输电线路光纤差动保护误动作原因分析及防范措施

张庆乐

(陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林 719319)

光差保护的主要原理是将输电线路两端的电流信号转换成光信号，经光纤通道传送到对侧。保护装置收到后再转换成电信号与本端电流对比，通过计算差流决定保护是否动作。陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司聚氯乙烯二分厂(以下简称“北元化工聚二分厂”)，35 kV北亚I3531进线、北亚II3532进线综保为PSL646光纤电流差动保护装置，为国电南京某公司制备。2017年10月，北元化工聚二分厂对35 kV北亚I3531进线、北亚II3532进线高压柜进行了整体更换，更换后打压合格，投运正常。然而，在2018年4月大修切换北亚I3531进线、北亚II3532进线时，两个进线开关均差动保护动作。经过排查，北元化工聚二分厂总结出引发输电线路光纤差动保护的原因。

1 线路故障引发装置差动保护动作

1.1 现象及原因分析

如果电缆接地发生了故障(如图1所示)，则：

IM+IN=Id≠0(差动电流/动作电流)。

IM-IN=Ir(制动电流)。

图1 输电线路光纤差动保护原理图

差动继电器的动作特性如图2所示。

图2 比率制动特性曲线

当线路内部发生短路接地时，动作电流(等于短路电流Ik)很大；制动电流较小，甚至为零。因此，工作点落在动作区内，差动继电器动作。

1.2 防范措施及注意事项

北元化工聚二分厂为了有效防止电缆故障引发差动保护动作，要求电气巡检人员在巡视过程用测温仪对电缆接头进行温度测试，也在电缆接线终端头上张贴了试温试纸。

电缆沟和电缆线每月至少要巡查3次，并根据季节及实际情况增加巡查次数。每年按时对电缆进行预防性试验，发现不合格的电缆必须查明原因，坚决不允许带病运行。电缆的运行维护应以电缆中间接头和终端头为重点，同时加强对电缆沟、电缆支架和盖板的维护。电缆沟道内不允许有积水、杂物，否则应限期整改。

2 变比不同引发装置差动保护动作

2.1 现象及原因分析

北元化工聚二分厂在更换高压柜时，电流互感器变比发生了变化。由800∶5更换为1 000∶5。理论上IM、IN大小相等，方向相反，即IM+IN=0。IM/Im=二次匝数/一次匝数，所以只要两侧变比一致，系统无故障，那么二次电流就一致。

由于在更换高压柜时IN侧电流互感器变比发生了变化，导致IM+IN≠0，从而产生差流，引发差动保护装置动作。

2.2 防范措施及注意事项

对于发生变化而引发差动保护装置动作，查找比较快速、直观。但是，在更换电流互感器时，应尽可能同时换掉侧电流互感器；且在更换时，将原电流互感器二次线标识清楚；更换前，要保证电流互感器耐压试验和特性试验正常，为差动保护装置的可靠性和稳定性奠定基础。

3 线路故障引发装置差动保护动作

3.1 现象及原因分析

北元化工聚二分厂在更换高压柜和电流互感器时，电流互感器极性发生了变化。电流互感器一次绕组标注P1、P2，二次绕组标注为S1、S2。P1和S1为同极性，同样P2和S2也是同极性；反之，P1和S2及P2和S1就是反极性。当电流I1从一次侧P1端流进后，二次侧电流I2就会从S1端流出。电流互感器的二次绕组S1端与保护装置的输入端连接，S2与保护装置的同相输出端相连称为正引出；而反引出的连接方式正好相反。这时接入保护装置的两个电流流入的方向就必须是一个流进保护装置，另一个流出保护装置。如果电流互感器极性接反或者改变电流互感器安装方向，则会引发差动保护装置动作。

IM+IN=Id=2IM=2IN。

3.2 防范措施及注意事项

在实际的现场安装接线过程中，北元化工聚二分厂的接线人员按照正引出的方式接线，高压柜端子排和保护装置必须保持一致，并将电流互感器S1、S2引到端子排，方便日常检查维护和极性调整。电流互感器安装方向严格按图3进行安装。

