光纤电流差动

光纤电流差动（精选8篇）

光纤电流差动 篇1

0 引言

近年来,随着通信技术的发展和光缆的使用,光纤分相电流差动保护作为线路的主保护之一得到了越来越广泛的应用。而且这种保护在超高压线路的各种保护中,具有原理简单,不受系统振荡、线路串补电容、平行互感、系统非全相、单侧电源等方式的影响,动作速度快,选择性好,能可靠地反应线路上各种类型故障等突出优点。

目前由于时间、地域、通信等条件限制,继电人员常常无法密切配合进行两侧纵联差动保护功能联调,造成联调项目简化,甚至省略的现象时有发生,这样极为不利于继电人员对保护功能的细致了解,因此本文将结合南瑞RCS-931和四方CSC-103型光纤差动保护装置简要说明两侧差动保护联调的试验步骤。

1 光纤分相电流差动保护基本原理

光纤分相电流差动保护借助于线路光纤通道,实时地向对侧传递采样数据,各侧保护利用本侧和对侧电流数据按相进行差动电流计算。

动作电流(差动电流)为:

制动电流为:Ires=︱IM-IN︱

比例制动特性动作方程为:

式中:IM、IN分别为线路两侧同名相相电流,并以由母线流向线路为正方向;ICD为差动保护动作门槛;K为比例制动系数,一般K<1。

线路内部故障时,两侧电流相位相同,动作电流远大于制动电流,保护动作;线路正常运行或区外故障时,两侧电流相位反向,动作电流为零,远小于制动电流,保护不动作。

南瑞公司的RCS-931采用此种动作特性,四方公司的CSC-103采用双斜率制动特性,如图1,可以保证在小电流时有较高的灵敏度,而在电流大时具有较高的可靠性,即区外故障时因CT特性恶化或饱和产生传变误差,此时采用较高斜率的制动特性更为可靠[1]。

2 光纤通道联调

将保护使用的光纤通道连接可靠,通道调试好后保护装置没有“通道异常”告警,装置面板上“通道异常”或“通道告警”灯应不亮。

2.1 检查两侧电流及差流

由于线路两侧CT变比可能不同,保护装置需要人为设定变比系数或补偿系数,使理想状态下两侧的二次电流在区外故障和正常运行时大小一致,差流为零。

假设M侧保护的“CT补偿系数”定值整定为km,二次额定电流为Inm,N侧保护的“CT补偿系数”定值整定为kn,二次额定电流为Inn,若在M侧加电流IM,N侧显示的对侧电流为IM×km×Inn/kn×Inm,若在N侧加电流IN,N侧显示的对侧电流为IN×kn×Inm/km×Inn。南瑞RCS-931和四方CSC-103通常设CT一次额定电流大的装置系数为1,小的一侧装置系数整定为其CT一次额定电流除以对侧一次额定电流。

2.2 模拟线路空充时故障或空载时发生故障

差动保护只有在两侧压板都处于投入状态时才能动作,两侧压板互为闭锁。同时在正常运行情况下,只有两侧起动元件均起动,两侧差动继电器都动作的条件下才能出口跳闸,而且每一侧差动继电器动作后都要向对侧发一个允许信号。可存在如果线路充电时故障,开关断开侧电流起动元件不动作,开关合闸侧差动保护也就无法动作的情况,因此就产生了通过开关跳闸位置起动使差动保护动作的功能,跳位起动方式如图2。

试验方法就是N侧开关在分闸位置,M侧开关在合闸位置,两侧主保护压板均投入,在M侧模拟各种故障,故障电流大于差动保护定值,M侧差动保护动作,N侧不动作。

2.3 模拟弱馈功能

当线路一侧为弱电源侧或无电源侧,内部短路时流过无电源侧的电流可能很小,因此其起动元件可能不动作。保护装置不能向对侧发送允许信号,导致电源侧差动保护拒动。为此,南瑞RCS-931和四方CSC-103都采用使用单端电压量进行辅助判别来解决这个问题,弱馈起动方式如图3[2]。

试验方法是两侧开关均在合闸位置,主保护压板均投入,在N侧加小于60%Un,在M侧模拟各种故障,故障电流大于差动保护定值,两侧差动保护均动作跳闸。这种判据可以减少PT断线对差动保护的影响,即使当弱馈侧PT断线,也不会因无法起动而闭锁差动保护[3]。

2.4 远方跳闸功能

母线故障及开关与CT之间故障时,两侧电流方向相反,差流很小,差动保护不动作,为使对侧保护快速跳闸,只有在故障侧起动元件起动情况下,向对侧传送母差、失灵等保护的动作信号,驱动对侧保护永跳。

试验方法是使M侧开关在合闸位置,“远跳受本侧控制”或“远跳受起动元件控制”控制字置0,在N侧使保护装置只要有远跳开入,M侧保护就能跳闸;在M侧将“远跳受本侧控制”或“远跳受起动元件控制”控制字置1,在N侧使保护装置有远跳开入的同时,只有使M侧装置起动,M侧保护才能跳闸。

3 需要注意的问题

保护装置定检时,两侧保护都处于PT断线状态,如果在光纤通道正常的情况下试验差动功能,恰巧此时对侧差动保护也投入,而且对侧保护没有跳位开入,若本侧加入大于差动保护定值的故障电流,则与弱馈故障的情况一致,就会使对侧保护动作,如果对侧开关确实在合闸位置,就可能使对侧开关跳闸,同理本侧开关也可能被对侧跳开,这可能会损伤人身或设备,应该避免发生。因此在保护定检前,一定要做好这方面的安全措施,就是断开光纤通道,防止弱馈起动或远跳起动造成开关误跳闸。

4 结论

各型号的光纤电流差动保护有各自的特点,通过联调试验能更好地掌握各型号光纤差动保护的性能,因此这方面的试验也不容忽视。

参考文献

[1]廖晓玉,臧睿,胡家跃.光纤电流差动保护及整定计算[J].继电器,2006,34(21):9-13.LIAO Xiao-yu,ZANG Rui,HU Jia-yue.Line Fiber Optical Differential Protection and Its Setting Calculation[J].Relay,2006,34(21):9-13.

[2]王尔寒,王强,路光辉,等.浅析电压量在高压线路光纤差动保护中的作用[J].继电器,2004,32(23):66-76.WANG Er-han,WANG Qiang,LU Guang-hui,et al.Brief Analysis of Voltage Effect on HV Differential Protection Based on Optical Fiber[J].Relay,2004,32(23):66-76.

[3]江苏省电力公司.电力系统继电保护原理与实用技术[M].北京:中国电力出版社,2006.245-249.Jiangsu Electric Power Co.Theory and Techniques of Power System Relay Protection[M].Beijing:China Electric Power Press,2006.245-249.

