220 kV线路光纤差动保护改造

摘要：为了彻底解决南岭线220 kV线路保护时常发生的通道故障，将原有高频通道更改为光纤通道。现结合该220 kV线路保护光纤化改造工程实践，重点介绍了光纤通道的组成、纵联光纤差动的原理以及纵联通道的调试。

关键词：高频通道;光纤化改造;通道联调

0    引言

南桠河发电厂位于四川石棉县境内，为南桠河流域梯级规划“一库六级”自下而上的第三座水电站，厂房距石棉县城约11 km。电站为径流引水式电站，装机容量3×40 MW+3×3 MW，最大引用流量为54 m3/s。电站以一回220 kV线路（南棉线）经新棉开关站接入四川电网，以一回220 kV线路（南岭线）接入相岭变西昌电网。

其中南岭线原1#保护采用南自PSL-601U保护装置，该装置的主保护为高频方向距离保护，其原理是比较被保护线路两侧的功率方向，利用输电线路作为高频载波通道传送保护闭锁信号。但是高频载波通道存在较多的加工设备——结合滤波器、耦合电容器、高频阻波器等，受外界环境影响大，可靠性低，自2019年以来，时常有通道故障发生，严重制约了南岭线1#保护的安全运行。电厂多次组织各方技术人员对高频载波通道进行了分析和检查处理，故障未得到根治。

根据国网公司对南岭线1#保护进行光纤化改造的要求，我站将南岭线1#保护原南自PSL-601U保护装置更换为南自PSL-603U保护装置，将高频通道更改为光纤复用通道。

1    改造后的保护配置

光纤技术的应用主要是将电信号转换为光信号。本次改造采用光纤复用通道方式，由继电保护设备、数字复用接口设备、2M线、尾纤等组成，最终接入SDH设备进行信号的传递，如图1所示。

南自PSL-603U保护装置是以纵联电流差动（分相电流差动和零序电流差动）为主保护的全线速动保护，另外还设有快速距离保护、三段式相间保护、接地距离保护、零序方向过流保护。保护装置分相跳闸出口，具有自动重合闸功能，可实现单相重合闸、三相重合闸、禁止重合闸和停用重合闸功能。

南自PSL-603U保护装置线路保护可用作220 kV及以上电压等级输电线路的主、后备保护，是新一代支持数字化变电站的保护装置。该装置支持电力行业通信标准IEC 60870-5-103和新一代变电站通信标准IEC 61850。

2    改造后的保护变动

保护装置由PSL-601U更改为PSL-603U后，除了主保护由纵联方向更改为光纤差动外，涉及的变动，包括原理和回路上的，主要有以下几点：

2.1    远方跳闸

对于601U纵联方向保护，远跳采用的是本侧停止向对侧“发信”的方式，使对侧结合自身的保护判断，“远跳”动作。如图2所示，当故障发生在断路器和电流互感器之间时（图2中的K点），M侧保护判断为反方向故障，一直发闭锁信号闭锁两侧的保护;当M侧的断路器由本侧的母差保护跳开后，TJR动作接点开入M侧保护，使M侧停信，即停止向两侧发“闭锁信号”;N侧保护判断为正方向故障，不再收到M侧发来的闭锁信号，N侧跳闸。

对于603U光纤差动，远跳采用的是本侧向对侧发送远跳信号，对侧结合自身保护跳闸，“远跳”动作。

如图2所示，当故障发生在断路器和电流互感器之间时，光纤差动保护判断为区外故障，差动元件的启动电流为零，保护不会动作。当M侧的断路器由本侧的母差保护跳开后，TJR接点动作，M侧保护装置远跳功能开入点变为高电平，立即向N侧发远跳信号。N侧保护接收到该信号后，经由“保护启动”作为就地判据，驱动TA、TB、TC、TQ、TR出口跳闸继电器。

2.2    继电保护信息子站

线路保护装置改造完成后，需在继电保护信息子站进行相关配置。配置完成后，利用继电保护仪，依次模拟纵联差动、距离保护、零序保护，使603U保护装置动作，跳A出口、跳B出口、跳C出口、重合闸出口等动作，验证信号上送的正确性。

2.3    开入/开出回路

改造时，需要对保护装置的功能开入压板进行重新规划和接线，要注意区分DC24 V和DC220 V的工作范围，避免误接线，造成装置损坏;对于信号启动开关站故障录波和信号上送开关站LCU，需要对更改后的信号名称进行重新定义。

3    通道联调及试验数据

光纤电流差动保护利用流入线路和流出线路的电流相量和进行选择（即基尔霍夫电流定理），通过光纤通道将两侧TA连接在一起，从而将整个线路当成像变压器或发电机一样的元件来完成差动保护。

3.1    对侧电流及差流检查

由于线路两侧CT存在变比差异，保护装置需要设置本侧实际的变比，保证正常运行状态下保护装置的差流为零。对于CT变比不一致的线路，将两侧保护装置的“CT一次额定值”定值整定一致，本侧三相不加电流，在对侧加入三相对称的电流，大小为额定电流，要求本侧保護装置不启动，观察本侧、对侧的三相电流、三相差流为额定电流。

试验方法：

例如：有两段系统，M侧的CT变比为750/5，N侧的CT变比为300/5，需将N侧的CT变比临时整定为750/5（试验后改回）。

若M侧三相A、B、C分别加入3 A、4 A、5 A，则N侧三相A、B、C分别显示为3 A、4 A、5 A;反之，若N侧三相A、B、C分别加入3 A、4 A、5 A，则M侧三相A、B、C分别显示为3 A、4 A、5 A。

3.2    TWJ启动试验

模拟线路空充时故障或空载时发生故障：M侧开关在分位，N侧开关在合位，在N侧模拟各种故障，故障电流大于差动保护定值（2 A），N侧差动保护动作，M侧不动作，如表1所示。

3.3    弱馈启动试验

模拟弱馈功能：M侧开关在合位，两侧“差动保护”硬压板及软压板都投入，“纵联差动保护”控制字置“1”;N侧开关在合位，在N侧加正常的三相电压，无PT断线告警信号，在N侧模拟各种故障同时要求满足相电压或相间电压小于65%额定电压或零序电压突变量Δ3U0>1 V，故障电流大于差动保护定值（2 A），M、N两侧差动保护均动作跳闸，如表2所示。

3.4    远方跳闸

远跳不经本侧启动闭锁的试验：N侧开关在合位，保护装置中将“远跳受启动元件控制”控制字置“0”，在M侧启动TJR使保护远跳开入，N侧保护在收到对侧远跳信号后立即跳闸。

远跳经本侧启动闭锁的试验：N侧开关在合位，保护装置中将“远跳受启动元件控制”控制字置“1”;同样在M侧启动TJR使保护远跳开入，N侧保护在收到对侧远跳信号，同时N侧保护装置有故障元件启动的情况下，N侧保护才能跳闸。

4    结语

通信技术的迅猛发展使得光纤通信日趋成熟，随着电网可靠性需求的日益提高，光纤保护代替高频保护已成为必然趋势。本次改造实现了线路保护的光纤化应用，借助光纤通道的稳定性，提高了线路保护的抗干扰能力，保障了设备运行的安全性。

[参考文献]

[1] 刘国际.数字式线路光纤差动保护装置的现场调试[J].石油化工建设，2006，28（3）：20-21.

[2] 朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京：中国电力出版社，1995.

[3] 国电南自.PSL-603U系列线路保护装置说明书[Z]，2013.

收稿日期：2021-04-12

作者简介：吴锐（1986—），男，四川荣县人，工程师，从事水电站机电设备检修维护工作。