智能变电站线路保护差流异常分析

李 斌 陈瑞俊 娄玲娇 乔星金 丁衎然

智能变电站线路保护差流异常分析

李 斌 陈瑞俊 娄玲娇 乔星金 丁衎然

（国网江苏省电力有限公司检修分公司，南京 210000）

光纤电流差动保护在电力系统中应用广泛，它利用光纤通道传输线路两端的数据，在两侧数据同步的基础上，能够简单可靠地判断出区内、区外故障。本文对某智能变电站中由于合并单元实际延时与设定的额定延时不一致造成两侧线路保护差流异常的情况进行分析，并给出现场测试建议。

智能变电站；合并单元；额定延时；数据同步

0 引言

随着我国经济的快速发展，智能电网建设取得飞速发展[1]。作为智能电网发展的重要基础，智能变电站包括智能化一次设备和网络化二次设备，按过程层、间隔层、站控层三层结构体系分层构建。合并单元（merging unit, MU）作为变电站过程层重要设备，在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化，并为间隔层、站控层设备提供数据来源，在整个变电站中占有十分重要的地位。但是，合并单元运行缺陷率较高，由合并单元缺陷导致的电网异常事件大幅增加[2]。在合并单元的缺陷中，合并单元额定延时设置错误会引起保护装置不正确动作。

本文通过对一起220kV智能变电站线路差动保护异常情况的处理，介绍合并单元额定延时产生的原因[3-4]，分析额定延时设置错误引起线路差动保护异常的原因，并给出合并单元现场测试建议。

1 光纤电流差动保护数据同步

线路光纤电流差动保护是一种建立在基尔霍夫电流定律基础上的保护，需要获取本侧及对侧电流数据进行计算判别，这要求参加比较的各端电流量必须实现同步采样处理[5-7]。

传统变电站采用电磁式互感器采样，互感器输出的模拟量通过电缆直接传输到间隔层，模拟量传输接近光速，传输延时固定且数值很小。对于线路光纤差动保护，线路两侧数据同步仅需要考虑光纤通道延时和误码率的影响。

智能变电站目前普遍采用“电磁式互感器+模拟量输入式合并单元”的采样方式，互感器输出的模拟量需经过合并单元转换、同步处理等环节，然后通过点对点模式或组网模式传输到间隔层，合并单元对采样数据处理的环节造成数据传输的延时[8-11]。线路两侧数据同步除了要考虑光纤通道延时和误码率的影响，还要考虑合并单元传输延时的影响。

2 差动保护异常情况

2.1 变电站概况

系统接线示意图如图1所示。线路全长为23.09km，甲站电流互感器（current transformer, CT）电流比为800/5，乙站CT电流比为600/5。

图1 系统接线示意图

2.2 差动保护异常

带负荷试验过程中，甲站显示负荷电流为0.275A（二次值），甲站三相电流的本、对侧相对角度分别为196.27°、196.27°、196.37°；乙站显示负荷电流为0.367A（二次值），乙站三相电流的本、对侧相对角度分别为162.86°、162.86°、163.73°。

自环线路装置，通道显示数据正常，说明装置采样环节及光通道板正常；测试发现两侧装置发送和接收光功率在正常范围内，说明现场两台线路保护装置纵联通道通信正常，且现场无通道异常告警信号，排除通道原因导致的异常。

图2 甲、乙站本侧、对侧电流相量图

线路电流中存在电容电流，智能站存在采样通道延时，理论上电容电流和采样通道延时均会对此角度产生影响，现对这两种影响因素进行分析。

3 电容电流影响分析

电容电流超前电压，在一定程度上会对差流产生影响。架空线路的电容电流的理论计算公式为[12]

式中：为线路的额定电压（kV）；为线路长度（km）。

该110kV线路理论上的电容电流值c（二次值）为

甲站线路保护空载情况下差流波形如图3所示。线路保护装置差流为0.027A（二次值），电流超前电压90°，符合110kV线路电容电流特征。

由式（3）可知，实际产生的16°的偏差与理论偏差5.6°不符，下面进一步分析合并单元延时对这一角度产生的影响。

4 合并单元额定延时影响分析

与两侧线路保护连接的合并单元由不同厂家提供，甲、乙两站线路保护读取合并单元采样值（sample value, SV）报文中的合并单元额定延时分别为1 250ms和1 750ms，甲、乙站保护采样通道状态见表1和表2。这两种MU额定延时均符合合并单元额定延时要求（2 000ms以内）。

表1 甲站保护采样通道状态

表2 乙站保护采样通道状态

假设负荷电流功率因数为1，理论上差流幅值应为实际电容电流0.027A，且该值不会随着负荷电流的改变而发生较大变化。

调取甲站不同负荷状态下差流波形，分别如图5和图6所示。负荷电流为0.275A时，差流幅值为0.080A，负荷电流为0.545A时，差流幅值为0.157A。差流幅值随负荷电流增大而增大，前后两次负荷电流比值为

图5 甲站0.275A负荷电流下差流波形

图6 甲站0.545A负荷电流下差流波形

前后两次差流幅值比值为

1与2近似相等。同时，随着负荷电流的变化，甲站保护装置测量的两侧电流相位差保持不变，一直保持在180°+16°=196°。

甲站保护装置测量的两侧电流相位差与理论分析的两侧电流相位差相差较大，综合以上分析，应为两侧线路纵联差动保护装置中的一台接收合并单元数据实际延时与设定的额定延时不一致，在电容电流共同作用下，导致两侧电流不同步，造成差流偏大且两侧电流相位差一直保持在196°左右。

图7 甲站本、对侧电流相量关系

图8 保护负荷电流与差流幅值误差关系

5 合并单元现场测试建议

智能变电站现场调试过程中，必须实际测量合并单元的延时，并保证合并单元参数设置中额定延时设置与实际延时一致。本文介绍一种模拟量输入式合并单元额定延时测试方法，测试示意图如图9所示。

图9 合并单元额定延时测试示意图

测试步骤为：①通过合并单元测试仪给模拟量输入式合并单元加量；②通过合并单元测试仪查看测试结果，测试时间2min。测试模拟量输入式合并单元电流、电压信号输入时间与数字量输出时间之差。测试要求模拟量输入式合并单元额定延时小于2ms且误差不超过20ms。

6 结论

本次线路差动保护异常主要由于合并单元额定延时设置错误，导致实际合并单元额定延时与装置本身配置报文中发送额定延时不一致，造成两侧数据采样不同步。因此，在投产验收阶段应根据智能变电站技术特点，完善智能化变电站设备的试验调试方法，针对合并单元等智能变电站使用的新型设备，在验收调试工作中应按照设备的验收规范增加核查项目，以保证设备正常运行。

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Fault analysis of differential current of transmission line protection in smart substation

LI Bin CHEN Ruijun LOU Lingjiao QIAO Xingjin DING Kanran

(State Grid Jiangsu Electric Power Maintenance Branch Company, Nanjing 210000)

The optical fiber differential current protection, using fiber channel to transmit data between both ends of the line, is applied in power system widely. On the basis of data synchronization, the protection is able to judge the internal faults and external faults simply and reliably. This paper analyzes the abnormal differential current of transmission line protection caused by difference of the rated time delay between the setting value and the actual value of merging unit in intelligent substation. The corresponding testing advice is put forward in this paper.

intelligent substation; merging unit (MU); rated time delay; synchronization of data

2020-11-16

2020-12-11

李 斌（1991—），男，工程师，主要从事继电保护装置研究与检修工作。