某电厂500kV开关站线路分相电流差动保护简析

李忠佩

摘  要：线路差动保护从原理上是理想的一种保护方式，光纤分相电流差动保护借助于线路光纤通道，通过对电流的测量，实时地向对侧传递采样数据，同时接收对侧的采样数据，各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。

关键词：分相电流差动保护  PCS-931  CSC-103A  压板

中图分类号：TM773           文献标识码：A            文章编号：1674-098X（2021）04（c）-0098-03

Analysis on Phase Current Differential Protection of 500KV Switch Station Line in a Power Plant

LI  Zhongpei

（The Fourth Duty， No.3 Operation Division of China Nuclear Power Operation Management Co.， Ltd.， Jiaxing， Zhejiang Province， 314000  China）

Abstract： The line differential protection is an ideal protection mode in principle， with the help of optical fiber channel， the optical fiber split phase current differential protection transmits the sampling data to the opposite side in real time by measuring the current， and receives the sampling data from the opposite side at the same time. Each side protection calculates the differential current according to the phase by using the local and opposite side current data. According to the braking characteristic equation of the current differential protection， it is judged that the protection will trip when the fault is in the area， and the protection will not operate when the fault is out of the area.

Key Words： Split phase current differential protection; PCS-931; CSC-103A; Pressure plate

為规范华东电网500kV系统线路等双重化保护的应用方式，方便调试和运行维护，华东电网500kV系统第一套、第二套保护的定义中，关于线路保护条件[1]：保护原理优先级的定义，优先级从高到低依次为分相电流差动、方向高频、高频距离。我厂根据要求将主保护改造为分相电流差动保护。

1  分相电流差动保护

1.1 基本原理

分相电流差动保护的基本原理是根据线路在内部故障和外部故障时线路两端对应相的向量幅值和之间的比较来确定的[2]。

如图1系统中，当线路的电压不是很高，线路不是很长，即不考虑线路分布电容的影响时，可以采用不带制动量的原理，其判据方程为≥。但对于高压长距离输电线路的分相电流差动纵联保护来说，由于线路的分布电容电流大，并联电抗器电流、暂态过程中衰减非周期分量以及电流互感器饱和等原因，在线路外部短路时，不平衡电流很大，因此必须采用带有制动量的动作方程，才能保证保护不误动，即本文采用的，其中K表示制动系数（0

在外部故障时，|IM+IN|≈0，而|IM-IN|的幅值很大，动作方程不能满足。由此可见，制动量K|IM-IN|的设置，提高了外部故障不动作的可靠性。

在内部故障时，|IM+IN|的幅值很大，而|IM-IN|的幅值很小，使内部故障时的制动作用很小，保护可靠的动作跳闸。由此可见，差动保护在满足选择性和可靠性两个方面是相互矛盾的。

1.2 PCS-931差动保护

PCS-931为由微机实现的数字式超高压线路成套快速保护装置，该差动继电器由3部分组成：变化量相差动继电器、稳态相差动继电器和零序差动继电器[3]。

光纤电流纵差保护原理如图2所示。动作电流（差动电流）：Id=|IM+IN|;制动电流：Ir=IM-IN;差动元件动作方程：。

（1）区内故障（如图3所示）。动作电流：Id=|IM+IN |=|IK|;制动电流：Ir=|IM-IN|=0。

因为Id>>Ir继电器动作，凡是在线路内部有流出的电流，都将成为动作电流。

区内故障时，两侧实际短路电流都是由母线流向线路，和参考方向一致，都是正值，差动电流就很大，满足差动方程，差流元件动作。

（2）区外故障（如图4所示）。动作电流：Ir=|IM+IN |=|IK-IK|=0;制动电流：Ir=|IM-IN|=|IK+IK|=2|IK|。

因为Id<

区外故障时，一侧电流由母线流向线路，为正值，另一侧电流由线路流向母线，为负值。两电流大小相同，方向相反，所以动作电流为0，差流元件不动作。

1.3 CSC-103A差动保护

电流差动保护主要原理：数字电流差动保护系统的构成[4]，见图5。

2  事件分析

事件经过：某电厂执行第五串开关保护更换后复役试验，由拳变执行充电秦由5415线路的操作后，发现相关保护并没有投用，在与启动试验工程师简单电话交流后，试验值长下令立即投用相关保护。本次事件导致秦由5415线丧失差动主保护大约50min。

