水电厂送出线路微机保护改造的若干问题分析与实践

李春松

电力系统继电保护装置有机电型、整流型、集成电路型和微机保护型，前几种逐渐退出，微机保护现在已成为主流。湘东某中型水电厂1992年投入运行发电，采用的是机电型的继电保护装置，运行20余年，近年来，设备逐渐老化，维护困难，甚至发生误跳闸、拒跳现象。电厂在2015年启动改造，现项目已经完工。现将该电厂110 kV送出线线路保护改造的若干问题分析及解决方案分享如下，以供同类型的项目工程技术人员参考。

1 原距离保护的缺陷

该电厂通过一条长15.39 km的110 kV线路送出至大电网，原来的保护采用许继PXH-25型线路保护屏，该屏由LH-15型距离保护装置和ZLL-2型三段零序电流保护装置外加SF-1B型收发讯机构成高频闭锁距离保护和高频闭锁零序保护［1］。其保护的基本原理是，通过降低动作整定值，来延长距离I段的保护范围，通过对端或本端发来的高频功率方向信号来区别区内和区外故障，从而达到全线速动保护功能［2］。但随着运行时间越来越久，元器件老化，多次发生极化继电器接点粘接以及保护动作后不能复归的情况，可靠性大大降低，必须进行更换改造。

2 保护装置的选型设计问题

2.1 确定主保护的类型，是进行保护装置选型的前提

确定比选的方案为：方案一：由高频距离保护构成的全线速动保护；方案二：由光纤距离保护构成的全线速动保护；方案三：由光纤纵联差动保护构成的全线速动保护。它们比较如表1。

综上，决定改光纤差动保护作为110 kV送出线路的主保护。

2.2 保护装置的选型及本项目应有的功能配置

经多方面比较，采用北京四方继保公司的CSC-163A线路保护装置，该保护装置采用光纤通道，适用于110 kV中性点直接接地的大电流接地系统的输电线路。图1为系统连接示意图。

表1 主保护类型的比较

图1 系统连接示意图

（1）采用分相式电流差动保护和零序电流差动保护作为全线速断主保护；

（2）采用三段相间距离、PT断线后的两段过流保护功能、过流保护作为相间故障的后备保护；采用三段接地距离保护、四段零序电流保护作为接地故障的后备保护；

（3）另外，装置具备测距功能、三相一次重合闸功能、具有CT断线闭锁、CT饱和检测及CT变比补偿功能、可传送“远跳”和“远传”命令、具有用通道监视、误码检测；

（4）通信方式：选用专用光纤通道，配置双路光纤接口，实现双通道无延时切换；

（5）具有低周减载、低压减载功能［3］。

3 保护装置的更换安装的问题

3.1 改造安装施工管理

改造项目相比新安装项目有其特点，主要体现在：其原有设备在投运状态，设备与外围接线已经确定，待更换设备只能在原设备和原有外围接线的基础上进行，安装接线比新安装设备更复杂；改造项目一般工期较紧张，尽量少影响正常的生产；所以客观上要求施工管理更严格，施工人员素质更高。

一般，施工前应制定切实可行的施工组织设计和关键工序施工方案。本项目的施工方案应包括）改造施工方案及作业指导书；调试方案及作业指导书等。

3.2 改造实施注意事项

（1）改造实施之前，技术负责人必须做好技术安全准备与现场勘察工作。首先会同安装施工人员按照图纸对一次设备、二次设备进行对比，熟练掌握所有电缆的走向，确定每一台屏柜、每一个装置、每一根电缆、每一个连接片、每一个端子的去留，做好施工设计工作。本案例，由于原低周低压屏的功能已经整合在CSC-163A的线路保护中，原屏可以取消，新保护屏安装在该位置，恰好紧挨着原线路保护屏，原电缆有足够的余地，大都可以利用，还可以减少停电时间。

