33kV線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作行為分析

1、    33kv線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作行為分析    葉志榮摘要：分析地鐵電纜差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原理，防止電纜差動(dòng)誤動(dòng)作情況發(fā)生。關(guān)鍵詞：電纜 差動(dòng)保護(hù) 動(dòng)作分析一、引言在我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)中一般采用環(huán)網(wǎng)供電或集中、分散供電相結(jié)合的供電方式，其沿線各種電壓等級(jí)的（110kv/33kv主變電所、牽引降壓混合變電所、降壓變電所及跟隨所等）變電所。變電所的進(jìn)出線一般都采用電纜連接，構(gòu)成環(huán)網(wǎng)電纜線路向各級(jí)地鐵用電負(fù)荷供電。隨著光纖通信技術(shù)飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，我國(guó)城市軌道交通供電系統(tǒng)33kv電力電纜線路主保護(hù)大多數(shù)均為光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，因?yàn)樗芎芎玫亟鉀Q供電系統(tǒng)保護(hù)選擇性不

2、好的問題，從而也廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)高壓及超高壓電力系統(tǒng)的線路保護(hù)。二、33kv電纜線路差動(dòng)保護(hù)測(cè)量數(shù)據(jù)及動(dòng)作情況2010年6月，廣佛地鐵千燈湖站牽引降壓混合所1#進(jìn)線第一次受電時(shí)發(fā)生了33kv線路b相光纖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，由于線路光纖差動(dòng)保護(hù)作為地鐵33kv電力電纜的主保護(hù)，具有非常重要的作用，電纜差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作意味著電纜出現(xiàn)故障，直接影響地鐵供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但是如果由于差動(dòng)保護(hù)本身的錯(cuò)誤導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，將會(huì)極大的影響地鐵供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所以一定要查清楚差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的原因，正確分析故障情況，做出準(zhǔn)確的判斷。33kv電纜線路兩套保護(hù)均為abb生產(chǎn)的red615線路光纖差動(dòng)保護(hù)，保護(hù)ct變比40

3、0/1，額定電壓500v，準(zhǔn)確級(jí)5p20。兩套線路光纖差動(dòng)保護(hù)的電流各取自海五路主所ha5柜313開關(guān)、千燈湖站h11柜101a開關(guān)ct電流，如圖1所示。當(dāng)主所進(jìn)行33kv進(jìn)線電纜第一次沖擊時(shí)，處于合閘位置的313dl線路差動(dòng)保護(hù)跳閘，電力調(diào)度發(fā)現(xiàn)了該開關(guān)位置變位信息，主所scada報(bào)跳閘信息。圖2的故障波形是從所使用的差動(dòng)保護(hù)裝置abb red615上采集。在主所的故障事件中，可以讀得b相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故障電流為260a。圖1 供電示意圖圖2 故障波形三、差流保護(hù)異常動(dòng)作分析（一）線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基本原理要分析該保護(hù)是否正確動(dòng)作，首先了解線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基本原理?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)以電流大小和相位

4、比較為基礎(chǔ)，在保護(hù)區(qū)域的各側(cè)都必須安裝一個(gè)保護(hù)裝置。各側(cè)的保護(hù)裝置分別檢測(cè)當(dāng)?shù)氐碾娏?，同時(shí)通過通信連接將本側(cè)的電流傳動(dòng)到對(duì)側(cè)保護(hù)裝置，以便與對(duì)側(cè)電流進(jìn)行比較。在正常情況下或保護(hù)范圍外發(fā)生故障時(shí)，兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流大小相等，相位相同，因此流經(jīng)保護(hù)裝置的差電流為零，但如果發(fā)生內(nèi)部短路，流經(jīng)保護(hù)裝置的差電流不再為零，因此保護(hù)裝置將動(dòng)作，使兩側(cè)的斷路器跳閘，從而起到保護(hù)作用。abb red615是帶比率制動(dòng)的線路縱差保護(hù)，根據(jù)abb公司關(guān)于該縱差保護(hù)的原理，以正常運(yùn)行時(shí)最大不平衡電路和短路計(jì)算結(jié)果為依據(jù)選擇保護(hù)參數(shù)，整定情況見表1。（二）光纖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析及改進(jìn)比率差動(dòng)保護(hù)用來區(qū)分是由于保護(hù)區(qū)

5、內(nèi)故障還是保護(hù)區(qū)外故障，動(dòng)作特性曲線如圖3所示，動(dòng)作特性方程分為3段：（比率差動(dòng)段）（比率差動(dòng)段）（比率差動(dòng)段）差動(dòng)速斷保護(hù)的目的用于保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，快速跳閘切除故障，動(dòng)作方程如下：根據(jù)red615保護(hù)裝置動(dòng)作特性，我們引入故障數(shù)據(jù)，可以得出保護(hù)動(dòng)作符合其啟動(dòng)判據(jù)，差動(dòng)保護(hù)應(yīng)動(dòng)作。從保護(hù)動(dòng)作后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電纜的初步巡查來看并沒有發(fā)現(xiàn)電纜的異狀。我們選用2500v檔絕緣電阻表進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量結(jié)果為每相電纜的主絕緣及外護(hù)套絕緣電阻均符合絕緣要求（其中主絕緣在數(shù)千兆歐以上），從而判斷電纜本身并沒有發(fā)生短路故障。如果一次電纜沒有問題，可以判定保護(hù)誤動(dòng)。最后我們分析光纖差動(dòng)保護(hù)為什么動(dòng)作。（判據(jù)1）idiff為