光纤电流差动 篇2

关键词：变压器 差动保护 不平衡电流 相位补偿 平衡系数 励磁涌流

1 变压器差动保护原理分析

变压器的差动保护是利用比较变压器各侧电流的差值构成的一种保护，以两卷变压器为例其单线原理图如图1所示。

变压器装设有电流互感器CT1和CT2，其二次绕组按环流原则串联，差动继电器KD 并接在差回路中。具体参数如下：

I1’为流过变压器高压侧的一次电流。

I1”为流过变压器低压侧的一次电流。

I2’为流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流。

I2”为流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流。

变压器在正常运行或外部故障时，电流由电源侧Ⅰ流向负荷侧Ⅱ，在图1所示的接线中，CT1和CT2的二次电流I2’、I2”会以反方向流过继电器KD的线圈，KD中的电流等于二次电流I2’、I2”之差，故该回路称为差回路，整个保护装置称为差动保护。若电流互感器CT1和CT2变比选得理想且在忽略励磁电流的情况下，则I2’=I2”，继电器KD中电流I=0，亦即在正常运行或外部短路时，两侧的二次电流大小相等、方向相反，在继电器中电流等于零，因此差动保护不动作。

如果故障发生在CT1和CT2之间的任一部分(如变压器内部故障)，且母线Ⅰ和Ⅱ均接有电源，则流过CT1和CT2一二次侧电流方向如图1(b)所示，于是I2’、I2”按同一方向流过继电器KD线圈，即I’=I2’+I2”，使KD动作，瞬时跳开变压器两侧开关。如果只有母线Ⅰ有电源，当保护范围内部有故障时，I2”=0，此时继电器KD仍能可靠动作。

2 不平衡电流产生原因

2.1 稳态不平衡电流产生的原因：①变压器高低压侧绕组接线方式不同；②变压器各侧电流互感器的型号和变比不相同；③带负荷调分接头引起变压器变比的改变。

2.2 暂态不平衡电流主要是由于变压器空载投入电源或外部故障切除，电压恢复时产生的励磁涌流。

3 不平衡电流的消除方法

3.1 高低压侧接线方式不同产生的不平衡电流

对于变压器高低压侧绕组接线方式不同而产生的励磁涌流我们采用移相法进行相位补偿，从而消除不平衡电流，具體做法以南瑞继RCS978装置保与南自PST1200装置为例描述如下。如图2所示为Y，d11两卷变压器两侧绕组及电流互感器接线方式及其中通过的一次、二次电流流向（各电流均为向量值）。

变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入本装置。电流互感器各侧的极性都以母线侧为极性端。RCS978变压器保护采用Δ→Y相位变换，变换后相量图如图3所示。

变压器各侧TA 二次电流相位由软件调整，装置采用Δ→Y变化调整差流平衡，这样可明确区分涌流和故障的特征，大大加快保护的动作速度。对于Yd/Δ-11的接线，其校正方法如下：由于RCS978变压器保护采用标幺值计算，变换过程不受变压器变比的影响。

Y0侧：I’a=Ia-I0

I’b=Ib-I0

I’c=Ic-I0

Δ侧：I’a=■（Ia-Ic）

I’b=■（Ib-Ia）

I’c=■（Ic-Ib）

其中：Ia、Ib、Ic为Δ侧TA的二次电流，I’a、I’b、I’c为Δ侧TA校正后的二次电流。

IaY、IbY、IcY 为Y侧TA的二次电流。

对于PST1200保护装置则采用Y→Δ变化调整差流平衡。对于Yd/Δ-11的接线，其校正方法如下：

Y0侧：I’a=（Ia-Ic）/■

I’b=（Ib-Ic）/■

I’c=（Ic-Ia）/■

Δ侧：Ia△=I’a

Ib△=I’b

IC△=I’C

其中：Ia、Ib、Ic为Y侧TA的二次电流，I’a、I’b、I’c为Y侧TA校正后的二次电流，Ia△、Ib△、Ic△为Δ形侧的二次电流。

3.2 电流互感器的型号和变比不相同产生的不平衡电流

在正常运行和外部故障时变压器两侧差动CT的二次电流幅值不完全相同，即使经过相位校正，从两侧流入各相差动原件的电流幅值也不相同，在正常运行与外部故障时无法满足∑I=0关系。

在微机型变压器保护装置中采用软件进行幅值调整。引入了一个将两个大小不等的电流折算成作用完全相同的电流的折算系数，将该系数称作平衡系数。将一侧电流作为基准，将另一侧电流乘以该侧的平衡系数，使正常运行或外部故障时经过相位校正额幅值校正后的两侧电流幅值相等，满足∑I=0。

根据变压器的容量、接线组别、各侧电压及各侧差动TA的变比，可以计算出差动两侧之间的平衡系数。

设变压器的容量为Se，接线组别为YN，d11，两侧的电压（指线电压）分别为UY及U△，两侧差动CT的变比分别为ny及n△，以变压器的d侧为基准侧，计算变压器Y侧的平衡系数K。

①差动CT的接线为△/Y(变压器Y侧的差动CT为进行移相)。

变压器绕组Y接线和d接线两侧流入差动元件的二次电流IY及I△分别为：

IY＝■Se /■UYny＝Se /UYny

I△＝Se /■U△n△

如果以变压器d侧的电流I△为基准，要使KIY＝I△，则变压器Y侧的平衡系数K：

K＝I△/IY＝UYny/■U△n△

②差动CT接线为Y/Y，由软件在变压器高压侧（Y侧）移相。

变压器两侧流入差动元件的二次电流分别为：

IY＝Se /■UYny I△＝Se /■U△n△

每相差动元件两侧的计算电流分别为：

高压侧：经软件移相，得到的是两侧电流之差I′Y=Se/UYny

低压侧：I′△＝Se /■U△n△

如果变压器d侧的电流I′△为基准，要使KI′Y=I′△，则变压器的平衡系数K为：

K＝I′Y/I′△＝UYny /■U△n△

由上所述，对于YN，d接线的变压器，用改变变压器Y侧TA的接线方式移相或用软件在高压侧移相差动元件两侧之间的平衡系数完全相同。该平衡系数只与变压器两侧的电压（或变比）及差动CT的变比有关，而与变压器的容量无关。

③差动CT接线为Y/Y、由软件在变压器低压侧d侧移相。计算变压器d侧的移相系数。

变压器两侧流入差动元件的二次电流分别为：

IY＝■Se /■UYny＝Se /UYny

I△＝Se /■U△n△

每相差动元件两侧的计算电流分别为：

高压侧：IY’=IY=Se /■UYny

低压侧：经软件移相，得到I△’=Se /■U△n△

如果以变压器Y侧的电流IY’为基准，要使KI△’= IY’，则变压器d侧的平衡系数K为：

K=IY’/I△’=U△n△/UYny

3.3 由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流

带负荷调整变压器的分接头，是电力系统中采用带负荷调压的变压器来调整电压的方法，实际上改变分接头就是改变变压器的变比nB。如果差动保护已按照某一变比调整好，则当分接头改换时，就会产生一个新的不平衡电流流入差动回路。对由此而产生的不平衡电流，应在总差动保护的整定值中予以考虑。

3.4 励磁涌流

3.4.1 什么是励磁涌流

变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器，用于高低电压间的变换，是交流电输配系统中的重要电气设备。变压器励磁涌流是：变压器全电压充电时在其绕组中产生的暂态电流。变压器投入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时，其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量，因此产生极大的涌流，其中最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍，甚至更大。励磁涌流随变压器投入时系统电压的相角，变压器铁芯的剩余磁通和电源系统地阻抗等因素而变化，最大涌流出现在变压器投入时电压经过零点瞬间。变压器涌流中含有直流分量和高次谐波分量，随时间衰减，其衰减时间取决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为5-10秒，小容量变压器约为0.2秒左右。

