基于继电保护的光纤差动保护讨论概述

王炜林 何炜

摘 要：继电保护是电网安全稳定运行的第一道防线，其快速、可靠地动作可以有效切除故障，保障电网安全可靠运行；反之，可能加速系统崩溃，导致连锁故障甚至大停电的发生。目前电力系统内的电网规模越来越大，结构越来越复杂，间接的使输电线路的保护配置的差动保护越为复杂化。目前，继电保护定值主要由离线整定得出。实际电网运行方式是不断变化的，可能会出现离线整定时未考虑到苛刻运行方式，如何对差动保护进行定位以符合实际情况，目前仍有许多待以解决的问题。

关键词：继电保护；差动保护；调试；概述

中图分类号：TM77 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）24-0066-02

Abstract： Relay protection is the first line of defense for the safe and stable operation of the power grid. Its fast and reliable operation can effectively remove faults and ensure safe and reliable operation of the power grid. On the contrary， it may accelerate the collapse of the system， leading to cascading failures and even the occurrence of blackouts. At present， the scale of power grid in power system is getting larger and larger， and the structure is more and more complex， which makes the differential protection of transmission line protection configuration more complicated. At present， the setting value of relay protection is mainly obtained by off-line setting. The actual operation mode of power grid is constantly changing， so there may be problems such as off-line timing does not take into account the harsh operation mode. As to how to locate differential protection in line with the actual situation， there are still many problems to be solved.

Keywords： relay protection； differential protection； debugging； overview

引言

随着对电力负荷的需求越来越大，对电网保护的要求越来越高，特别对其可靠性的要求越来越苛刻，通过阅读大量的文献，可以发现在1984年到1999年的16年间，超过70%的停电事故与保护系统的故障有关。所谓的故障指的是继电保护系统中的一种持久性缺陷，在正常情况下，该缺陷不被暴露和发现，但当系统发生故障或出现不正常运行状态时会被触发，其直接后果是引起繼电保护不正确动作和不合时宜地切除回路元件。因此，研究保护故障，分析减少故障的方法对提高保护装置的运行可靠性，寻找保护系统和电网运行的薄弱环节有重要意义。

1 基于不合理保护定值的故障模式

元件主保护的定值整定规则相对简单，保护间的配合较少，定值不易出现不合理的情况。定值不合理主要集中在后备保护定值上，以超高压电网应用最广泛的后备保护距离保护为例进行说明。距离保护I段定值不合理主要反映在一些特殊方式下I段定值出现超越的情况，即I段定值保护范围伸入到下级线路出口处。II段定值不合理性包括选择性不满足和灵敏度不满足两种情况：选择性不满足与II段定值和相邻线路间的配合有关；灵敏度不满足则与II段定值保护本线路末端故障的能力有关。III段定值通常作为下级线路的远后备，由于其动作时间长，因此选择性的问题基本不存在。III段定值不合理的情况集中于定值躲负荷能力不满足，反映在躲负荷可靠系数不满足整定规程限制的最小值。有作者研究以四边形特性的距离保护为例，结合负荷阻抗特性计算躲负荷可靠系数，并在实际算例中给出了可靠系数不满足的情况。此外，除了可靠系数外，实际分析通常将III段定值不合理与线路潮流的大小联系起来，即线路潮流越大，III段定值越容易出现不合理从而导致保护装置误动作。

2 故障诊断解析模型

可由保护和断路器的动作状况解析式建立复杂保护配置下的电网故障诊断解析模型。因此，将相关的保护动作状态解析式和断路器的跳闸状态解析式进行联立，电网故障诊断的完全解析模型可表达成：

上述模型从两个方面对逻辑进行了解析：（1）保护与断路器的动作原理解析；（2）保护与断路器的动作状况解析。显然在解析模型中，保护动作状态（R）、断路器动作状态（C）、保护动作拒动（DR）、断路器拒动（DC）、保护动作误动（MR）和断路器误动（MC）都通过规则解析（fr，fc）进行了充分耦合。有这种耦合关系，能帮助完全解析模型有效的提高电网故障诊断的容错能力。通过与相关文献的模型进行对比后可以看出，两种模型的主要差异体现在解析保护动作规则，即fr的表达上。文献曾对保护动作规则只适应于电网元件在简单保护配置情况下，对电网元件主保护、近后备保护和远后备保护的动作规则解析，而考虑复杂保护配置下的保护动作规则解析则应该考虑了并列多个保护的情况。二者关系为：前者是后者的特例，而后者是前者的泛化，后者更适用于实际电网的保护配置情况。