在具体操作之前还应由技术负责人向设备安装调试人员做好技术交底工作。

（2）改造宜利用枯水季节进行，改造时110 kV线路应停运，应做好电厂的备用电源转投运工作，线路两侧的改造同步进行，开工前应办好电气第一种工作票。改造的大致工序有：拆除旧屏，新屏就位；系统接线；保护定值整定、系统调试（包整组试验）、两侧联调。

拆、接电源时，应防止人身触电事故；拆除保护屏，新屏就位，应防止遗漏及误恢复事故；拆动电压回路时，应防止电压回路接地、短路；拆动电流回路时，应防止CT二次回路开路［4］。

4 差动保护的整定问题

传统的差动保护为保证选择性应按躲过外部故障时的不平衡电流整定，这样就降低了区内故障时的灵敏度，而CSC-163保护装置采用比率制动特性，引入外部故障时的电流作为制动量，在内部故障时制动量很小、动作量很大，灵敏度高；外部故障时制动量大，动作量小，避免了误动作。该型线路保护装置电流差动保护配有分相式电流差动保护和零序电流差动保护。

（1）分相式电流差动保护采用双比率制动特性，动作曲线见图2，动作方程如下：

其中 ： IOP= ||İM+İN， Ires= ||İM-İN；

İM、İN：线路两侧的电流相量，分别以母线指向线路为正；

IOP：差动电流；Ires：制动电流；IDZ：差动定值。

差动定值IDZ，本质上是继电器动作门槛电流。在区外故障或正常运行带负荷电流的情况下，流过保护的是穿越性电流，这时，差动电流IOP很小，为线路两侧电流互感器带来的不平衡电流，制动电流Ires很大，为两倍穿越电流，不会带来保护误动；但线路电容电流是从线路区内流向大地，构成差动电流，当空载投线路时，制动电流也很小，可能误动；区外故障切除时，由于高频分量的存在，使电容电流急剧增大，而制动电流减小，也可能发生误动；在图2所示的曲线上，当空载时，制动电流Ires为零，差动定值要躲过线路充电时的电容电流，一般按实测电容电流的2.5倍来整定；本案例中电容电流非常小，不到10 A，可以适当抬高整定值，按一次40 A整定，转化为二次值为0.667 A。

装置采用双斜率，当区外故障时，由于CT的特性恶化或严重饱和，产生传变误差，这时通过抬高斜率，有效地防止了误动作。

装置对CT断线的情况有两种处理方式：闭锁或不闭锁保护。当不闭锁保护时，断线相的差动电流IOP变为负荷电流，制动电流Ires也变为负荷电流，这时必须差动定值必须躲过最大负荷电流，本案例中，整定为一次电流330 A，二次电流5.5 A。

2.语法混乱：用正确的时态写作是英语作文的最基本要求。有些人写作时乱用时态，不知道不同时间发生的事情应该用不同的时态来表述。在英语中，通常词性发生变化时，词形就会发生变化，同时用法也会不同，但很多人写作时常常忽略英语词性的变化。

（2）当经高电阻接地短路后，由于差动电流很小，在重负荷的情况下制动电流又很大，如果只配备分相差动保护，很可能会发生保护拒动的问题，因此必须配备零序电流差动保护。零序电流差动保护采用单比率制动特性，动作曲线见图3，动作方程如下：

图2 分相差动电流保护的动作特性

图3 零序差动电流保护的动作特性

ID0：零序差动电流；IB0：零序制动电流；I0Z：零序差动电流定值，按躲过区外故障最大零序不平衡电流并保证内部高阻接地故障有灵敏度整定。由于涉及到电网参数和短路计算，这里不再展开，本项目中设为一次电流60 A，二次值为1 A。

5 距离保护的整定和动作特性

保护的整定，由于线路的参数、负荷情况、两侧CT都没有变化，所以阻抗定值沿用原有定值，不再赘述。但采用CSC-163A线路保护装置采用特殊四边形动作特性，能有效地减小短路点过渡电阻，造成保护的不正确动作。图4为相间距离元件和接地距离元件的动作特性。相比原有距离保护的方向圆特性，特性上也加以改进了。