3.4.2 励磁涌流的计算

我们主要分析三相变压器的励磁涌流，但必须在熟悉单相变压器涌流波形的基础上进行，因此我们还是简单讨论一下单相变压器涌流的分析。为考虑空载合閘的最严重条件，同时有利于简化分析工作，假设电源内阻抗为零，而且不计合闸回路电阻(涌流波形不衰减)。设合闸方电源电压为u=Umsin(ωt+α)当二次侧开路的空载变压器突然合到电压为u的无穷大系统上，忽略变压器漏抗压降，并令变压器一次绕组匝数N=1。

当二次侧开路而一次侧接入网络时，一次电路的方程为：

U1=Umcos(ωt+α)=I1R1+N1dφ/dt

U1：一次电压

Um：一次电压的峰值

α：合闸瞬间的电压初相角

R1：变压器一次绕组的电阻

N1：变压器一次绕组的匝数

φ：变压器一次侧磁通

由于I1R1相对比较小，在分析瞬态过程初始阶段可以忽略不计

所以Umcos(wt+α)=N1dφ/dt dφ=(Um/N1)cos(wt+α)dt

积分，得φ=(Um/N1)sin(wt+α)+c φ=φmsin(wt+α)+cφm为主磁通峰值，c为积分常数。

设铁芯无剩磁当t=0时，φ=0所以c=-φmsinα

所以空载合闸磁通为：φ=φmsin(wt+α)-φmsinα

由式可得空载合闸磁通的大小与电压的初相角α有关，考虑最不利的情况：当α=90时，电压过零，φ=φmsin(wt+900)-φm=φmcoswt-φm，此时产生的励磁涌流最大。

3.4.3 励磁涌流特点

①涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，主要是偶次谐波，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。

②励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过(0.25～0.5)In。

③一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。

④励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8～10倍。

3.4.4　躲避励磁涌流的方法

为防止变压器差动保护误动，下面以RCS978为例说明励磁涌流的鉴别方法。

①利用二次与三次谐波制动。RCS-978 系列变压器成套保护装置采用三相差动电流中二次谐波、三次谐波的含量来识别励磁涌流。

当某相差动电流中的二次谐波和三次谐波大于整定确定的基波的一定比例时，该相被判别为励磁涌流，只闭锁该相比率差动元件。

当三相中的某一相倍判别为励磁涌流，只闭锁该相的比率差动元件。

②利用波形畸变识别励磁涌流。故障时，差流基本上是工频正弦波。而励磁涌流时，有大量的谐波分量存在，波形发生畸变、间断、不对称。利用积分算法识别出这种畸变，即可识别出励磁涌流。下式中S为差动电流的全周积分值，S+是“差动电流瞬时值+差动电流半周前的瞬时值”的全周积分值，Kb是一常数，St是门槛值，St的表达式为：

St=a*Id+0.1Ie

当三相中的某一相不满足以上方程，该相被判别为励磁涌流，只闭锁该相比率差动元件。

S=Kb*S+

S=St

装置设有‘涌流闭锁方式控制字’供用户选择差动保护涌流闭锁原理。当‘涌流闭锁方式控制字’为‘0’时，装置利用谐波原理识别涌流；当‘涌流闭锁方式控制字’为‘1’时，装置利用波形判别原理识别涌流。

4 结语

光纤电流差动 篇3

关键词：光纤,电流差动保护,调试

1 光纤电流差动保护的原理

光纤电流差动保护原理是基于基尔霍夫电流第一定律, 利用光纤作为数据传输通道将所保护的输电线路一侧的电流值传送至另一侧, 然后保护装置通过计算线路两侧的电流值来判断是否发生了故障。可以说在理想状态下 (即不考虑输电线路的分布电容、电导以及并联电抗器等因素的影响) , 电流差动保护对任何线路故障的检测都有效。由于电流差动保护所需要传输的信息量很大, 包括了电流的幅值以及相位等信息, 因此其对数据传输通道的要求较高。而光纤具有抗电磁干扰性能良好以及数据传输量大等优点, 正好可以满足上述要求。图1是光纤电流差动保护原理图, 定义从母线流向本保护线路的方向为电流正方向, 则动作电流Id=|IM+IN|, 制动电流Ir=|IM-IN|。

比例制动特性方程为:

Id>Iqd (1)

Id>K×Ir (2)

式中, Iqd为差动继电器的启动电流;K为比率制动系数。

若动作电流同时满足上述方程, 则差动保护动作切除故障[1]。

图2是比率制动特性图, 若输电线路内部发生故障, 则Id很大, 而Ir却很小, 工作点处于动作区内, 保护动作;如果输电线路外部发生故障, 则流过该输电线路的Id很小, 而Ir却很大, 工作点处于非动作区, 保护不动作。

2 光纤电流差动保护的优点及存在的缺陷

2.1 光纤电流差动保护的优点

光纤电流差动保护具有以下优点:以基尔霍夫定律为基础, 原理简单且具备天然的选相功能;能够迅速对故障进行响应并将其快速切除;能够自动适应系统运行方式的变化, 不会受到振荡的影响;PT断线不会对其造成影响。此外, 光纤电流差动保护还不受功率逆向的影响, 适用于短线路和串补线路。

2.2 光纤电流差动保护存在的缺陷

光纤电流差动保护存在的缺陷主要有:其对于光纤传输通道有很强的依赖性, 不仅要求传输不能中断, 还要求很低的误码率;此外, 不同的光纤差动保护所需要的通道也不同, 只能和相同型号的光纤差动保护构成整套保护。

虽然光纤电流差动保护存在一定的缺陷, 但其所具有的种种优点使其在输电线路保护领域有着极为广泛的应用。

3 光纤电流差动保护对光纤通道的要求

光纤传输通道对于光纤电流差动保护极为重要, 电流信息的传输是完全依赖光纤通道来进行的, 因此光纤传输通道的安全性和可靠性就显得尤为重要。由于纵差保护一般都是用作高压输电线路的主保护, 而光纤传输通道在纤芯受潮或断芯等故障情况下会导致传输数据出现大量误码甚至传输中断, 为了保证高压输电线路和电网的安全稳定运行, 必须确保纵差保护不会因为光纤传输通道问题而退出运行。因此, 为纵差保护配置备用光纤通道是十分有必要的。在进行电力通信工程的设计时, 无论是采用复用光纤通道还是专用光纤通道, 都要考虑光纤通道的双重化配置, 所敷设的光缆要预留一定的备用纤芯。如果采用普通光缆则要求敷设2根光缆, 且2根光缆最好要分开2个管道敷设;而采用OPWG光缆, 由于其安全性较高, 所以可以只配置1根光缆, 但要增加备用纤芯, 以确保通道的冗余。在确定备用通道所需纤芯数时, 应按100%后备考虑, 即1根工作纤芯就要同时配置1根备用纤芯[2]。

