220kV線路保護(hù)光纖化改造工程實(shí)踐探討

 20世紀(jì)90年代前國內(nèi)220kV變電站中線路保護(hù)多采用高頻保護(hù)，其原理是利用輸電線路作為高頻載波通道將被保護(hù)線路首末兩端電流信號傳輸?shù)綄?cè)加以比較而決定保護(hù)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(diǎn)，嚴(yán)重影響保護(hù)的正確動作[1]。相對于高頻保護(hù)，光纖保護(hù)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(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。特別是隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷增大，對設(shè)備運(yùn)行可靠性要求日益提高，高頻保護(hù)已逐步被光纖保護(hù)取代。
1 整體方案
以某一變電站220kV線路保護(hù)為例，該線路舊保護(hù)采用PSL602G保護(hù)裝置，采用高頻通道實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)差動保護(hù)功能。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將PSL602G保護(hù)更換為PSL603GC光纖差動保護(hù)裝置，同時(shí)取消PSF631A型高頻收發(fā)信機(jī)，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(hù)屏內(nèi)拆除PSL602G保護(hù)裝置，安裝PSL603GC保護(hù)裝置。拆除高頻收發(fā)信機(jī)、耦合電容器、高頻電纜，安裝GXC-2M復(fù)用接口裝置，進(jìn)行光纖通道聯(lián)調(diào)試。更改遠(yuǎn)動機(jī)數(shù)據(jù)庫，并對后臺機(jī)及調(diào)度自動化進(jìn)行信息量傳動。同時(shí)，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(hù)原理
本次光纖化改造采用保護(hù)裝置采用國電南自公司PSL603GC型保護(hù)作為220kV及以上電壓等級輸電線路的主保護(hù)及后備保護(hù)，通過復(fù)用光纖通道傳輸數(shù)據(jù)。PSL603GC主保護(hù)采用分相電流差動和零序電流差動，后備保護(hù)由波形識別原理快速距離Ⅰ段保護(hù)、三段式相間和接地距離保護(hù)及零序方向電流保護(hù)構(gòu)成。該保護(hù)裝置可實(shí)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(shí)現(xiàn)單相重合、三相重合、綜合重合閘功能。同時(shí)，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(hù)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(hù)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(diǎn)去驅(qū)動高頻保護(hù)停信功能，對側(cè)高頻收發(fā)信機(jī)停止發(fā)信，對側(cè)收發(fā)信機(jī)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(hù)后，保護(hù)屏需新增遠(yuǎn)跳功能壓板。遠(yuǎn)跳功能的實(shí)現(xiàn)原理是采用操作箱中TJR接點(diǎn)與遠(yuǎn)跳功能壓板串聯(lián)作為保護(hù)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(diǎn)接通，當(dāng)遠(yuǎn)跳功能壓板處于投入狀態(tài)，保護(hù)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(yàn)碼等一起打包為完整的一幀信息，經(jīng)過編碼、CRC校驗(yàn)，通過數(shù)字通道，傳送給對側(cè)保護(hù)裝置。對側(cè)裝置每收到一幀信息，都要經(jīng)過CRC校驗(yàn)、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(hù)控制字整定為“遠(yuǎn)跳不經(jīng)本地啟動”時(shí)，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(hù)控制字整定為“遠(yuǎn)跳經(jīng)本地啟動”時(shí)，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(hù)發(fā)“遠(yuǎn)跳信號長期不復(fù)歸”報(bào)文。
2.2 信號回路 改造后需更改遠(yuǎn)動機(jī)、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(hù)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(hù)裝置遠(yuǎn)傳、保護(hù)動作等信號。再按相應(yīng)的功能接入后，需重新對遠(yuǎn)動機(jī)、信息子站進(jìn)行配置。與此同時(shí)，調(diào)度主站端也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)配置。工作完成后，利用試驗(yàn)儀器，模擬故障狀態(tài)使保護(hù)裝置依次模擬保護(hù)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(yàn)證信號傳輸?shù)恼_性，特別是對側(cè)遠(yuǎn)跳動作后觀察保護(hù)裝置遠(yuǎn)傳功能是否正確。同時(shí)，在信號傳動過程中觀察保護(hù)動作邏輯與開關(guān)位置的對應(yīng)關(guān)系，從而驗(yàn)證保護(hù)內(nèi)部繼電器接點(diǎn)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(hù)性能的重要因素。光纖通道需要對光纖進(jìn)行熔接，由于施工工藝的原因，焊點(diǎn)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(yùn)行中需要對傳輸中的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，如果丟失幀數(shù)大于某給定值，報(bào)通道中斷，防止由通訊問題導(dǎo)致的保護(hù)誤動作。光纖化改造后線路保護(hù)采用光纖復(fù)用通道傳輸信息。PSL603GC保護(hù)裝置通過單模光纖連接至GXC-2M復(fù)用接口裝置進(jìn)行光信號的傳遞，GXC-2M可以實(shí)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(jī)，兩變電站之間再通過光纖傳輸，從而實(shí)現(xiàn)線路兩側(cè)保護(hù)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(jìn)行調(diào)試，驗(yàn)證光纖縱聯(lián)差動保護(hù)裝置動作的正確性。試驗(yàn)中，首先需要在兩側(cè)分別在保護(hù)裝置端子加上模擬電流，查看本側(cè)和對側(cè)保護(hù)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(hù)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(hù)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(shí)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(hù)代替高頻保護(hù)已成為必然趨勢。PSL603GC光纖保護(hù)具有可靠性高、實(shí)現(xiàn)簡單的優(yōu)點(diǎn)，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(yàn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)在于優(yōu)化工作流程，把控工作中的危險(xiǎn)點(diǎn)，提高試驗(yàn)水平，保證改造設(shè)備安全可靠的投入運(yùn)行。