PSL603G光纤电流差动保护单体调试与通道联调方案
2022-07-05
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2014年第42卷第3期 陕西电力 SHAANXI ELECTRIC PoWER 特别推荐 Featured Focus 2014,Vo1.42 No.3 PSL603G光纤电流差动保护单体调试 与通道联调方案 戴思初 ,邹明翰 ,邹 怡 ,张 扬z (1.国网江苏省电力公司检修分公司,江苏无锡214000; 2.武汉大学电气工程学院,湖北武汉430072) PSL6tt3G Fiber Current Differential Protection bv Monomer Debug and Channel Joint Debugging Programs DAI Sichu ,ZOU Minghan ,ZOU Yi ,ZHANG Yang (1.Jiangsu Eletric Powe Company Maintenance Branch,Wuxi 214000,China; 2.School of Electrical Engineering,Wuhan University,Wuhan 430072,China) Abstract:The fiber current differential protection principle is described.Taking PSL603G fiber current differential protection of high voltage transmission lines in Wuxi as an example,differential logic principle is illustrated and on-site single debug and channel joint debugging schemes are introduced.The result shows that fiber current differential protection can remove the fault quickly and accurately and plays an important role in the stable operation of power grid. Key words:fiber current differential protection;single debug;channel joint debugging;stable operation of power grid O 引言 光纤电流差动保护动作速度快、灵敏性高、简 1 光纤电流差动保护基本原理 电流差动保护是基于基尔霍夫电流定律,即流 单可靠,并能准确区分区内外故障.不受运行方式 变化、系统振荡等影响,同时分相电流差动保护已 具有天然的选相能力,能够简单准确地区分出故障 相别,不需要再增设专门的选相元件;此外,与传统 的高频载波通道等相比。光纤通道具有抗干扰能力 入电流等于流出电流。如图1系统图所示,其中, 、 为输电线路两侧电源系统,T 、TA 为线路 ,v两 侧的电流互感器, 为线路上流过的电流。 强、对电场绝缘、衰减低、频带宽等优点IlI。光纤电流 差动保护作为目前超高压输电线路的主要保护之 在正式投运前需要进行详细调试,确保保护功 能与二次回路正确无误。本文以无锡地区220 kV电 一嘲1 菱动保护系 ,电流差动保护是将被保护线路看作一个节点, 网中应用最为广泛的线路保护——PSL6O3G光纤电 流差动保护为例.详细介绍其逻辑原理与现场调试 方案 计算两侧电流矢量和,即差动电流(差流) 【F l l, 当差流达到整定动作值以上时,保护即可判断为区 内故障,保护范围为线路两 ̄IJTA之间的部分。在工 程中规定,电流从母线流向线路为正,从线路流向母 线为负。因此该系统在正常运行时.