4 光纤电流差动保护运行维护中的注意事项

对于采用复用PCM通道的光纤电流差动保护, 其与复用PCM之间并无直接联系。正常运行情况下, 可通过环路试验来检查保护装置与光电转换接口之间光纤连接的完好性;可通过光纤网管系统来对PCM设备进行实时检查。但是当光纤转换接口—数字配线架—复用PCM之间的连接出现问题而导致光纤通道告警或者保护退出运行时, 由于运行维护人员缺乏处理故障的经验和有效的检测手段, 往往难以及时发现问题, 使得电流差动保护无法恢复正常运行, 从而影响到电网的安全与稳定。而对于专用光纤通道, 其也会存在断芯、光纤受潮、熔纤工艺不良、接头松动或积灰导致损耗增大等问题, 这些都是运行维护过程中容易忽视的地方。例如, 在实际现场敷设光缆时, 需要经过光缆终端箱, 通过熔纤工序和尾纤熔接在一起, 再和光纤跳线与保护的光纤接口连接。但在实际操作过程中, 往往在熔纤后是将工作通道和备用通道的尾纤都捆放在一起, 需要哪个通道就将哪个通道的尾纤接至保护装置。这种做法容易导致尾纤折断, 并混淆通道, 在操作上也十分不方便, 需要予以纠正[3]。

5 光纤电流差动保护的现场调试

高压输电线路的光纤电流差动保护现场调试工作一直以来难度都比较大, 输电线路两端的距离使得两侧保护不能调用相位处于同一基准的试验电源, 所以难以定量模拟分析线路区内及区外故障。因此, 调试过程中一般都是定性做故障的跳闸试验, 由断路器的跳闸来判断保护是否正确动作[4]。

(1) 在图1的M侧光纤电流差动保护加入三相电流并让N侧保护接收, 如果接收所显示的三相电流有效值处于误差范围以内, 则停止继续加电流;然后再换由N侧加电流, 由M侧接收并查看电流有效值是否符合要求。 (2) 将图1中M侧的断路器合闸, 而N侧断路器则处于分闸位置, 然后往M侧光纤差动电流保护中加入模拟的故障电流信号, 使得其保护动作并造成M侧断路器跳闸;再把M侧和N侧的断路器都合上, 并往N侧PT的二次回路中加入正常电压, 往M侧光纤差动电流保护中加入模拟的故障电流, M侧保护装置应动作但断路器不跳闸;继续保持M侧及N侧断路器处于合闸状态, 然后在N侧将PT二次回路所加的电压去掉, 并向其发送PT断线信号, 同时在M侧光纤差动电流保护中加入模拟的故障电流, 使得保护动作且M侧和N侧的断路器都跳闸。上述调试步骤都完成后再换由N侧重复进行, 直到断路器动作都正确无误, 才结束对光纤电流差动保护的调试。

6 结语

作为在高压输电线路主保护中有着广泛应用的保护装置, 光纤电流差动保护以基尔霍夫电流定律为基础, 能够有效而可靠地对区内和区外故障进行判断, 快速响应并将故障切除。而在实际的运行维护与调试过程中, 继保人员除了要集中精力做好保护装置本身的运维及调试之外, 还要积极与通信系统专业进行沟通与对接, 充分认识到光纤传输通道的安全对保证光纤电流差动保护可靠运行的重要意义, 要重视光纤通道以及备用通道的日常检修工作, 以保证电网的安全稳定运行。

参考文献

[1]刘小利, 姚宗溥, 祝石厚.光纤电流差动保护在固原电网中的应用[J].继电器, 2007 (10) :68～71

[2]夏建矿.关于输电线路光纤电流差动保护的若干问题讨论[J].电力系统保护与控制, 2010 (5) :141～144

[3]陈昌黎, 杨斌.GPS技术在光纤差动保护调试中的应用[J].湖北电力, 2010 (6) :16～17

光纤电流差动 篇4

输电线路运行中最常见和最危险的故障是各种类型的短路：三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。发生短路故障会造成严重的后果，破坏电力系统稳定运行，因此必须对输电线路配置安全可靠的保护。

为了达到有选择性地快速地切除全线故障的目的，保护装置必须反应线路两侧的电气量，这样，才能区分本线路末端和对侧母线或相邻线路始端的故障。为此需要将线路一侧电气量的信息传输到另一侧去，也就是说在线路两端这间发生纵向的信息联系。这种保护称为输电线的纵联保护。

光纤通道是近年发展起来的新技术，光纤具有电不敏感性，抗干扰能力强，作为通信的介质具有独特的优势。光纤通信是目前通信技术发展的重要方向，也是电力系统专用通信网中一种先进实用的通信手段。随着电力光纤网络的逐步完善，光纤保护也将在继电保护领域中得到更为广泛的应用。

光纤通信广泛采用数字通信方式，当被保护线路很短时可以通过光缆直接将光信号送到对侧，在每端的保护装置中都将电信号变成光信号送出，又将所接收之光信号变为电信号供保护使用。

1 线路电流差动保护原理

电流差动保护原理建立在基尔霍夫电流定律的基础之上，它具有良好的选择性，能灵敏、快速地切除保护区内的故障。将电流差动保护的原理应用于输电线时需要解决将线路一侧的电流的波形完整地传送到线路对侧的问题，为此必须占用两个通道。

电流差动纵联保护的原理接线如图1所示：

全电流差动保护的判据为：

式中———线路两侧的电流，电流方向均为指向线路;

Id、Ires——差动电流和制动电流。

线路差动保护系统各侧各装有一个保护装置，各侧的保护装置分别检测当地电流，同时将本侧的电流通过光纤传送到其他侧以便与各侧电流进行比较。作差动判据计算时所用的数据必须是两侧在同一时刻的采样值，只有达到两侧同步采样后，上述的计算公式才能真正反映基尔霍夫定律。

2 光纤纵差保护的举例

以某500kV变电站220kV线路保护为例，该站220kV线路采用双保护，配置二套光纤分相电流差动保护，一套采用专用光纤通道，另一套采用复用光纤通道。光纤通信系统的基本组成如图2:

采用专用通道的光纤分相电流差动保护为点对点通道，分相电流差动保护分别输出光信号，通过光缆端子盒直接把光信号通过光纤传送至对侧，如图3所示：

采用复用通道的光纤电流分相差动保护分别输出光信号，然后经设在通信室内的光电转换接口设备转换为64kbit/s电信号，采用G.703同向数据接口复用PCM，与对侧保护交换信息。保护装置与光/电转换设备之间采用光缆连接，光/电转换装置的数字信号接口元件设置在通讯室一条线接口元件装设在一个柜上。如图4所示：

L90线路光纤电流差动原理剖析 篇5

利用光纤通道传送电流采样值的光纤电流差动保护在继电保护中占有重要的地位, 保护原理的先进性直接影响电力系统的安全, 在传统的比率差动方案中, 动作参数是基于保护区的电流向量和, 制动参数是基于保护区的电流标量和 (或平均标量) , 当动作参数除以制动参数大于斜率的整定值, 该继电器将动作。在外部故障时, 动作参数与制动参数相比, 相对较小, 增大误动的可能性。L90继电器使用一种先进的自适应制动特性完成双斜率差动功能的分相保护, 以取得高度的安全性, 为电力系统的安全运行提供可靠的保障。下面我们具体分析L90的电流差动原理如何实现的, 首先我们探讨小矢量算法。

1 小矢量算法

小矢量本身不同于矢量, 但可对任何时间窗口排列整数个小矢量加以组合而构成矢量, 每相每周波传输的矢量数为每周的采样数除以每个小失量的采样数。L90每周波采样数为64, 每个小矢量采样数为16, 这样可得到每周波4个小矢量。

