220kV線路保護光纖化改造工程實踐探討

 20世紀(jì)90年代前國內(nèi)220kV變電站中線路保護多采用高頻保護，其原理是利用輸電線路作為高頻載波通道將被保護線路首末兩端電流信號傳輸?shù)綄?cè)加以比較而決定保護是否動作。但是由高頻阻波器、耦合電容器、結(jié)合濾波器、高頻電纜構(gòu)成的高頻通道存在受外界環(huán)境影響大、可靠性低的缺點，嚴(yán)重影響保護的正確動作[1]。相對于高頻保護，光纖保護采用專用（或復(fù)用）光纖作為傳輸介質(zhì)，通道設(shè)備少，基本不受電磁干擾的影響，具有靈敏度高、動作簡單可靠快速、能適應(yīng)電力系統(tǒng)震蕩、非全相運行等優(yōu)點。特別是隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷增大，對設(shè)備運行可靠性要求日益提高，高頻保護已逐步被光纖保護取代。
1 整體方案
以某一變電站220kV線路保護為例，該線路舊保護采用PSL602G保護裝置，采用高頻通道實現(xiàn)縱聯(lián)差動保護功能。根據(jù)設(shè)計要求，將PSL602G保護更換為PSL603GC光纖差動保護裝置，同時取消PSF631A型高頻收發(fā)信機，采用2M復(fù)用光纖通道傳輸數(shù)據(jù)。該工程主要工作是在原保護屏內(nèi)拆除PSL602G保護裝置，安裝PSL603GC保護裝置。拆除高頻收發(fā)信機、耦合電容器、高頻電纜，安裝GXC-2M復(fù)用接口裝置，進行光纖通道聯(lián)調(diào)試。更改遠(yuǎn)動機數(shù)據(jù)庫，并對后臺機及調(diào)度自動化進行信息量傳動。同時，完善故障錄波器及故障信息子站數(shù)據(jù)的更改傳動工作。
2 保護原理
本次光纖化改造采用保護裝置采用國電南自公司PSL603GC型保護作為220kV及以上電壓等級輸電線路的主保護及后備保護，通過復(fù)用光纖通道傳輸數(shù)據(jù)。PSL603GC主保護采用分相電流差動和零序電流差動，后備保護由波形識別原理快速距離Ⅰ段保護、三段式相間和接地距離保護及零序方向電流保護構(gòu)成。該保護裝置可實現(xiàn)有分相跳閘出口，并具有自動重合閘功能，對單或雙母線接線的斷路器實現(xiàn)單相重合、三相重合、綜合重合閘功能。同時，配置有雙A/D，雙以太網(wǎng)，雙串行通訊接口[2]。
PSL603GC替代PSL602G保護后，原電流回路、電壓回路、跳閘回路可以不做改動，需要修改的二次回路主要是遠(yuǎn)跳回路和信息量回路。
2.1 遠(yuǎn)跳回路 就高頻保護而言，線路故障后，當(dāng)本側(cè)斷路器跳開后，采用操作箱中遠(yuǎn)跳繼電器TJR接點去驅(qū)動高頻保護停信功能，對側(cè)高頻收發(fā)信機停止發(fā)信，對側(cè)收發(fā)信機收不到閉鎖信號后發(fā)出跳閘令使對側(cè)斷路器跳閘。采用光纖化保護后，保護屏需新增遠(yuǎn)跳功能壓板。遠(yuǎn)跳功能的實現(xiàn)原理是采用操作箱中TJR接點與遠(yuǎn)跳功能壓板串聯(lián)作為保護裝置的開入。當(dāng)故障發(fā)生后，操作箱TJR繼電器動作，TJR接點接通，當(dāng)遠(yuǎn)跳功能壓板處于投入狀態(tài)，保護裝置可以收到遠(yuǎn)跳開入，該開入作為開關(guān)量，連同電流采樣數(shù)據(jù)及CRC校驗碼等一起打包為完整的一幀信息，經(jīng)過編碼、CRC校驗，通過數(shù)字通道，傳送給對側(cè)保護裝置。對側(cè)裝置每收到一幀信息，都要經(jīng)過CRC校驗、解碼提取遠(yuǎn)跳信號，而且只有連續(xù)三次收到對側(cè)遠(yuǎn)跳信號才認(rèn)為收到的遠(yuǎn)跳信號是可靠的。當(dāng)保護控制字整定為“遠(yuǎn)跳不經(jīng)本地啟動”時，則收到遠(yuǎn)跳信號后無條件永跳出口，驅(qū)動TA、TB、TC、TJQ、TJR出口跳閘繼電器，并閉鎖重合閘。當(dāng)保護控制字整定為“遠(yuǎn)跳經(jīng)本地啟動”時，則需本裝置啟動才出口。如果不滿足則收到對側(cè)遠(yuǎn)跳信號500ms，保護發(fā)“遠(yuǎn)跳信號長期不復(fù)歸”報文。
