多次试验。二次谐波闭锁比率差动保护、CT断线闭锁功能以及差动速断保护的试验方法，与普通变压器差动保护相同，本文不再赘述。