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WXH-35型光纤纵差保护在短线路上的应用

北极星电力网技术频道    作者:林峻嵩,尹项根   2002/9/6 0:00:00   

 关键词:  短线路 光纤保护

  :通过对短线路保护应用的现状和特点进行分析比较,指出光纤保护是未来短线路保护应用的趋势,介绍了WXH35型光纤纵差保护在短线路上的应用情况,并提出了一些建议。

关键词
:短线路;光纤保护;应用

  随着城市电网的改造,用电负荷密度的增大,高压输电线路越来越密集,短距离输电线越来越多,如何合理地进行保护配置,使线路故障能被快速准确地切除就成为大家关注的问题。 短线路保护需解决的难点:
  (1)由于输电线长度短(12 km甚至几百米),整定阻抗小,继电器的动作范围受短路点的弧光电阻影响较大,对躲过渡电阻问题更为敏感。  
  (2)由于输电线路长度短,发生故障情况接近于母线短路,目前系统容量越来越大,母线短路电流也越来越大,传统的电磁式CT饱和问题也显得更为突出。


1短线路保护应用的背景及现状
  
110 kV线路常规配置一般是三段式相间距离保护和三段式零序电流保护。对短线来说,接地零序电流保护显然不能获得良好的速动性,通常没有瞬时动作段,阶梯式保护的动作时间又较长,对快速切除故障极为不利。距离保护的阻抗元件一般是方向阻抗继电器或带偏移特性的阻抗继电器,这种圆特性阻抗继电器躲过渡电阻性能较差,一般对于6 km以下(CT6005或更小)的线路保护就起不了作用。所以设计上对于6 km左右的线路一般就需配置高频保护作为线路的主保护。但线路高频保护的抗干扰性问题十分突出,通道不畅通引起区外误动是高频保护不正确动作的主要原因。
  随着微机保护的发展及大范围的应用,短线路保护的问题得到了缓解。由于微机保护的阻抗特性采用四边形阻抗特性,对躲弧光电阻的能力较好,因此部分短线路保护更换为微机保护后,其灵敏度得到提高,基本上也能满足系统运行要求。但随着电力负荷需求的增长,负荷密度大,短线路或极短线路将越来越普遍。对短至23 km甚至1 km内的线路,普通微机保护也满足不了要求,特别是环网运行的线路,普通的阶梯式保护动作时间长,对快速切除故障极为不利。
  可见,给线路配置快速纵联保护已不单是220kV线路为满足系统稳定性的需要,也是110 kV短线路或环网线路运行的需要。《继电保护和安全自动装置技术规程》也指出对于短线路可配置导引线保护或光纤保护作为主保护。
  目前国内各大保护厂家研制的微机光纤保护均在不同程度上得到应用,如许继公司WXH35型装置、南自厂PSL631型装置、南自院LFP900系列装置和四方公司CSL103光纤保护装置等等。国外ABB公司的REL561和英国的GEC公司的LFCB102103型光纤(微波)保护装置均已进入中国市场。
2短线路纵联保护的比较
    纵联保护按照所用通道的不同类型可分为电力线载波纵联保护(简称载波保护);导引线纵联保护(简称导引线保护);微波纵联保护(简称微波保护);光纤纵联保护(简称光纤保护)。
  (1)载波保护由于能充分利用现成的电力线载波通道,所以应用最广,但载波保护的可靠性很大程度上受通道抗干扰性所制约,高频加工设备故障隐蔽性强,在短线路上应用还可能产生差拍,且随着综合自动化水平的提高,系统之间需传送的数据量愈来愈多,载波通道愈来愈拥挤,载波的传送速率也无法满足要求。
  (2)电流差动保护原理最早应用于短线路上的是导引线保护,它要求要有一条从这端到那端的金属回路,以传送交流电压信号和直流电压信号。采用50 Hz60 Hz的辅助导线纵联保护系统是一个简单和直接的办法。导引线保护原理简单但安全性较差,易受雷击及产生感应过电压,目前应用不多,且随着光缆价格下降,在经济上同光纤保护有一定的可比性。
  (3)微波保护所用的微波通道与输电线无直接联系,可提供足够多的通道,彻底解决了通道拥挤问题。采用脉冲编码调制(PCM)方式可进一步扩大信息传输量,提高抗干扰能力,更适合于数字保护。光纤保护与微波保护具有类似的优点。当微波设备与保护装置间距离较长时常利用光缆将两者连接起来,在保护装置中将电信号变为光信号,通过光缆送到微波终端,再经光电转换变成电信号发送出去。由于微波保护需建微波塔,通路衰减受大气影响,所以对于短线路投资不合算。直接利用光纤通道传送经保护处理后的数字量显得更为简单方便。特别是光纤电流差动保护,其原理简单,不受电磁感应,在短线路上更具实用性,当保护与通信合用光缆时更具经济性。 光纤电流差动保护的优点:
  (1)能适应电力系统的振荡,非全相运行等各种复杂的运行状态。
  (2)仅需测量保护各端的线路电流,不受PT断线的影响,动作速度可以做得很快。  
  (3)具有良好的选相能力。
3 WXH35型光纤纵差保护在揭阳电网的应用情况及建议