线路流入电流等 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51277177) 第3期 戴思初,等:PSL603G ̄电流差动保护单体调试与通道联调方案 37 于流l叶I电流,有:l, , l=0即差动电流为0;当线路 外部故障时,对于被保护线路仍然有流人电流等于 流m电流,为穿越性电流,差动电流同样为0;当线 路内部故障时,线路两侧电流流向故障点,此时有 , II, , l>0,当差流达到整定值后保护即会动作。 可见.理论上纵联电流差动保护对正常、区内与区外 故障有绝对的选择性。 在电流差动保护的基础上,采用光纤传输两侧电 气 信息即构成光纤电流差动保护。以图1为例,在运 行过程中, 、~两侧微机保护采集的是各自电流互 感器、电压互感器的模拟电气量信息。 侧微机保护 中的光电转换模块将电气量信息(包括电气量幅值、 相位等)经编码转换成码流形式,通过控制发光源的 发光强弱,将发光源产生的光信号经光纤通道传至 ^侧的微机保护中。Ⅳ侧保护收到 侧的光信号后,先 对陔信号进行解码,转换成电气量信息,再与自身采 集到的电气量信息进行差流计算,从而实现电流差 动保护。^恻保护向 侧发送光信号也是同样原理。 如何实时传输交换两侧电气量信息是光纤电流 差动保护的关键。其传输方式可分为专用光纤传输 与复用通信设备传输。 (1)专用光纤传输。在线路两侧保护间配置专门 的光纤通道,该通道只用来传输两侧保护信号。这种 方式结构简单,响应速度块。运行可靠性也较高,是 较为广泛使用的方法。如图2所示。 专用光纤 枷9 M则 光纤 光纤 保护 保护 装黄 装置 专用光纤 图2专用光纤传输 (2)复用通信设备传输。如图3所示,采用复用通 信设备作为传输通道,电气量信息通过通信网络进 行通信传输。目前大部分保护装置在装置内部将电 信号转为光信号.为了能够在通信网络中进行传输, 需要在外部增加通信接口装置,将保护装置输出的 光信号转成通信设备能够接收的电信号。因此,复用 通信设备传输增加了较多的中间设备,增长了通信 延时,运行可靠性也相对降低.但与敷设专用光纤通 道相比其成本较低。 2 PSL603G光纤电流差动保护 PSL603G光纤电流差动保护(PSL603G)是以分 鍪 相电流差动保护和零序电流差动保护作为主体的微 机型线路保护。在近年来的生产实践中,在220 kV及 以上线路保护双重化配置要求下,PSL603G型保护 功能稳定,得到了较为广泛的应用。截止2012年底, 在无锡地区220 kV及以上线路保护中,PSL603G型 保护已占到近30%。 2.1 分相电流差动保护 分相电流差动保护作为PSL603G的主保护模 块,具有动作逻辑简单可靠、动作速度快等优点。当 故障电流超过额定电流时,保护装置可在25 ms内 跳闸:当故障电流小于额定电流(如发生高阻接地 故障)时,保护装置也可在30 ms内正确动作,满足 了在保护范围内保护装置速动性的要求。 整个主保护差动模块由差动CPU插件与通信接 口组成。差动CPU完成采样、数据发送及接收、数据 同步、故障判断、跳闸出口逻辑功能;通信接口完成 与光纤的光电物理接口功能。如果使用复用通信设 备,则额外增加PcM复接接口装置完成数据码型变 换、时钟提取等功能。 分相电流差动保护采用比率制动特性,其动作 判据如下l 2_5l: l + l> J + J> 1 + I≤ , + l> B J l I一, 或 式中:,肌, 为线路两侧保护所采集到的相电流; K 、K眦为差动比例系数,保护程序中默认K乩,=0.5, O.7;,c。为差动启动电流定值(根据现场实际整 定);^M为4倍额定电流;,h为一常数,保护程序中默 认厶=0.4Iircr; 为正常运行时计算得到的电容电流。 38 陕西电力 第42卷 根据此表达式可以作出分相电流差动保护的动作区 域,如图4所示,K乩 、K 为折线斜率。图4中三折线 的上方部分为动作区域,当保护装置经过程序计算 因. ̄ls4tl用继电保护测试仪加入单相电流1.Ox 50.5 ( 为保护定值中的分相电流差动动作定值,下同), 模拟单相故障,则分相差动保护动作。单跳出口,动 作时间约25~30 ms 后得到的l {、l 一 l落在动作区域内时,保 护即认为发生故障。 圈4 PSL603G宅流 功动 PSL603G实际运行时,若线路两侧的保护计算 得到的差动电流均满足式(1)、式(2)中的动作判据, 则保护认为在其保护范围内发生了故障,从而动作 跳闸,切除故障。 