小矢量是在计算采样值拟合成正弦函数的局部和, 小矢量使得采样窗口并不局限于0.5倍工频的整数倍而仍可保证矢量计算的有效性, 通过减小误差的平方和来确定电流采样数据的基频分量得到离散富氏变换的第一频率分量。当数据窗口为0.5工频的倍数时, 计算为数据采样值简单的正、余弦加权和。当数据窗不为0.5工频的倍数时, 由于对应该数据窗正、余弦函数不为正交关系, 有一个附加的校正过程。但计算可表示为2乘2阶正和余弦加权和的矩阵倍数。每端每相的小失量与平方和计算如下。实部:

虚部:

其中:K是当前的小矢量序数、N是每周波采样率、P是当前的采样序数。

小矢量与平方和的计算基本上是一个整合过程。将小矢量和通过乘以一预先计算好的矩阵将其转化为固定矢量。

2 保护原理分析

2.1 差动电流计算

L90能实现两端和三端线路差动保护, 正常时线路各端保护每相的电流矢量和为0。当有一相每端的电流矢量和根据统计分析落于该相动态椭圆制动边界外时 (见图1) , 检测出该相发生故障。用就地和远方的电流和计算差动电流, 按相计算, 实部计算如下:

虚部计算如下:

则差动电流平方公式如下:, 从公式可以看出, 差动电流的平方等于差动电流实部的平方与虚部平方的和。

2.2 制动电流计算

制动电流由两部分组成:传统意义上的 (常规的) 和自适应的。每只继电器计算传统的就地部分和用于就地及发送到远方用于差动计算制动电流, 如果多于1个CT被连接到继电器上 (如一个半断路器的应用) , 那么所有电流的最大值被选择处理作为传统制动特性的制动电流。

传统制动电流选择如下:

这个电流被处理成带有斜率 (S1和S2) 及断点 (BP) 整定形式, 对于就地电流的制动条件, 显示如下。针对于两端系统, 我们有:

在差动计算中, 最终与发送到远方同等的, 并且用于就地的制动电流显示如下:

在这里:MULTA是一个系数, 如果检测到CT饱和, 用于增加制动, ILOC_ADA_A是一个自适应的制动条件。制动电流的平方是就地和所有远方制动量的平方和:

s下列公式决定了每相故障的严重程度:

该等式根据适应原则, 而得到的一个椭圆型制动特性, 如图1。椭圆区域为制动区域。当制动电流中的自适应比较小时, 制动区域相应缩小。当制动电流的自适应部分增加时, 制动区增大以反映测量的不正确性。“自适应制动”指一个制动的系数, 类似于传统差动保护的斜率, 用于调节继电器的灵敏度。提高制动系数, 相当于过分要求一个大的可靠区间, 当降低制动倍率时, 等效于减少了可靠区间而增大了灵敏度。因此, 制动系数用于为达到所需灵敏度与安全性的平衡所提供的调节手段。当动作矢量在椭圆的边界上, 故障严重度估算是0, 在边界内部, 故障严重度是负的, 在边界外, 故障严重度是正的。在制动边界的外边, 故障严重度的估算的增长是随着故障电流的平方的增长而增长。制动区随测量误差的平方增加而增加。

差动元件的特性能显示在复平面上, L90的动作特性基本可以根据就地和远方电流的相对矢量比例显示在制动特性图1上.

2.3 CT饱和检测

L90采用一种专用的原理处理CT饱和, 该继电器在外部故障时动态的增加误差平方和部分在总制动量中的分量, 采用如下的逻辑:

·第一步, 线路各端的电流, 与一个门槛值3pu (额定电流) 进行比较, 来检测电流状态, 它可能是由故障引起的, 并可能导致CT饱和。

·第二步, 对于3pu水平的线路各端电流, 计算相互的相角差。如果所有三端都看到显著的电流, 那么所有三对 (1, 2) , (2, 3) , (1, 3) 都要考虑, 而且在进一步的计算中采用最大的相角差。

·第三步, 根据各端电流的相角差, 计算自适应制动电流的MULTA值, 图2所示, MULTA值按乘数1, 5或2.5的倍数增加。如从图中看到的, 对内部故障, 采用乘数1, 但对外部故障, 采用乘数2.5到5。这使继电器对内部故障是灵敏的, 而对可能有的CT饱和的外部故障, 继电器是不动作。

2.4 自适应制动电流的计算

L90自适应椭圆制动特性是确定矢量各种误差源累积效应的一个较好的近似。误差源包括系统噪音、暂态、线路充电、电流互感器增益、相位误差及饱和误差、时钟误差、及非同步采样。可控误差可通过测量误差在线估测系统降为0, 对不可控误差, 所有的继电器计算和总结每一相的每种误差源的平方和矩阵, 再将每一种误差源的平方和矩阵每一相相加, 得到总的平方和矩阵。首先从当前小矢量平方和信息计算采样数据误差的平方和:

然后基本量相同的小矢量算法计算如下:

最后, 对每一个就地电流, 就地自适应制动条件计算如下:

就地平方自适应制动的估算来自于所有的就地电源, 源 (1至2) 而且是可以按如下公式获得:

为就地时钟误差

3 结论

通过上面的分析我们可以看到L90采用了一种基于传统的比率差动原理的自适应差动原理, 该原理通过小矢量和平方和的算法实现。由于传统的方案不是自适应的, 元件的整定必须允许保护区外故障时, 预期的误差最大值。这时, CT的误差可能很大, 或CT可能经历饱和。L90差动方案与比率差动方案之间的主要区别是, 在输入电流中误差估算的使用, 以增加在故障时的制动参数, 并允许采用比在传统方案中更为灵敏的整定值。从而保证了L90的高可靠性、高灵敏性。

参考文献

[1]L90线路差动系统说明书.P/N:1601-0081-Z1 (GEK-119522) .

光纤电流差动 篇6

在超高压输变电工程中, 光纤是一种具有明显抗干扰优势的高压线路保护通道, 可提升线路继电保护的可靠性、准确性。电流差动保护技术作为目前在超高压光纤线路中应用最多的保护技术之一, 其具有保护原理简单、保护效率高且具备选相能力等特性。再加之近年来, 我国超高压输电线路广泛采用光纤保护通道, 这也在一定程度上加快推进光纤电流差动保护的完善及应用。以下将简要介绍光纤电流差动保护的技术原理, 并以工程实例为基础, 分析该技术实践应用技巧。

1 光纤电流差动保护原理

在超高压输变电工程中, 光纤电流差动保护技术主要是基于光纤线路通道来采集相关数据, 两侧装置实时交互相关数据, 然后运用差动电流计算公式对本地、对侧采集的电流数据进行计算分析[1]。

在判断线路故障时, 主要是利用制动特性方程来实现电流差动保护目的, 通过计算公式不仅可以判断、甄别区内电路故障, 保护装置指令跳闸动作, 另外, 还可准确判断区外故障时保护装置指令不动作。假如输变电线路处于正常运行状态或者区外故障状态, 此时, 两侧线路的电流相位处于反向状态, 差电流值为零;假如输变电线路区内出现故障, 此时, 两侧线路的差电流值则不为零, 符合电流差动保护动作的特性方程, 保护装置将发跳闸指令及时切除故障相。