    揭阳电网现有一条110 kV路源电厂至220 kV揭阳变电站的联络线(长度为800 m),采用许继WXH35型光纤纵差保护,8芯单模,通信与保护复用,通信和保护各用2芯,另各留2芯备用。配置分相电流差动主保护和三段相间(接地)距离后备保护,自1996年投产以来经受过数次区外故障无误动情况,区内无故障未受考验。即将投产的110kV仙桥变电站原线路(不足1 km)保护选型也有一套光纤保护。根据路源线保护的初步运行情况,笔者提出以下几点建议:
  (1)对于长度为56 km的线路理论上可采用高频保护,但由于前述原因及结合目前通信发展情况仍推荐配置光纤保护,长度为1 km内的线路则以光纤保护更具可靠性和经济性。
  (2)短线路保护可配置光纤纵联保护作为主保护,三段式相间(接地)距离保护和四段式零序电流保护作为后备保护。WXH35型保护取消零序电流保护,为提高高阻接地时保护的灵敏度,一般保护配置时建议仍应有零序电流保护作为线路后备保护,因为零序电流末段定值较小,灵敏度较高。   (3WXH35型保护装置设计没有自动切换光纤通道功能,运行中曾发生过老鼠咬断光纤芯造成通道故障,线路主保护纵差自动退出,仅有后备保护,对系统运行安全造成威胁。需靠继保人员手动换接光缆纤芯后才恢复纵差主保护。为提高保护的可靠性,建议对于具备双通道的保护装置应具备通道自动切换功能,即光缆芯数11热备用。而对于仅配置单通道的保护装置,装置应能提供一光口和一电口,可通过光口连接专用通道,电口通过64 kbits数字接口复接通信的PCM设备构成复用通道,保护装置同样应具备通道自动切换功能。无专用通道的通过64 kbits数字接口复接通信的PCM设备,利用PCM的自动切换功能,当主通道发生故障时自动切换至备用通道。如FOTMAX400数字复接与光纤传输设备自动切换时间<1 ms,可大大提高光纤通道的可靠性。上述3个方案以方案2更具可行性和可靠性,兼具了专用通道和SDH光纤自愈网的优点。
  (4WXH35型分相差动保护判据中使用的是各侧电流相量,在发生内部不对称或经过渡电阻对称故障时负荷电流使制动量增大,降低保护灵敏度;在经高阻故障伴有大负荷送出时可能导致保护拒动2。为解决保护拒动问题可采用故障分量差动原理判据的保护以消除负荷电流的影响。
  (5)线路区外故障时由于短路电流大引起CT饱和,而导致波形畸变,差流增大,影响差动保护的灵敏度。为解决CT饱和问题措施之一可采用采样值差动原理判据的保护,合理选取重复判别次数RS抑制CT暂态响应不一致的影响。采样值差动不是计算某一数据窗的差流值,而是通过连续R次采样判别中有S次及以上符合动作判据来确定内部故障。根据CT的饱和机理,即使在CT严重饱和时,在故障发生的初始阶段和线路电流过零点附近CT存在一个线性传变区,在线性传变区内差流很小,不满足动作判据,故可适当加大S值来躲开不平衡电流。根据文献3的动模实验表明判别数据窗θ≥π可满足上述目的。当采样率为12点/周期时S1226。为保证内部故障的灵敏度,考虑内部故障时极端情况下过零点位于两采样值中点时有可能连续两点不满足差动判据,故须取R≥S2,即连续8点采样值中至少有6点符合动作判据才判为内部故障。另一解决CT饱和的措施是采用没有磁饱和的罗柯夫斯基电流变换器及光电流变换器构成的差动保护,这也是未来的一个发展趋势。  
  (6)电流差动保护的一个关键问题是两侧数据的同步采样,WXH35保护采用数据修正法进行
调整。这种同步调整方法在收到对侧一帧信息后即可完成,对通道的依赖不强,通信干扰或中断不影响采样同步。通信恢复正常,保护即可根据新收的报文进行保护算法处理,有利于保护的快速性。缺点是每次的保护算法处理,均要进行数据修正,且总离不开通道延时Td;要求通信路由固定,电网频率的变化也会影响其相量移位修正结果;只能送相量,不能送采样瞬时值。目前正在研究的GPS同步采样法与通道无关,既能送相量也能送采样瞬时值,且精度高,不受电网频率的影响,具有广阔的应用前景。四方公司的CSL103保护也提出了一种可适应SDH通信自愈网的电流采样同步法:改进的采样时刻调整法。可适应通信路由发生变化而造成传输延迟达20 ms之多,其同步误差不超过,更适应当前大力建设的SDH光纤自愈网的形势。
4结束语
  
随着光纤通信网的迅速发展和电流差动保护判据的成熟,光纤电流差动保护应用于短线路上将极大改善电网的运行性能,提高保护的可靠性,具有很大的应用前景。

参考文献

  
1  王梅义.电网继电保护应用[M].北京:中国电力出版社.1998
2  高厚磊.利用故障分量瞬时值的电流纵差保护新判据[J].电力系统自动化,20002416):2124
 [3] 
胡玉峰,陈德树,尹项根.采样值差动及其应用[J].电力系统自动化,20002410):4044

来源:浙江电力
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