2.2 信號回路 改造后需更改遠(yuǎn)動機、錄波器及故障信息子站的相關(guān)功能。為了保證信息量對調(diào)度傳輸?shù)恼_性，需敷設(shè)保護裝置至220kV測控裝置、故障錄波裝置及故障信息子站的電纜，接入保護裝置遠(yuǎn)傳、保護動作等信號。再按相應(yīng)的功能接入后，需重新對遠(yuǎn)動機、信息子站進行配置。與此同時，調(diào)度主站端也應(yīng)進行相應(yīng)配置。工作完成后，利用試驗儀器，模擬故障狀態(tài)使保護裝置依次模擬保護動作、跳A出口、跳B出口、跳C出口、重合閘出口、遠(yuǎn)跳動作等信號，驗證信號傳輸?shù)恼_性，特別是對側(cè)遠(yuǎn)跳動作后觀察保護裝置遠(yuǎn)傳功能是否正確。同時，在信號傳動過程中觀察保護動作邏輯與開關(guān)位置的對應(yīng)關(guān)系，從而驗證保護內(nèi)部繼電器接點與操作箱相關(guān)回路的正確性。
3 通道調(diào)試
通道的可靠性是影響保護性能的重要因素。光纖通道需要對光纖進行熔接，由于施工工藝的原因，焊點質(zhì)量以及接頭積灰都有可能導(dǎo)致光纖衰耗指標(biāo)不穩(wěn)定[3]。因此，運行中需要對傳輸中的幀數(shù)據(jù)進行CRC校驗，如果丟失幀數(shù)大于某給定值，報通道中斷，防止由通訊問題導(dǎo)致的保護誤動作。光纖化改造后線路保護采用光纖復(fù)用通道傳輸信息。PSL603GC保護裝置通過單模光纖連接至GXC-2M復(fù)用接口裝置進行光信號的傳遞，GXC-2M可以實現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)換功能，轉(zhuǎn)換后的電信號由同軸電纜發(fā)送到光端機，兩變電站之間再通過光纖傳輸，從而實現(xiàn)線路兩側(cè)保護裝置間的信息交換。
施工過程中，在通道正常后需要對通道進行調(diào)試，驗證光纖縱聯(lián)差動保護裝置動作的正確性。試驗中，首先需要在兩側(cè)分別在保護裝置端子加上模擬電流，查看本側(cè)和對側(cè)保護裝置顯示的電流值和差流值是否正確[4]。其次在兩側(cè)斷路器都在合閘位置的前提下，一側(cè)在保護裝置上施加故障電流，觀察兩側(cè)斷路器是否正確動作。再次，啟動TJR繼電器使得保護裝置內(nèi)有遠(yuǎn)跳開入，觀察兩側(cè)遠(yuǎn)跳功能是否正確，同時觀察錄波器錄波文件已檢查遠(yuǎn)傳是否正確。
4 結(jié)論
通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展使得光纖通訊日趨成熟，隨著電網(wǎng)可靠性需求的日益提高，光纖保護代替高頻保護已成為必然趨勢。PSL603GC光纖保護具有可靠性高、實現(xiàn)簡單的優(yōu)點，已得到廣泛應(yīng)用。今后光纖化改造工作在總結(jié)前期工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，重點在于優(yōu)化工作流程，把控工作中的危險點，提高試驗水平，保證改造設(shè)備安全可靠的投入運行。