光纤纵差保护在城市配网短线路保护中的应用综述

光纤纵差保护在城市配网短线路保护中的应用综述

摘要光纤纵差保护以其原理可靠、整定简单、抗干扰能力强的特点在城市配网短线路保护中尤为适用。对光纤纵差保护在城市配网中的应用现状及存在问题给出说明,并结合现场运行情况给出有针对性的建议。

关键词光纤纵差保护;短线路保护;城市配网

随着城市的发展和规模的扩大,出现高层楼宇密集,重要用户集中的情况,一栋楼就相当于一个负荷结点,楼与楼之间距离缩短,随之而来的必然是城市电网的改造。用电负荷密度的增大,高压输电线路越来越密集,在城市电网中出现了越来越多的短距离输电线。在新型大型企业中,出现了越来越多的短线路、超短线路,尤其是在中、低压电力系统中更加常见,短线路故障造成的影响也越来越大,相应地对短线路供电的可靠性提出了越来越高的要求。因此研究与解决短线路保护,如何合理地对短线路进行保护配置,使线路故障能被快速准确地切除就成为一个突出的问题。

1短线路保护应用的背景及现状

对城市配网中的线路来说,因为线路短,无论从理论上还是实践上都说明,在3～4km以下的短线路上,无论是电流、电压、保护还是距离保护都不能满足选择性、速动性和灵敏性的要求。阶梯式电流保护乘以可靠系数后通常没有瞬时动作段,对快速切除故障极为不利;距离保护的阻抗元件一般是方向阻抗继电器或偏移特性的阻抗继电器,躲过渡电阻性能较差,而短线路本身线路阻抗较小,过渡电阻的影响会更大,一般对于6km以下的线路保护就起不了作用。随着微机保护的发展及大范围的应用,短线路保护的问题得到了缓解。由于微机保护的阻抗特性采用四边形阻抗特性,对躲弧光电阻的能力较好,因此部分短线路保护更换为微机保护后,其灵敏度得到提高,基本上也能满足系统运行要求。

但随着电力负荷需求的增长,负荷密度大,短线路或极短线路将越来越普遍。对短至2甚至1km内的线路,普通微机保护也满足不了要求,特别是环网运行的线路。因此国家标准“电力装置的继电保护和自动装置设计规范”规定在这种情况下,应当采用纵差保护作为主保护。可见,给线路配置快速纵联保护已不单是220kV 线路为满足系统稳定性的需要,也是110kV及以下短线路或环网线路运行的需要,电信技术的迅猛发展与成熟为纵联保护应用于输电线路提供了必要的条件。

2短线路纵联保护的比较

纵联保护按照所用通道的不同类型可分为电力线载波纵联保护(简称高频保护/载波保护),导引线纵联保护(简称导引线保护),微波纵联保护(简称微波保护),光纤纵联保护(简称光纤保护)。光纤电流差动保护具有以下优点:

1)与微波保护具有类似的优点,但能够用于较远距离线路。

2)抗干扰能力强,能适应电力系统的振荡,非全相运行等各种复杂的运行状态。

3)仅需测量保护各端的线路电流,不受PT 断线的影响,动作速度可以做得很快。

4)具有良好的选相能力。

5)不受电磁感应影响,在短线路上更具实用性,当保护与通信合用光缆时更具经济性。

3光纤纵差保护的具体应用

目前国内各大保护厂家研制的微机光纤保护均在不同程度上得到应用,如南自院LFP-900系列、许继公司WXH-35型装置、南自厂PSL631型装置、和四方公司CSL-103光纤保护装置等等。国外ABB公司的REL561和英国的GEC公司的LFCB102/103型光纤(微波)保护装置均已进入中国市场。

1)LFP-943N型光纤纵差保护在齐齐哈尔电网的应用。LFP-943N是南自院LFP-900系列的产品之一,是由微机实现的数字式高压线路成套快速保护装置,它包括完整三段相间和接地距离及四段零序方向过流保护。

齐齐哈尔电网现有110kV南齐甲乙线、110kV南商甲乙线、110kV南龙甲乙线,采用LFP-943N型光纤纵差保护,8芯单模,通信与保护复用,通信和保护各用2芯,另各留2芯备用。自投运以来经受过数次区内外故障无误动情况。

2)许继WXH-35型光纤纵差保护在揭阳电网的应用。揭阳电网现有一条110kV路源电厂至220kV揭阳变电站的联络线(长度为800m),以及110kV仙桥变电站原线路(不足1km),采用许继WXH-35型光纤纵差保护,8芯单模,通信与保护复用,通信和保护各用2芯,另各留2芯备用。配置分相电流差动主保护和三段相间(接地)距离后备保护。

3)西门子7SD610光纤纵差保护在南京地铁工程中的应用。南京地铁一期车站供电变电站有安德门站和迈皋桥站两个主站,鼓楼等17个降压站,各站之间为35kV线路连接,形成较为复杂的短线路群,这些短线路若采用传统的电流保护或距离保护,在整定值与动作时间上都难以配合,因此采用纵联差动保护。同城市配网分析一样在城铁中选择光纤纵差保护。

4对于光纤纵差保护的具体应用的几点说明

综合各个光纤保护的现场运行报告,对于纵差保护的实际应用提出以下几点说明:

1)对于长度为5～6km的线路理论上可采用高频保护,结合目前通信发展情况仍推荐配置光纤保护,长度为3km内的线路则以光纤保护更具可靠性和经济性。

2)对于没有设计自动切换光纤通道功能(如:LFP-943N)的保护装置,一旦通道故障,线路主保护纵差自动退出,仅有后备保护,对系统运行安全造成威胁。需靠继保人员手动换接光缆纤芯后才恢复纵差主保护。

3)线路区外故障时由于短路电流大引起CT饱和,而导致波形畸变,差流增大,影响差动保护的灵敏度。为解决CT饱和问题措施之一可采用采样值差动原理判据的保护。

4)光纤线路保护是作为线路的主保护,通道的全可靠对系统的安全、稳定运行起到重要的作用。因此如果在保护装置投入运行前的施工、测试中存在误差,则会导致保护装置的误动作,进而影响全网的安全稳定运行,综合各地由于施工工艺不良造成光纤纵差保护退出运行的案例,需注意两类问题的出现:熔接点的熔接质量不高,往往使熔接点附近的光纤纤芯受到应力的作用,导致光纤的衰耗指标不稳定,影响光纤纵差保护的正常运行;光纤活接头积灰造成通道衰耗增加,进而引起保护装置通道告警,造成光纤纵差保护退出运行。

随着光纤通信网的迅速发展和电流差动保护判据的成熟,光纤电流差动保护应用于短线路上将极大改善电网的运行性能,提高保护的可靠性,具有很大的应用前景。

参考文献

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[3]李磊,马杰,张玮,等.L90光纤差动保护误动原因分析[J].电力自动化设备,2004,4:97-99.