一种快速便捷的电流差动保护试验方法

田国华

摘 要：光纤差动保护由于其原理简单可靠已经成为超高压线路主保护的首选。针对传统调试流程复杂、设备要求高等缺点，本文提出了一种新型变电所光纤差动保护联调试验方法，直接通过一次环网电缆加载电流，利用对侧的高压柜接地刀闸合位，形成高压电缆三项短接构成回路，然后使用普通继电保护测试仪在本侧某一段动力变压器或整流变压器的高压电缆加载模拟电流，就能完成光纤差动保护的功能联调试验和保护定值校验。此方法已在武汉市轨道交通3号线工程中实际应用，大幅度简化了调试流程，提高了调试效率。

关键词：光纤差动；简化流程；提高效率

1 前言

随着高压电网和城市轨道交通电网的快速发展，变电所自动化技术向更高层次推进，光纤差动保护由于其原理简单可靠而成为超高压线路主保护的首选。目前，武汉市轨道交通供电系统有110kV输电线路、35kV线路和10kV线路，其主保护主要采用MiCOM P521光纤电流差动保护装置。

目前，武汉市轨道交通规划由12条线路组成，2021年规划的线路将会增加到14条。现已投入运营1号线、2号线和4号线，并有8条线路正在施工建设。武汉地铁按照市委规划每年必须开通一条地铁线路，因此，如何简单、快速有效地完成光纤差动保护装置功能校验工作，成了当今重点研究的问题。

2 光纤差动保护原理分析及常规校验方法

光纤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，同时接收对侧的采样数据，两侧保护利用本地和对侧电流数据按相进行差动电流计算。根据电流差动保护的制动特性方程进行判别，判为区内故障时动作跳闸，判为区外故障时保护不动作。

通过了解光纤差动装置保护原理以及高压柜类型，常规的校验方法有以下两种：

（1）利用本所高压环网柜电流互感器二次端子侧或一次电缆侧分别加载模拟电流进行校验。通过1台综合继保测试仪可以完成本所高压环网柜的P521功能校验（利用本所1面进线柜和1面出线柜组成一组环网柜，把两台P521光纤通道用跳纤环起来）。本方案虽然操作简单，但是不能全面检测真实光/电缆回路，仅仅是校验了环网柜光纤差动保护装置的功能，对于电流互感器的极性没有做出完全的判断，只能依靠厂家的流互接线方式来判断。

（2）引入GPS及IRIG-B码对时功能，利用上述两种时钟完成与保护同步采样及触发两侧测试仪的同步采样，完成多点同步采集、触发试验。试验时，两座相邻变电所的继电保护测试仪分别接入GPS时钟、IRIG-B码时钟，设置相同的时、分、秒故障触发时刻。即可完成一组高压环网柜的P521光纤差动功能校验（见图1）。本方案是能够真实地一同校验线路和环网柜保护装置的差动保护功能，但是测试时所投入的仪器仪表比方法1多投入2倍多，需要2台综合继保，同时接入GPS及IRIG-B码对时，接线比较复杂，且个别设备需要特殊制定。

3 新型变电所光纤差动保护联调试验方法

本文提出了一种新型的变电所光纤差动保护联调试验方法。

3.1 设计思想

本文设计使用一台普通功能的综合继保仪就可以简单、快速实现A、B、C三所的光纤差纵保护功能校验任务。对比上述两种测试方案，此方法流程更加简单、操作更加便捷，仪器仪表投入少。

其原理是利用本侧某一段高压馈线柜的电缆侧加载模拟电流（特别适用于封闭式高压柜）；对侧的高压柜利用接地刀闸合位，形成a、b、c三项短接点；在本侧某一段动力变或整流变的高压电缆侧加载模拟电流（交流电流值10～20A均可）；就能轻松通过高压柜P521观察本侧电流、对侧电流、差动电流和制动电流。这种方法既可以在施工前期调试时进行，也可以在变电所送电前与检查环网电缆绝缘时一起做。

特别是不改变对侧上级变电所运行方式就可以完成差动校验（只是对应馈线柜接地合位）；也可以分段进行，一段带电运行、一段停电做光纤差动保护功能测试调试。

本方法从一次电缆侧加载模拟电流，实现了一组高压环网柜的电流差动保护P521的测试，即验证了P521保护装置的动作定值与动作逻辑，也验证了两站高压柜P521的光纤链路的正确性，同时，也能校验电流互感器接入是否正确，有无断线、分流现象。试验方法简便，数据准确。