3 光纤通道模式分类

保护装置可以采用“专用光纤”和“复用通道”，完成数据的发收，在纤芯数量和传输距离允许范围内，优先采用“专用光纤”，当功率不满足时，可以采用“复用通道”。

（1）专用光纤通道。专用光纤方式，保护信号没有经过转换，传输过程相对直接。专用光纤通道结构简图相对比较简单，此处省略。

（2）复用光纤通道。复用光纤方式，保护装置通过电信号和专用光纤接口装置在保护室连接，从保护室通过光纤和通信室的数字复接接口连接，再上复用设备，经复用设备上光纤通道和对侧相连。

4 装置调试

保护装置的调试分为自环和联调两种模式，自环主要用于春检预试时，对端设备不停运，联调常用于新设备投运验收，两端设备均停运。以220kV**站柏团线为例，具体可见图1。

4.1 自环检验

通电前用尾纤将保护的光发与光收短接，接成自环方式。装置“运行”灯应亮，“通道异常”灯应不亮。将本侧与对侧通道纵联码设为相同值。

（1）纵差高定值保护（差动保护I段）检验

模拟线路故障，通入故障电路m*0.5*IMAX1（IMAX1为“差动电流高定值”）。m=0.95时差动保护I段不动作，m=1.05时差动保护I段动作。

（2）纵差低定值（差动保护II段）检验

模拟对称和不对称故障，通入故障电路m*0.5*（IMAX2）（IMAX2为“差动电流低定值”）。m=0.95时差动保护II段不动作，m=1.05时差动保护II段动作。

（3）TA断线功能试验：

a.“TA断线闭锁差动”控制字为“0”时：

模拟TA断线，加正常对称电压10秒。

模拟单相故障，故障电流大于差动高定值，但小于TA断线差流定值，差动保护不动作。模拟单相故障，故障电流大于TA断线差流定值，差动保护动作。

b.“TA断线闭锁差动”控制字整定为“1”时，重复上述试验，差动保护均不动作。

4.2 联调试验

接好光缆，两侧装置运行灯亮，无任何异常信号。两侧的差动保护投入压板均投入。

（1）电流幅值检查

若两侧保护装置的“TA变比系数”定值为1，在对侧分别通三相对称电流In，在本侧保护状态→DSP采样中，查看对侧三相电流Iar、Ibr、Icr以及差动电流Icda、Icdb、Icdc应该为In。误差应小于5%。

若“TA变比系数”定值不全为1，对侧的三相电流和差动电流还要进行折算，设定M侧的“TA变比系数”为Km，二次额定电流为INm，N側的“TA变比系数”为Kn，二次额定电流为INn，如果在M侧加入电流Im，则N侧显示对侧电流为Im*INn/（INm*Kn），如果在N侧加入电流In，则M侧显示对侧电流为In*INm/（INn*Km）。

（2）线路空载时故障模拟试验

M侧断路器合、N侧断路器分，N侧TWJ动作开放对侧差动保护，M侧加入模拟故障电流，故障电流大于差动保护定值，M侧保护动作，保护可以跳闸，N侧保护不动作。

（3）远跳试验

M侧开关在合闸位置，当“远跳受本侧控制”=0时，在N侧使保护装置有远跳开入，跳闸报告显示M侧能够远方跳闸。当“远跳受本侧控制”=1时，开入显示“收远跳”=1，但M侧不跳，必须在M侧使装置启动，M侧保护才能远方跳闸。

（4）带开关动作，将对应出口压板和重合闸压板投入，采用保护逻辑判断出口动作正确与否。以上试验应该互换对侧，进行试验。

5 结束语

电网故障诊断技术对快速处理事故和系统恢复、确保电网运行的平稳安全有着重要的作用。然而，单一保护配置下的电网故障诊断解析模型在解析电网保护规则时只考虑了元件的单个主、备保护，电网的保护配置相对简单。针对电力故障诊断，如差动保护还有更长的路径要走。

参考文献：

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