图4 距离元件动作特性

图4 中，XDZ为阻抗定值ZZD折算到X的电抗分量；RDZ按躲事故过负荷情况下的负荷阻抗整定，可满足长、短线路的不同要求，提高了短线路允许过渡电阻的能力，以及长线路避越负荷阻抗的能力；选择的多边形上边下倾角（如图4中的7°下倾角），可提高躲区外故障情况下的防超越能力。

在重合或手合时，阻抗动作特性在原有基础上，再叠加上一个包括座标原点的小矩形特性，称为阻抗偏移特性动作区，以保证PT在线路侧时也能可靠切除出口故障。在三相短路时，距离Ⅲ段也采用偏移特性。

6 低周低压解列和重合闸功能的问题

该水电厂为弱电源并网，上一级220 kV永和变电站一方面从大电网中获得电能，另一方面接纳该电厂的电能，当大电网的供电线路故障跳闸时，该电厂的发电功率供不应求，频率电压都将下降，这时必须将该电厂迅速解列，以保证大电网的供电线路检无压重合闸成功，保证永和变电站的用户供电可靠性。所以，低周低压解列功能不能取消，实际操作中取消低周低压解列屏，整合在CSC-163A保护装置中。保护定值按原定值不变，低周设为48.5 Hz延时0.5秒，低压为70%额定值，延时0.5秒［5］。

重合闸功能应设为检同期，防止非同期合闸。

7 保护装置改造后的调试问题

更换保护装置并系统接好线后，最重要的是，必须按照《调试方案及作业指导书》进行一次全面的系统的调试。特别注意以下几个方面。

7.1 回路接线检查

另外，保护的正确逻辑判断及接线的正确性还有赖于开关量输入回路的正确可靠动作。实际校验的方法是：投退压板、切换开关或用短接线将相关的输入回路加电压，通过查询保护装置的变位来校验接线是否正确；进行对外跳合闸回路的检查，通过装置开出传动进行试验，查看能否进行跳合闸，查看接线的正确性［6］。

7.2 保护功能试验和整组试验

应该严格按照保护原理结合装置技术说明书，逐一进行试验，要全面考虑各个方面，不得漏项。在调试时，还应注意保护各段之间的配合。

整组试验的目的在于验证装置与外部设备直流连接回路的正确性，是否存在寄生回路，测试整组动作时间，而且能检查微机保护之间的配合情况。继电保护的整组试验必须采用从电流、电压端子加入故障量的方法［7-8］。

7.3 通道检查试验和两侧联调

通过通道自环试验和通道远方环回试验，来检查通道功能。通道功能合格后，进行两侧联调，联调还应以两侧整组试验合格为条件。联调前应与对侧变电站运行方协调好，应做好防止越级跳闸的组织措施和技术安全措施。

8 结语

通过周密的安排，认真细致的勘察、设计、更换、调试工作，改造任务非常成功，至今运行正常，满足了继电保护动作的选择性、速动性、灵敏性、可靠性的要求。

参考文献：

［1］谢世坤.L H-15型距离保护、Z L L-2型另序电流保护用于构成高频闭锁式保护时的接线介绍及有关问题的改进 ［J］.电力系统保护与控制，1981（4）：59-62.

［2］谷水清.电力系统继电保护［M］.北京：中国电力出版社，2013.

［3］GB/T 14285-2006.继电保护和安全自动装置技术规程［S］.

［4］韦强.关于微机型继电保护装置的现场调试浅析［J］.电气转动自动化，2011，33（2）：53-56.

［5］雍丽华.小电源接入电网相关继电保护的配置与整定［J］.电工技术，2013（2）：27-28.

［6］王伟.电力系统自动装置［M］.北京：北京大学出版社，2014.

［7］黄瑞虹.110 kV变电站继电保护改造调试问题解析［J］.科技与企业，2015（18）：239-239.

［8］潘邦全.SEL-587型微机继电保护装置的调试技术［J］.山西冶金，2010， 33（4）：29-31.