6、差動(dòng)電流；（判據(jù)2）ibias為制動(dòng)電流。圖3 差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性曲線圖4 差動(dòng)保護(hù)示意圖從圖4看，對(duì)于該線路光纖差動(dòng)保護(hù)，以下各種原因都有可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)： 1）保護(hù)裝置本身有問題，主要體現(xiàn)在采樣板采樣錯(cuò)誤，這樣的錯(cuò)誤發(fā)生的幾率較小，一般在測(cè)試的過程中會(huì)檢測(cè)出來；2）差動(dòng)ct存在問題，包括極性錯(cuò)誤、電纜兩側(cè)電流互感器變比不相同或二次不平衡電流等的影響所導(dǎo)致；3）空載合變壓器所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流與一次電纜相位存在問題所引起的差電流疊加所造成；4）線路充電電容電流的影響。下面分別就可能存在的原因進(jìn)行分析查找。對(duì)于保護(hù)裝置本身問題可能造成的動(dòng)作：保護(hù)裝置的設(shè)置是非常重要的，如果某些參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，如ct變

7、比、斜率等，均會(huì)造成保護(hù)裝置差流偏大異常。于是我們對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行詳細(xì)研究，根據(jù)差動(dòng)保護(hù)整定值，利用繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)光纖差動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行三相電流和相位的采樣及保護(hù)功能的校驗(yàn)，經(jīng)測(cè)試光纖差動(dòng)保護(hù)裝置對(duì)三相模擬量的采樣及保護(hù)都是正確的，因此，可排除保護(hù)裝置本身的問題。當(dāng)差動(dòng)ct本身存在誤差和三相不平衡電流，以及差動(dòng)ct極性接反，都有可能導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，以差動(dòng)ct極性接反為例，見圖3，如極性沒接錯(cuò)，按判據(jù)1，電纜線路兩端一次電流大小相等，方向相反，則差電流為零（兩側(cè)電流的相量和）。如極性接反，則兩側(cè)電流會(huì)出現(xiàn)大小相同，相位相同的情況，其相量和（判據(jù)1）則為一端電流的兩倍。首先懷疑電流互感器及其二次

8、回路極性存在問題。通過檢查測(cè)試，在線路檢查中發(fā)現(xiàn)電流互感器極性接線并沒接錯(cuò)。其次檢查兩側(cè)線路ct本身是否存在誤差，用電壓法分別測(cè)量了其二次繞組直阻及變比，均與出廠值相符。因此可以排除ct本身原因或極性接反造成的保護(hù)誤動(dòng)作。此次送電是電纜的第一次沖擊，千燈湖的所有開關(guān)都處于分位，因此可以排除空載合變壓器所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流引起的差電流的影響。如果一次電纜的相位存在問題，主所和千燈湖站報(bào)不同相的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，碰巧的是兩個(gè)裝置均報(bào)b相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。從圖1看，當(dāng)時(shí)313dl和101a dl在跳閘前都處于分位，就是說線路未充電。這樣，我們將查找的重點(diǎn)放在了線路充電電容電流的影響。從故障濾得波的波形看，問題確

9、實(shí)出在b相上，因此我們著重檢查b相電纜。電纜絕緣狀況良好不能說明電纜合格，只有通過耐壓試驗(yàn)的電纜才具備送電條件。耐壓試驗(yàn)分為交流耐壓和直流耐壓試驗(yàn)。送電前10天，試驗(yàn)人員已經(jīng)進(jìn)行過交流耐壓試驗(yàn)，而且直流耐壓試驗(yàn)與交流耐壓試驗(yàn)相比，具有試驗(yàn)設(shè)備輕便、對(duì)絕緣損傷小和易于發(fā)現(xiàn)設(shè)備的局部缺陷等優(yōu)點(diǎn)，因此我們采用的方法是直流耐壓試驗(yàn)來鑒定電纜的絕緣強(qiáng)度，這種方法非常直觀。試驗(yàn)前需要好安全防護(hù)措施，并且使電纜兩頭保持足夠的絕緣距離，電壓緩慢上升，泄露電流幾乎為零。當(dāng)電壓升到16kv時(shí)，出現(xiàn)很大的泄露電流，電纜絕緣被擊穿，說明電纜存在絕緣薄弱處，正好在電纜第一次沖擊時(shí)，為耐受住沖擊，絕緣薄弱處被擊穿。該電纜線路總長(zhǎng)度為540m，通過電纜故障探測(cè)儀測(cè)試，故障點(diǎn)就在距主所10m的位置。經(jīng)過分析查證，電纜的交直流耐壓試驗(yàn)是在送電前10天完成的，在試驗(yàn)完成后，有其他施工單位進(jìn)場(chǎng)施工，在施工的工程中，由于在主變電所施工，我們的安全防護(hù)人員沒有在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行防護(hù)，監(jiān)管不到位，沒及時(shí)發(fā)現(xiàn)并制止施工單位對(duì)電纜的傷害，是這次事故的主要原因。查明原因后，重新制作好電纜頭，經(jīng)交直流耐壓試驗(yàn)測(cè)試合格后重新送電成功，千燈湖站兩路進(jìn)線受電成功。四、結(jié)論通過上述分析以及光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置在地鐵環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)上的實(shí)際應(yīng)用，可以看出，差動(dòng)保護(hù)是非常重要的地鐵線路主保護(hù)，掌據(jù)正確的分析方法和試驗(yàn)