图3 输电线路光纤差动保护极性发生变化线路图

4 线路相序发生变化引发差动保护动作

4.1 现象及原因分析

北元化工聚二分厂在更换配电柜时，由于电缆头重新制作，相序有可能发生变化而导致保护装置动作。测相序最快速的办法是将电缆A、电缆B和电缆C电源测分别对地核对(将AB、AC、BC再核对一遍)。须注意的是核对完必须标识清楚。进线电缆相序对用电设备的稳定运行相当致命，尤其是一些双电源并列运行的企业，相序发生变化对供电系统是致命的灾害。单电源运行的企业，电源相序发生变化50%的概率会导致转动设备反相运行，压缩机等设备将受到严重损坏；同时，在正常情况下，保护装置线路两端电流方向相反、大小相等，相位角相差180°。一旦相位发生变化，IM和IN的大小、方向相位均发生了变化，导致差流保护装置动作。

4.2 防范措施及注意事项

针对上述北元化工聚二分厂明确的要求，每次进线电缆送电后必须用核相仪核相，相关人员确认后方可投入运行；同时，变压器进出线电缆只要发生变化，操作人员仍然要记得核相。

5 线路感应电流的影响引发差动保护动作

5.1 现象及原因分析

在电缆铺设的途径中，电缆桥架和电缆沟与多条电缆平行铺设。在外部故障或线路空冲时，还会有大于50 Hz的高频分量电容电流。所以，差动保护电缆电流的瞬时值可能会很大，同样运行的电缆也对保护电缆产生感应电流，极易造成保护误动作。

5.2 防范措施及注意事项

北元化工聚二分厂采取的主要防范措施就是提高启动电流的定值，躲开感应电流影响，并单独铺设保护电缆，或采用屏蔽电缆减少感应电流对差动保护装置的影响。

6 采样时间不一致引发差动保护动作

6.1 现象及原因分析

线路进线端电流和出线端电流的采样分别由两套装置完成。如果两端装置在不同时间段采样，得到的两端电流瞬时值就不相等，相量和也就不等于零，从而产生不平衡电流，造成保护装置误动作。

6.2 防范措施及注意事项

北元化工聚二分厂计划对现有PSL646光纤电流差动保护装置更换为MLPR-630Hb成套保护装置。该装置具备原南自产品的全部功能，也是原保护装置升级换代的最新型产品，与老装置相比，新装置功能更加完善、强大，运算速度大幅提升，保护动作精度提高，运行更加稳定，使用寿命是原装置的2倍，并且实现了与后台监控系统高速通信，使运行人员及时掌握两条进线在运行中的相关数据，确保运行系统的安全。

7 电流互感器断线引发差动保护动作

7.1 现象及原因分析

输电线路光纤差动保护是依靠计算差流工作的。例如M侧电流互感器断线，那么差动继电器的差动电流Id和制动电流就都等于N侧测得的负荷电流IN。由于制动系数通常小于1，启动电流的值又较小，因此很容易造成差动保护误动作。

7.2 防范措施及注意事项

北元化工聚二分厂为了防止电流互感器断线造成差动保护误动作，投入电流互感器断线告警，闭锁跳闸。

8 结语

为了保证差动保护动作可靠，整流操作人员检修完电流互感器、综保装置、电缆后，保护装置调试显得尤为重要。调试前要检查光纤的连接情况和光纤头的清洁状况，并将保护装置TX和RX(光纤接收端和发射端)端口连接，查看装置有无“通道异常报警”。无报警则用继电保护仪向装置模拟单相故障电流I，此时装置得到的差动电流I1d=2I。因此，通入故障电流时稍大于定值的一半即可。满足动作条件时，装置动作说明保护装置完好。电流互感器一二次线路发生变化时，可以选择先退出差动保护，线路得电后观察差流，然后逐渐增加负荷，看差流变化情况，如无明显变化，可投入差动保护；如在调试时，差流不平衡且数值较大，随负荷增大逐渐增大时，短接电流保护端子，调整电流互感器二次极性。如上述问题仍得不到解决，则申请线路停电，须对电缆耐压并对线路进行核相检查。除上述原因引发差动保护动作外，影响输电线路光纤差动保护动作的原因较多，如电容、电流等仍需操作人员在应用的过程中不断总结、不断完善，也希望同行业提出宝贵意见。通过此次故障分析与查找，操作人员提高了业务技能；同时，要求操作人员认真对待每一起故障，并认真分析、积极改进，逐渐完善供电系统的可靠性。