2 零序电流差动保护 当线路中发生经高过渡电阻接地故障时,由于 流向故障点的电流很小,所以保护计算得到的差流 也会很小,无法满足动作条件,因此可能会使分相 差动保护无法动作。因此,PSL603G保护中设置了零 序电流差动保护,用线路2侧保护计算出的零序电 流代替分相电流差动保护中的相电流,再进行逻辑 计算,其原理与分相电流差动保护相同。零序电流 差动保护的动作电流只需要躲过外部接地短路时 本线路的稳态零序电容电流及外部相间短路时的 稳态零序不平衡电流,该值较小,因此具有较高的 灵敏度I3I。 PSL603G具有I、II 2段动作方式,I段配合选相元 件延时100 ms选相跳闸;如果选相失败,II段延时 250 ms三相跳闸。 0 ~6O3G电流差动保护现场渊试 ;, ㈡ G曩 蓐确保护 体调试 对保护装置进行单体调试.是保护首次投运与 周期检验中重要的一项工作。PSL603G在现场单体 调试时,首先断开外部交流回路,将光纤自环,并将 定值单中M侧编码与^恻编码修改为一致,确认通道 正常。 分相电流差动保护调试方案: (1)仅投入分相差动功能压板,差动投入控制字 置1,重合闸方式为单相重合闸。由于处于自环状态, (2)加入两相电流1.05x0.5 ,模拟相问故障分 相差动保护动作,三跳出口,动作时间约25~30 mS。 (3)将单相故障电流持续加入保护装置,保护发 跳令后250 ms故障相仍有电流,则发三跳令,重合闸 可以动作;发 跳令后250 mS故障相仍有电流,发永 跳令,重合闸闭锁 零序电流差动保护调试方案: (1)仅投入零序差动功能压板,差动投入控制字 置1,整定定值 。不小于 (保证选相元件动作),加 入单相电流1.05x0.5 。( 为保护定值中的零相电 流差动动作定值,下同)。零序差动保护1段动作,单 跳出口,动作时间约140 ms。 (2)整定定值 于 (保证选相元件不动作), 加入单相电流1.05xO.5 。,使得1.05xO.5 。<0.5 ,零 序差动保护II段动作,永跳出口,动作时间约260 ms。 3.2 PSL603G电流差动保护通遵联调 在图1中,当在2侧保护范围内的线路上发生故 障时, 、Ⅳ侧各自的光纤电流差动保护均会动作。因 此,在光纤电流差动保护中,对于 侧保护来说,不 仅需要自身满足动作条件,同时需要接收到/、,侧保 护的“允许信号”(即Ⅳ侧保护满足动作条件的信 号),才能发出开关跳闸的命令:对于Ⅳ侧保护来说 也是同样原理。在现场新线路投运前,除了对保护装 置进行本身的单体调试、回路检查外,当线路及光纤 割接完毕后,需要对线路两侧的电流差动保护进行 通道联调试验,模拟在各种运行方式下发生的典型 故障,验证保护的动作行为是否正确。根据实际现场 情况,一般在通道联调试验中需要模拟线路空充、线 路一侧为弱馈侧以及对侧发远跳令3种情况下的保 护动作行为。 3.2.1模拟线路空充时区内故障 线路空充即为在线路投运前需要对整条线路 进行充电,以此验证cT及线路上是否有故障,如图5 所示。 l 、 Ⅳ1 0—}l __——*— ——_.x\— l 5 线鼯示意 图5中 侧开关在合位,A例开关在分位,即模拟 由 0向Ⅳ倾0为线路充电。当此时线路保护范围内 点发生故障时, 侧保护启动,并经故障判别程序判 第3 戴思初,等:PSL603G ̄t:电流差动保护单体调试与通道联调方案 39 断为区内故障,同时向Ⅳ侧发出允许信号,但Ⅳ侧保 护…jr无电流突变量,无法使保护启动,因此无法向 侧发送允许跳闸信号,这样就会导致 侧保护无 法跳闸,不能切除故障。为了解决这一问题,在光纤 电流差动保护中,引入开关三相位置接点,如果启动 元件未起动.同时收到 相开关跳闸位置继电器(即 i相 rwJ)均动作的信号,并且任一相差流元件动 作,则 即相对侧发送允许信号。这样,在图中K点 故障时。由于Ⅳ侧j三相TwJ均动作,同时差流元件动 作,【天1此向 侧保护发送允许信号,则M侧保护可以 顺利动作跳闸,切除故障。 PSL603G现场通道联调试验中,调试方案 如F: (1)模拟 侧向Ⅳ侧空充线路,使 侧开关处于 合佗,Ⅳ倾0开关处于分位。 (2)两侧保护差动压板均投入。 (3)Mf ̄1]保护加高于差动定值的单相或相间电 流,模拟区内接地或相间故障,此时 侧保护动作, 发门:关跳闸命令,时问在30 Ills左右,Ⅳ侧保护不动 作,故障被切除。 (4)模拟,、侧向 侧空充线路,将上述3步中 、Ⅳ 侧歼关状态及保护加量方式互换即可。 3.2.2模拟线路一例为弱电端时区内故障 在图中1,若线路Ⅳ侧背后的 系统很小或为0 时,则 侧称为弱电端。当线路上发生故障时,流过 弱电端,v侧保护的电流及电流突变量很小,导致该 侧的保护可能无法启动,因此也不能向 侧保护发 送允许信号,导致 侧保护无法动作跳闸 。为了解 决这一问题,PSL603 曾加了低电压辅助启动元件. 当弱电端Ⅳ侧保护同时满足差流元件动作、差流元 件动作相或动作相问电压小于0.6倍额定电压、收到 侧保护允许信号这3个条件时.Ⅳ侧保护即可以启 动,向 侧保护发允许信号,保证2侧保护均可正确 动作,开关跳闸。 在PSI 603G现场通道联调试验中,调试方案如下: (1)使两侧开关均在合位。 (2)两侧保护差动压板均投入.模拟,v侧为弱电 端;/V侧保护加入33 V电压(略小于0.6倍额定电压), 但须保证PT断线告警消失。 (3) 侧保护加入高于分相差动动作定值的单 相或相问电流,模拟区内接地或相间故障,此时两侧 保护均动作,发开关跳闸命令,时间在30 ms左右。 (4)模拟 侧为弱电端,将上述(2)、(3)中 、Ⅳ 侧保护加量方式互换即可。 3.2-3模拟对例发远跳令 在双母线接线的变电站中,当在 侧线路开关 与电流互感器之间发生故障时,对于电流差动保护 来说.属于区外故障,差动保护不动作,M{ ̄IJ开关可 由M'f ̄J母线保护动作跳闸,但Ⅳ侧开关无法跳闸,故 障未能切除。为了使Ⅳ侧开关快速跳闸,可将 侧母 线保护、失灵保护动作接点接于电流差动保护远跳 端子上,当动作接点闭合时, 侧电流差动保护即向 Ⅳ倾0电流差动保护发送远跳命令;若现场没有多余 的动作接点.可以选择将线路保护操作箱内的永跳 继电器(TJR)接点接人远跳端子,当母线保护或失 灵保护动作时,作用于线路开关操作箱内的TJR继 电器使开关跳闸,同时TJR接点闭合启动远跳发信, 实现远方跳闸功能 。在PSL603G中,若Ⅳ侧保护控 制字整定为“远跳不经本地起动”,则Ⅳ侧收到对侧 远跳令后立即启动永跳;若Ⅳ侧保护控制字整定为 “远跳经本地起动”,则需要Ⅳ侧保护装置启动元件 动作后才能出FI跳闸,如果不满足启动条件则收 到对侧远跳令500 ms后保护发“远跳信号长期不复 归”信号。 在PSL603G现场通道联调试验中,调试方案 如下: (1)使两侧开关均在合位。 (2)两侧保护差动压板均投入。 (3)模拟 侧向/、,侧发远跳令,Ⅳ侧保护控制字 整定为“远跳不经本地起动”, 侧保护短接远跳端 子,Ⅳ侧保护动作永跳; 侧保护控制字整定为“远跳 经本地起动”, 侧保护短接远跳端子,J7、7侧保护同时 加一使保护启动但不至于动作的小电流,Ⅳ侧保护 动作永跳。 (4)模拟Ⅳ侧向 侧发远跳令,将上述(3)中 、Ⅳ 侧试验方式互换即可。 4 结语 光纤电流差动保护原理简单,运行可靠,已成为 目前高压及超高压电网输电线路中的主保护,对整 个电网的安全稳定运行起到了重要作用。PSL603G 光纤电流差动保护作为目前无锡地区的主要线路保 护型号之一。现场继电保护人员应学习了解其逻辑 原理与保护功能,重视现场单体调试与通道联调试 验,确保在实际运行中发生各类区内故障时。光纤电 流差动保护均能做出正确判断并快速切除故障,保 障电网继续稳定运行。 (下转第44页) 陕西电力 第42卷 2012,27(3):219—226. 态一电磁暂态混合仿真方法『J1.中国电机工程学报, 2010,30(13):8一l5. 【17]岳程燕.电力系统电磁暂态与机电暂态混合实时仿真的 研究【D】.北京:中国电力科学研究院,2004. 【6J柳勇军,闵勇,梁旭.电力系统数字混合仿真技术综述【J1. 电网技术,2006,(13):38—43. 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