同时，我们也解决了所与所调试通信困难大、对讲机通信范围有限的通信难题。我们改变以往使用磁石电话机，利用高压环网柜差动光缆的备用通道，采用热点式一对一电话光端机（BD-OP-MUX01型一路电话光端机），轻松解决了远距离通信难的问题。

3.2 具体调试步骤

本文结合武汉轨道交通三号线一期工程35kV封闭式高压柜进行光纤差动保护测试调试方法（见图2）以及实施步骤对本方法作进一步详细的说明：

第一步：本侧拆除1#动力变高压电缆，用综合继保仪从变压器高压侧高压电缆A项电缆加载“+”线，B项电缆加载“-”线。恢复动力变开门触点合位。

第二步：对侧所对应的高压环网柜接地开关3317接地合位，高压柜33合位（馈线柜）。P521光纤通信正常，保护投入正常。合33时，如无合闸允许时，从P521自动控制中通信设置为“内部”，合闸后把自动控制中通信“内部”必须退出。

第三步：本侧高压进线柜311合位，31合位。P521光纤通信正常，保护投入正常。合31时，如无合闸允许时，从P521自动控制中通信设置为“内部”，合闸后把自动控制中通信“内部”必须退出；高压动力变柜411合位，41合位。其他柜均为分位。

第四步：用综合继保仪从变压器高压侧电缆A和B端分别加载电流，电流值AC10-20A整数倍均可，相当于电流从A流进，B端回流。每次加流为高压电缆任意两相电缆即可。

第五步：加载电流时两所可以同时安排试验人员进行观察电流并记录P521本侧电流，对侧电流、差动电流和制动电流。从而判断两所的流互极性是否一致，两所同一相电流值大小差值也可判断出有无分流现象。

第六步：分开环网回路中某一面高压柜断路器，把差动电流保护定值调小到模拟值，这时加载电流就可以模拟启动差动保护联跳动作。

如做其他回路，可以合上母联柜，这样就可以从一个动力变高压电缆做4个方向（两进线柜、两出线柜）的差动电流保护工作（如图3）。每次测试一个高压环网回路，分别完成ABC三相，并做好测试记录。

4 案例分析

4.1 应用案例1

2015年8月7日，武汉地铁三号线一期工程赵家条主所向罗家庄、赵家条所高压环网第一次送电，为了确保110kV主所和35kV沿线所的光纤差动保护装置校验，在确保赵家条主所两段高压都带电的情况下，只需要把对应的出线柜作为接地维护状态，就可以安全、快速、有效地完成了这四个高压环网回路的光纤差动保护装置测试调试任务。

4.2 应用案例2

2015年8月25日，武汉地铁三号线一期工程市民之家所变电所一段高压出线柜第一次送电操作时，造成本所高压柜1号进线跳闸，上级所1号出线柜跳闸。两所的故障设备P521保护显示差动保护动作。

初步检查反馈：现场高压环网电缆排查正常、市民之家所和上级后湖大道所对应的1段高压柜从保护定值检查正确、流互极性检查正确、柜内二次接线端子检查无异常。

本试验方法的应用：利用1号动力变电缆加载模拟电流，经上级后湖大道所1段出线柜流回市民之家所1段进线柜。不影响高压2段正常供电。测试结果表明：通过电缆绝缘测试合格，基本上排除了电缆的问题；A、C回路电流值两端基本一致，无泄漏电流；A、B和B、C回路在本所显示大小一致，上级所B项值为其他项小1/2，可以初步判断是上级后湖大道所B项流互采集问题。安排厂家技术重新检查，结果发现B项的流互电线端子虚接，处理后加载电流校验正确，随后恢复1段高压柜送电。

5 社会经济效益

通过对武汉市轨道交通光纤差动保护测试调试技术的研究，形成了较大的社会经济效益：

（1）通过本联调试验方法，从一次电缆侧真实地校验了光纤差动保护功能，使用设备简单，操作简单、有效，得到了武汉地铁公司的高度认可，并推广该项成果在武汉市城市轨道交通其他线运用。

（2）通过优化实验调试流程，减少了调试人员数量，缩短了实验调试时间，增强了实验调试的质量，确保了工程结点的如期完成，预计节约成本100万元。

6 结论

本文提出的新型变电所光纤纵差保护联调试验方法，大幅度缩短了调试时间，简化了调试流程、节约了施工成本。尤其面对大型工程调试设备多，工期紧不利情况下，此种方法具有得天独厚的优势。

参考文献

[1]张旗，张守东，胡伟.智能变电站与常规变电站的通道联调试验[J].东北电力技术，2012，33（2）：35-37.

[2]李瑞生.光纤电流差动保护与通道试验技术[M].国电力出版社，2006.

（作者单位：中铁一局集团电务工程有限公司）