2.1 事件过程中的继电保护装置情况

2.1.1 由拳变对秦由5415线路充电前

秦由5415线路两套保护装置均已带电，但功能压板和跳闸出口压板未投入。

第1套差动保护装置PCS931：PT断线黄灯告警。

第2套差动保护装置CSC103A：PT断线黄灯告警，液晶屏显示“差动压板不一致”。

光字牌报警：秦由5415线路保护装置异常，秦由5415线路电压回路断线。

由拳变侧反馈：秦由5415线路保护装置CSC103A的液晶屏上显示PT断线告警和“差动压板不一致”告警，报警内容循环显示。

2.1.2 由拳变对秦由5415线路充电后

第1套差动保护装置PCS-931：PT断线告警黄灯灭。

第2套差动保护装置CSC-103A：PT断线告警黄灯灭，液晶屏显示“差动压板不一致”。

光字牌报警：秦由5415线路保护装置异常。

由拳变侧反馈：秦由5415线路北京四方的差动保护装置CSC-103A的液晶屏上显示“差动压板不一致”告警。

2.2 事件学习

线路保护一般设有功能压板和出口跳闸压板，正常运行，功能压板投入，跳闸压板退出。所谓功能压板就是完成某种保护功能的压板，如差动保护压板、距离保护压板等。如果保护压板投入，那么保护装置会反应故障，保护动作;如果保护压板退出，则意味着相关保护退出。所谓跳闸压板就是用来实现跳开开关的压板，如跳A、跳B、跳C压板等，是执行指令的，其投退决定了开关的动作与否。

以南瑞线路差动保护为例进行分析。南瑞的线路差动保护为线路的第一套分相电流差动保护。通道A差动保护压板为功能压板。如果该压板投入，则通道A差动保护投入。如果该压板退出，则差动保护退出。南瑞的线路差动保护有两个通道，通道B差动保护压板也是同样的功能。在本次事件中，如果功能压板投入，差动保护即已构成回路。对侧差动保护即可正常工作，在对侧的功能和跳闸压板均投入的情况下，保护可跳开对侧开关。

线路的第二套差动保护为北京四方的差动保护，该差动保护只有一个“纵联差动保护”的功能压板，功能同上。

线路差动保护的投用需要对侧的配合：即使本侧开关在分闸状态，线路闸刀断开，但是在对侧充电线路前，本侧保护仍需要投用，主要是将差动保护的功能压板投用，以便差动保护能构成回路。本次事件中，由于某电厂联合开关站侧的差动保护功能压板未投入，四方差动保护装置CSC-103A液晶屏显示“差动压板不一致”，红灯报警，差动保护被闭锁。南瑞保护装置PCS-931的差动保护因功能压板未投入，未构成回路而失效。但后经确认由于南瑞继保的差动保护装置在设计告警信号时，未设计两侧差动保护压板的比较，因此不会出现“差动压板不一致”的告警。

本次由拳变充电秦由5415线路，由于某电厂联合开关站侧的线路闸刀50536断开，线路两侧5052/5053开关断开，导致某电厂侧的差动保护CT没有电流。但是，如果两侧差动保护正常投入，那么，某电厂侧的保护装置送至对侧的电流值为0，对侧保护装置测量到的电流为线路的充电电流。此时，线路充电电流即为差动保护的动作值。对这种情况，保护装置在设定保护定值时，已经通过提高动作门槛值，从而避免线路正常充电时差动保护动作。

在线路故障情况下，由拳变侧检测到的电流远大于线路充电电流，而某电厂侧电流仍然为0，则由拳变侧差动保护动作，使该侧的开关跳闸，从而起到快速切除故障线路的作用。

本次情况，由于某电厂联合开关站侧未投差动保护功能压板，造成秦由5415线路主保护退出，仅仅由拳变侧的后备距离保护起作用。

3  值班人员异常情况应对措施

3.1 案例一—— 500kV秦乔线主保护通道故障

故障原因：（1）第一套保护A通道故障、B通道故障或通道故障;（2）第二套保护A通道故障或B通道故障。

措施：检查第一套保护屏信号继电器动作;检查第二套保护屏指示灯亮;查找控制室内监视电脑中故障显示情况;到通讯机房检查通讯装置状态。

3.2 案例二—— 500kV秦乔线主保护装置异常

故障原因：第一或第二套线路主保护装置异常：PT断线、CT断线等。

措施：查看保护装置报文，确认异常的装置;联系维修处理;汇报调度。

参考文献

[1] 吴穹.500kV超高压输电线路金具挂环断裂原因及预防措施[J].电工技术，2020（13）：113-114.

[2] 于新军.继电保护设备的自动化可靠性分析[J].集成电路应用，2021，38（2）：66-67.

[3] 李文睿.特/超高压输电线路参数计算的研究[D].西安：西安理工大学，2019.

[4] 张建国.CSC-101C数字式超高压线路高频保护双通道改造策略[J].贵州电力技术，2016，19（12）：24-25，43.

[5] 索寅生.超高压及特高压输电线路耐张塔型帶电作业方法研究[D].北京：华北电力大学，2018.

[6] 孙宏宇.500kV超高压输电线路故障与对策分析[J].集成电路应用，2020，37（10）：156-157.