2 光纤电流差动保护现场应用分析

现以梁山煤电有限公司方山发电厂220 k V变电站出线间隔的RCS-931GM保护装置为研究对象, 探讨分析光纤电流差动保护技术现场应用技术。

2.1 光纤保护通道调试

2.1.1 专用光纤通道调试

采用光功率计对光纤保护通道上的保护装置发光功率进行检查, 目的是检测其与通道插件标称值是否是一致的, 重点针对对侧传递的光纤收信功率, 并效验对侧的收信裕度, 一般情况下常规插件的波长为1 310 nm, 其接受灵敏度应该为64 K (-45 d Bm) , 若距离较长时波长为1 550 nm, 此时的接受灵敏度也应该达到64 K (-45 d Bm) , 收信功率的裕度也应该保持在6 d B~10 d B。在两侧分别采用尾纤将保护装置的光收、发自环, 同时把本侧、对侧的纵联码保持一致性, 且将相关联的通道 (即专用光纤、通道自环试验) 控制字置“1”, 观察一段时间后保护装置不可出现“通道异常”警告信号, 在此期间监测通道状态的计数器数据均保持不变。

2.1.2 复用通道调试

采用光功率计对两侧的保护装置发光、接受功率进行检查并对收信裕度进行效验, 检查及效验方法与专用光纤通道相同。在两侧分别采用尾纤将保护装置的光收、发自环, 将相关联的通道 (即:专用光纤、通道自环试验) 控制字置“1”, 观察一段时间后保护装置不可出现“通道异常”警告信号, 在此期间监测通道状态的计数器数据均保持不变。检查两侧保护与复接接口装置间的光缆是否正常连接, 采用光功率计检查复接接口装置的发光功率 (常规光率值为-13.0 d Bm) 、接受功率 (常规灵敏度为-30.0 d Bm) , 而两侧的收信光功率则应该持续保持在-20 d Bm之上, 光纤保护装置收信功率则保持在-15 d Bm之上。变电站内光率的衰耗值应<2 d B。在线路两侧接口设备的电接口处进行自环, 并将关联通道控制字置“1”, 观察一段时间后保护装置不可出现“通道异常”警告信号, 在此期间监测通道状态的计数器数据均不能出现增加。最后, 使用误码仪对复用通道的传输质量进行测试, 此时误码率越低表明传输质量越好。在复用通道上投入差动压板后, 线路保护装置上的复用通道异常灯未亮, 这表明光纤复用通道无异常, 监测通道状态的计数器数据均保持不变。

2.2 装置带通道试验

当光纤的通道验收达到预期标准之后, 经光纤连接两侧装置上的光端机, 之后再进入装置将“通道自环试验”控制字修正为“0”, 上述操作完成之后若光纤通道处于正常状态, 此时两侧应亮起“运行”灯, “通道异常”灯不亮, 未发出通道异常警告, 通道异常接点不动作。此时, 工程人员应注意在“主机方式”控制字两侧分别设置为“0”“1”, 并在两侧投入差动保护压板, 并在两侧合理位置处安置断路器, 通道对侧分别接通三相对称电流, 观察本侧屏幕上显示的对侧三相电流以及补偿后、未补偿的差动电流值, 此时屏幕上显示的对侧电流值应小于5%的误差率[2];之后交换位置检查, 如果在检查时需要在两则同时接通电流, 则需要确保通道两侧电流相位的参考点应保持一致性。

3 结语

从上述案例中可以看出, 在超高压输变电线路中光纤电流差动保护主要以两侧电流值为基础, 不会受到负荷电流影响且不显示系统的振荡, 选择性比较强, 线路故障反应灵敏度比较高, 可及时反应线路故障并采取跳闸动作。在现代光纤技术发展及推广应用影响下, 在超高压输变电线路中光纤电流差动保护具有现场操作简单、保护功能全面等优势, 在未来超高压输变电线路中必将成为主流的保护技术。

参考文献

[1]刘天泉.光纤电流差动保护及其试验技术[J].电工技术, 2010 (2) :9-11.

光纤电流差动 篇7

继电保护的通道有载波通道、微波通道、光纤通道和导引线通道四种。随着光纤通信技术的迅速发展, 光纤通道作为继电保护通道得到了大量的应用。光纤作为继电保护的通道介质, 具有防电磁干扰能力强、绝缘性能好、频带宽和衰耗低等优点。

光纤电流差动保护原理简单, 不受系统振荡、线路串补电容、平行互感、系统非全相运行、单侧电源运行方式等影响, 其优势正逐步取代传统的保护。差动保护本身具有选相能力、保护动作速度快等优点, 因而最适合作为主保护[1]。但随着应用范围的不断扩大, 运行中的光纤电流差动保护由于通道的原因暴露出许多问题, 经常因通道异常而退出运行, 给系统的安全稳定运行带来隐患。在云南电网最近几年的新建、扩建、改造工程中, 逐步采用并形成了光纤纵联保护的组合配置模式[2]。以下针对云南电网内发生的纵联保护未动作事件, 分析光纤通道异常及光纤差动保护拒动的原因, 并提出可行有效的改进方案, 使电网中继电保护更准确和迅速, 从而实现电网安全、稳定、可靠、有效地运行。

2 光纤电流差动保护存在的问题

光纤电流差动保护采用基于基本电流定律的保护原理, 继承了电流差动保护的优点, 采用可靠稳定的光纤传输通道, 确保了传送电流的幅值和相位能正确可靠地传送到对侧。光纤通道在光纤电流差动保护中起重要作用, 保护通道的异常影响着光纤电流差动保护, 因此须对通信通道中的各个环节包括光端机、通道衰耗、复用接口盒、时钟设置以及现场的复用设备等进行详细检查, 防止由于通信通道导致保护不能正常工作。常见问题包括:

1) 保护装置的技术指标主要包括:光收发功率、接收灵敏度、光收发模块的稳定性, 由于接触不良、老化等原因不能满足技术指标要求。在运行过程中, 若不检查装置的这些指标, 会因接触不良、接头有灰尘、温度老化方面的因素降低通道指标, 造成误码率增大, 保护动作行为受影响。

2) 光纤电流差动保护定检主要基于通道完好的情况, 如采用尾纤连接定检试验, 实际误码率低。随着保护装置的运行, 光器件老化、通道接触、光纤老化, 会造成通道衰减和误码率增大。须考虑正常误码及许可误码情况下保护装置的动作行为, 确保装置在许可误码内保护装置能正确动作。

3) 由于光纤电流差动保护是基于通道的纵联保护, 通道的时延、间断对保护性能产生影响。采用双通道的光纤电流差动保护, 须检查双通道保护动作情况及单通道的动作情况。采用复接PCM设备时, 有条件时应检查PCM的其他业务对光纤电流差动保护的影响。在目前的光纤电流差动保护定检中均未考虑这些影响[3]。

3 实例分析

某220kV某线路Ⅱ回线C相故障。保护配置为主一保护:RCS-931BM (通道:光纤) ;主二保护:RCS902BFZ (通道:光纤 (允许式) +收发信机 (闭锁式) ) , 如图1所示。相关专业工作人员对保护动作报告进行了分析并到现场进行检查和事故分析。

从动作报告可以看出:主一光纤差动保护未动作, 主二光纤纵联距离、光纤纵联零序保护未动作。查看保护录波报告, 主一保护启动时差动保护处于退出状态, 主二保护启动后每侧保护判断正方向后长发信, 但对侧光纤通道收信时有时无, 可见光纤传输通道存在异常。

录波图显示:甲变侧C相故障电流消失后, 甲变侧和乙变侧的光纤收信都恢复正常, 而乙变侧的故障电流在收信正常后仍持续了约5mS才消失。

检查RCS-931BM的告警记录时发现, 当时差动保护也有退出记录。查系统事故记录, 该时刻500kV另一线路II回C相发生接地故障, 甲变保护测距11.6kM。

检查两侧通信机房和通道状况。乙变两套保护装置与接口装置的光功率收、发均正常, 故障前5天内通道状态均良好, 没有误码和异常, 故障期间误码和报文异常数增加比较多。检查通信机房, 通信接口屏有接地线至电缆沟中的100mm2接地铜牌, 通信设备SDH也有接地线至接地铜牌, 2M同轴电缆配线架没有专用的接地线至电缆沟中接地铜牌, 仅与屏相连, 通过屏接地。

甲变两套保护装置与接口装置的光功率收、发均正常, 故障期间误码和报文有异常记录。甲变的220kV此线路II回通信接口屏安装在220kV通信机房内, 该机房内的保护使用设备只有220kV此线路I、II回线路保护通信接口屏 (其它220kV线路保护未使用光纤通道) , 屏内从MUX-2MC引出的同轴电缆经电缆井接至500kV通信机房内的SDH设备, 长度约40米, 电缆井内有强电电缆。且屏柜底下并没有铺设接地铜牌, 屏柜内的接地铜牌连接到槽钢上。而安装在500kV通信机房内其余保护的通信接口屏、SDH设备底下均有接地铜牌。机柜内的铜牌和机柜底下 (地网) 的接地铜牌是用专用接地线连接的。

4 解决方案

针对此220kV某线路II回光纤差动保护两次记录的通道异常状况都是发生在系统出现接地故障, 且故障点距离甲变较近的时刻。考虑到同轴电缆的信号传输要依靠地网, 且其传输信号较弱 (约1V左右) , 地电位的变化、传输距离长以及其它信号的窜入对信号有较大的影响, 初步断定此220kV某线路II回线路光纤纵联保护的未动作和甲变侧的通道工作环境不理想有直接的关系。因此提出以下方案以解决保护通道存在的问题:

1) 增加接地铜牌来优化通道的工作环境, 以解决通道干扰。

2) 增加接地铜牌的方法只解决了抗干扰的部分问题。要缩短光纤信号的传输距离, 减少电磁干扰, 还需把保护通信接口屏放置在距离通信设备 (SDH) 较近的地方。

5 光纤差动保护装置改进方案

5.1 对通道的要求

光纤电流差动保护传输电流的瞬时值以及电流相量的实部和虚部, 在求动作电流和制动电流时是同一时间的两端电流的相量和相量之差, 要求两端同步采样;要求工作在收发路由一致 (对称) 的传输通道中。通道正常运行或通道切换后, 双向路由须一致, 光纤电流差动保护的传输通道大多为固定路由通道, 不具有自愈功能, 不进行自动的通道切换。而光纤距离保护装置传输的是逻辑命令信号, 不要求传输通道的对称性。不仅可工作在任何传输通道, 也能工作在任何形式的光纤自愈环网中。两种保护装置对通道的要求不同, 这对改进保护装置来说, 是一个很好的契机, 特别是针对最近几年用的最多的光纤电流差动保护装置, 对改进装置的性能和扩大装置的使用范围上都有很大的促进作用。

5.2 改进方案

目前国内外保护厂家都研发了双光纤通道的电流差动保护, 正常运行时, 两个光纤通道的数据被分别存放在缓存区中, 两个通道的数据互为备用, 当其中一个通道中断时或数据帧丢失时, 可实现数据的无缝切换, 对于两个通道的数据如何使用, 不同的厂家有不同的做法, 主要有单保护模块和双保护模块两种[4][5], 如图2所示。以下介绍220kv某线路Ⅱ回线用的是单保护模块。

考虑到可以扩大光纤电流差动保护装置的适用范围, 在光纤电流差动保护装置中增加光纤距离保护功能。在光纤差动保护装置中增加光纤距离保护功能, 软件修改的难度不大, 但就如何运行则有不同的方案。

方案一:将目前双光纤电流差动保护改为一个光纤电流差动和一个光纤距离保护, 光纤电流差动和光纤距离保护相互独立。

方案二:在双光纤电流差动保护的基础上增加光纤距离保护的功能。正常运行时光纤电流差动保护工作, 光纤距离保护功能退出, 当通道中出现干扰, 通道工作环境不理想, 可能导致光纤电流差动保护无法正常工作, 此时将保护装置切换至光纤距离保护模式。

两种方案各有利弊, 采用方案一:可以弥补正常运行时光纤电流差动保护对通道质量要求高的不足, 即使出现通道质量欠佳, 光纤距离保护仍可使用, 主保护不至于完全退出运行;采用方案二:对装置在正常进行时的性能和可靠性几乎没有影响, 由于光纤电流差动保护和光纤距离保护的帧结构不同, 保护装置应能适应通信接口的变化。

两种方案的提出对于光纤电流差动保护装置来说, 解决了两侧保护装置的采样同步的问题, 进一步扩大了光纤电流差动保护装置的适用范围。对于通道中出现干扰, 造成采样不同步, 对光纤距离保护功能没有影响, 所以改进后的保护装置还可以继续工作在此光纤通道, 继续维护电网的安全稳定运行。

6 结 论

光纤通信技术的发展及其在继电保护中的广泛应用, 使得光纤电流差动保护成为220kv及以上电压等级线路保护的首选配置。本文就如何处理光纤通道的异常及光纤电流差动保护拒动提出了解决方案, 结合通信、保护各专业之间的协调、沟通, 对现场设备进行调整及改进。同时解决方案中提出的光纤电流差动保护与其他保护的配合使用, 受到相关人员的关注, 对解决好光纤通道的干扰问题起到了关键的作用。

参考文献

[1]李瑞生, 王强, 文明浩, 王尔寒.WXH-803光纤电流差动保护的研究[J].继电器, 2004, 32 (2) :40-43.

[2]张丽丽.云南电网光纤差动保护应用分析[J].云南电力技术, 2009, 37 (2) :27-28.

[3]倪伟东, 李瑞生, 李峥峰.光纤电流差动保护通道试验及研究[J].继电器, 2005, 33 (8) :68-70.

[4]赵曼勇, 周红阳, 余江, 杨晋柏.光纤电流差动保护在应对冰灾期间采用公用通信网通道的改进措施[J].南方电网术, 2008, 2 (2) :27-30.

光纤电流差动 篇8

电流差动保护原理建立在基尔霍夫定律的基础之上, 具有良好的选择性, 能灵敏、快速地切除保护区内故障, 被广泛地应用在能够方便地取得端电流的发电机、输电线路、变压器、母线等保护中[1]。

电流互感器 (CT) 是电力系统中重要的测量元件。但是, 由于CT铁芯的非线性以及磁滞特性, 当较大的故障电流使CT工作在励磁特性的非线性区时, CT进入饱和, 二次电流发生畸变, 不能准确传变一次电流, 从而产生了传变误差。由于CT饱和引起的传变误差对继电保护带来了很不利的影响, 尤其是目前广泛采用的电流差动保护, 甚至会引起差动保护误动, 严重影响了进一步提高保护的准确性, 因此, 必须要解决CT 的饱和问题。

针对CT饱和, 一般采用比率制动特性加以克服。但是, 仅采用比率制动特性并不能保证在CT极度饱和情况下差动保护的可靠性, 必须要辅以其他鉴别CT饱和的措施。目前提出的CT饱和鉴别方法主要有时差法[3]谐波制动法[4]小波检测法[5]、差分法[6]异步法[7]等等。另外, 最近又提出一种基于数学形态学鉴别CT饱和的方法[8], 即利用数学形态学提取CT饱和后的电流波形特征, 以区分内部故障和外部故障CT饱和。

1 CT饱和电流对差动保护的影响

1.1 CT饱和电流分析

CT二次侧负载阻抗角会导致二次电流的波形发生畸变。图1为考虑了该两种因素后电流互感器一、二次侧的电流波形。一次电流处于稳态时, 如图1a、c所示, 一次电流中非周期含量为零, 二次电流在正、负半周均发生饱和, 此类饱和称为对称性饱和;而当一次电流处于暂态时, 如图b、d所示, 其一次电流非周期含量为100%, 一次电流偏向时间轴一侧, , CT只在半个周期发生饱和, 此类饱和称之为不对称性饱和。CT饱和后, 会出现以下特征:

1) 故障发生与CT进入饱和存在一定的时间差;

2) 二次电流出现波形缺损和畸变, 其等效于工频电流上叠加了谐波, 二次和三次谐波是其中主要的谐波成分;

3) 二次电流在进饱和点和退饱和点会发生突变;

4) 二次电流值突然减小, 波形出现缺损, 尤其CT饱和比较严重时, 二次电流输出几乎为零。

1.2 谐波分析

CT饱和后的二次电流中也有一定程度的谐波分量, 图2即为CT分别发生对称性饱和和非对称性饱和 (二次负载阻抗角φ=0) 时的基波以及前六次谐波图。由图可知, 在CT发生对称性饱和时, 谐波含量主要以奇次谐波为主, 尤其三次谐波所占比重最大, 偶次谐波含量比较小;而CT发生不对称性饱和时, 谐波含量主要以二次谐波和三次谐波为主, 更高次的谐波含量相对比较低。另外, 不论是对称性饱和还是不对称性饱和, 基波电流的幅值明显大于各次谐波电流幅值。通过实验分析可知, 在饱和电流中, 基波电流分量仍为其主要成分。而对于有电动机的负荷侧, 其负荷电流中含有较多的谐波分量, 尤其前五次谐波, 甚至超过了基波分量。

综上所述, 较大的故障电流会引起线路中电流互感器发生饱和从而产生饱和电流, 无论是恒阻抗负荷侧或者是带电动机的负荷侧, 饱和电流均会带来不同程度的谐波, 该饱和电流会对差动继电器判别两端电流的大小及相位关系带来影响, 产生误差, 导致断路器发生误动。

2 相间电流互串对差动保护的影响

2.1 电流互感器的等效电路

图3所示为电流互感器的等效模型图。从图中可看出一次侧可以等效看成一个电流源与一个非线性电感并联。正常运行时, 励磁阻抗很大, 励磁电流很小, 但当互感器饱和时Lμ变小, 励磁阻抗ωLμ随之变小;同样, 当电流中含有非周期分量时, ω=0, 相当于励磁支路电抗变为0, 一次电流全部注入励磁支路, 二次电流接近于0。

2.2 电流互串产生的原因

实际系统中保护用电流互感器二次回路接线如图4所示。由图4可知, 在实际的二次回路接线方式下, 对于A相电流互感器二次绕组来说, 其二次负载除了包括本相线的电阻外, 还包括了A、B、C三相公共的N线电阻。因此, 三相电流互感器从空间磁路上来看是相互独立的, 但在电路上并不独立, 存在N线电阻分量的耦合。

误动发生时非故障相的毛刺电流极性总是与故障相故障电流的极性相反这一共性特征

可以作出初步判断:非故障相毛刺电流是由故障相电流通过电流互感器二次回路分流到非故障相产生。如图4所示, 设故障相为A相, A相二次电流通过A相的二次装置电流互感器流入电流互感器二次回路。基于以上判断, 可以分析得到毛刺电流的主要特征为:

1) 毛刺电流由故障相串入到非故障相的电流产生, 非故障相的不平衡毛刺电流极性和与故障相电流极性相反。

2) 故障相串入到非故障相电流 (尤其是非周期分量) 会导致非故障相电流互感器饱和, 励磁阻抗下降, 进而产生毛刺电流。

3) 故障相的电流一般不可能持续串入到非故障相, 故障相的电流正好充当了非故障相的去磁电流, 因此毛刺电流持续时间通常较短。

4) 由非故障相电流互感器饱和所导致的毛刺电流一般很大, 可能引起母差保护、线路差动保护启动甚至误动。

3 结语

本文通过理论分析, 讨论了影响差动保护精确性的两种方法, 对于第一种影响因素, 互感器饱和电路及其谐波, 可以通过判别饱和电流与故障电流的不同特征来防止保护发生误动, 在判别为饱和电流时将保护闭锁, 或者在进行差动保护的整定计算时躲过饱和电流;对于第二种影响因素, 由于非故障相的故障启动与差动电流启动同时出现, 采用目前的保护装置电流互感器饱和判据较难解决问题, 需引起关注。随着电网规模的扩大, 电网的短路容量逐渐变大, 类似的误动情况可能会经常发生。根据本文的分析结论, 需要重点关注以下几个问题:

1) 对电流互感器的饱和特性进行测量, 结合二次回路电阻进行定量计算, 判断在目前的短路容量情况下, 是否会出现同样的二次电流分流现象, 引起保护不正确动作的现象。

2) 需要关注二次回路中性点的接线问题, 是否有接触不良或绝缘损坏的现象。

3) 电流互感器的饱和是一个值得关注的问题。对于目前保护用电流互感器, 在设备选型上应把好关, 严格按照保护用电流互感器技术条件进行选型, 对于不符合条件的电流互感器要进行更换。优先选用低剩磁的电流互感器, 同时提高电流互感器饱和的拐点、增加电流互感器的容量和变比、降低电流互感器的二次回路电阻, 尤其是中性点N线的电阻 (必要时N线可以增加并联电缆数) , 逐步进行二次回路的改造。

4) 研究新的保护算法, 如从非故障相引入故障相电流作为制动量、加入电压判据等。

参考文献

[1]张保会, 尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社, 2005.

[2]袁宇波.自适应数字变压器差动保护原理与方法的研究[D].南京:东南大学, 2003.

[3]李岩, 陈德树, 等.鉴别电流互感器饱和的改进时差法研究[J].继电器, 2001, 29 (11) :1-4.

[4]景胜, 刘向阳.变流器饱和引起母差保护误动事故的分析[J].继电器, 2004, 32 (2) :70-71.

[5]丁晓兵, 赵曼勇, 等.防止交流串入直流导致母线保护误动的措施[J].电力系统保护与控制, 2008, 36 (22) :97-99.

[6]袁季修, 盛和乐.保护用电流互感器应用指南[M].北京:中国电力出版社, 2004.

[7]陈建玉, 孟宪民, 等.电流互感器饱和对继电保护影响的分析及对策[J].电力系统自动化, 2000 (6) .