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【摘要】城市轨道交通供电系统复杂,中、低压短线路较多,线路长度较短(一般在2～5公里),而一般的电流、电压和距离保护往往保护范围很小,难以满足中、低压短线路的保护要求。35kV线路光纤纵联差动保护具有原理简单、运行可靠、动作快速准确,可以实现全线速动等诸多优点,使其在中、低压短线路中得到了越来越广泛的应用。但若接线错误,将对系统的安全稳定造成较大的影响。文章通过对差动保护装置的原理等方面的细致分析,指出一次部分接线造成差动保护误动的根本原因,并从生产运行等方面探讨变电站应当采取的防范措施。
【关键词】35KV线路差动保护;接线错误;保护误动
1、引言
在我国城市轨道交通系统中一般采用35kV环网供电或集中、分散供电相结合的供电方式,其沿线的牵引降压混合变电所、跟随所进出线一般都采用电缆连接, 构成环网电缆线路供电。光纤纵联差动保护能很好地解决供电系统保护选择性不好的问题,所以它是地铁供电系统35KV线路主保护的理想选择。
2008年6月,某地铁降压所启动动力变检修,在检修完毕后空载投入动力变压器时发生了35KV线路光纤差动保护动作,由于线路光纤差动保护作为主保护,其误动作直接影响到地铁供电的可靠性,因此必须查清原因。
2、35KV电缆线路差动保护测量数据及动作情况
35KV两套保护均为ABB 生产的REL551 线路光纤差动保护,保护CT变比600/1,额定电压500V,准确级5P20。两套线路光纤差动保护的电流各取自302开关、304开关CT电流,当A降压所进行动力空载投入时,处于合闸位置的302DL、304DL线路差动保护跳闸,母联断路器处于自投状态但没有投入,电力调度发现了该两开关位置变位信息,但SCADA没有报跳闸信息。
故障数据从所使用的差动保护装置ABB REL551 上抄录,动力变为干式变压器,容量为1600KW,投入前没有带负荷。故障数据如下:
A 降压所 302DL差动保护 : 电流IA=86.35A相位= 92.45、IB=62.4A 相位= 301.2
IC=44.54A 相位= 231.9
B 牵引降压所差动保护 : 电流IA=52.02A相位=104.8、IB=86.03A相位= 332.4
IC= 67.79A 相位= 193.8
3、差流保护异常动作分析
3.1线路纵联差动保护基本原理
要分析该保护是否正确动作,首先了解线路纵联差动保护基本原理。
ABB REL551 是带比率制动的线路光纤差动保护,根据ABB公司关于该光纤差动保护的原理,以正常运行时最大不平衡电路和短路计算结果为依据选择保护参数。
REL 551光纤差动保护分相比较电流的幅值与相角,但保护内部是分相比较线路两侧的电流,制动方式采取双斜率制动,通过CT饱和检测器提高装置的稳定性。当检测到保护范围内线路出现短路等故障电流时,保护立即动作,动作电流按躲过电缆充电电容电流和外部故障短路电流,而以差动回路中产生的三相最大不平衡电流来整定。
为了提高该保护的灵敏度,设置了双斜率比率制动特性 (见图2) 。光纤差动保护的动作电流随着外部穿越性电流的增大而自动增大,差动保护的最小动作电流整定为额定电流的
20%。
3.2光纤差动保护动作分析及改进
从保护动作后对现场电缆的初步巡查来看并没有发现电缆的异状。通过测试,测量每相电缆的主绝缘及外护套绝缘电阻均符合绝缘要求,从而判断电缆本身并没有发生短路故障。如果一次电缆没有问题,可以判定保护误动。
最后我们分析光纤差动保护为什么动作。根据判据1和2,我们分别引入故障数据,可以得出保护动作符合其启动判据,差动保护应动作。
从图3看,对于该线路光纤差动保护,以下各种原因都有可能导致保护误动1)线路充电电容电流的影响;2)保护装置本身有问题;3)差动CT存在问题,包括极性错误或二次不平衡电流等的影响所导致;4)空载合变压器所产生的励磁涌流与一次电缆相位存在问题所引起的差电流叠加所造成。
下面分别就可能存在的原因进行分析查找。
对于充电电容电流的影响:从图1看,当时302DL和304DL在跳闸前都已合上,就是说线路已充电,此时合进线断路器下变压器进线开关(开关编号312,见图1)所导致的差动保护动作,并非对线路充电,且该电缆线路总长度仅为1.362Km,分布电容很小,可忽略不计,因此,可排除充电电容电流导致跳闸的原因。
对于保护装置本身问题可能造成的动作:保护装置的设置是非常重要的,如果某些参数设置错误,如CT变比、斜率等,均会造成保护装置差流偏大异常。于是根据差动保护整定值,利用继电保护测试仪对光纤差动保护装置进行电流和相位的采样及保护功能的校验,经测试光纤差动保护装置对模拟量的采样及保护都是正确的,因此,可排除保护装置本身的问题。
当差动CT本身存在误差和三相不平衡电流,以及差动CT极性接反,都有可能导致差动保护误动作,以差(下转第11页)(上接第10页)动CT极性接反为例,见图3,如极性没接错,按判据1,电缆线路两端一次电流大小相等,方向相反,则差电流为零(两侧电流的相量和)。如极性接反,则两侧电流会出现大小相同,相位相同的情况,其相量和(判据1)则为一端电流的两倍。这样当空载合变压器时,励磁涌流的叠加将使差电流以几何倍数增加,使得差动保护启动。
首先怀疑电流互感器及其二次回路极性存在问题。通过检查测试,在线路检查中发现电流互感器极性接线并没接错。
其次检查两侧线路CT本身是否存在误差,用电压法分别测量了其二次绕组直阻及变比,均与出厂值相符。因此可以排除CT本身原因或极性接反造成的保护误动作。
这样,我们将查找的重点放在了三相电缆的相位校核上。下面测试三相电缆的相序,测相序的方法有很多,可以直接测,也可以间接通过低压侧测,我们采用的方法是从三相电缆所串联CT直接引出二次线接至保护装置,将保护出口压板退出不予跳闸,同时做好防二次开路的安全措施,这种方法非常直观,可以在一次给出一定负荷量的情况下,从保护装置看差流和制动电流值,直接反映不同相位下的差流值。
参见图1,保持B站三相电缆原状,在A站首先按原相序将CT二次线接至保护装置,此时仍有差流出现,经倒换二次CT接线,数次后我们突然发现差流消失了!经核对此时的相序,果然一次电缆相序没有接对!但是非常巧合,本应按A、B、C三相接入的电缆,实际却是按C、A、B相序接入!这样正好是A、B、C三相各按相同方向旋转1200!A、B、C三相彼此的相角和方向并没有变化,相序没有错乱,这就是低压侧所有三相电机仍按正常方向转动,而保护却出了问题的根本原因!正常情况下,对于位于A、B两站间的这段电缆线路,其线路两端如果一切正常,两侧各对应相的电流应大小相等,方向相反,相位角相差1800此时没有差流出现。当发生以上错误接线时,以A站的A相为例,其旋转1200后,它与对端B站的A相电流在正常情况下已变成大小相等,相位相差600的关系,这样按判据1,在正常情况下,其差流大小是一端电流的√3倍,当空载合变压器时,如果正好合在励磁涌流相位和幅值与差电流叠加所能达到使差动保护动作的最小起动值时,差动保护就发生了误动作!
原因查明后,经倒换A、B站间电缆的相序,经测试恢复正常运行。
4 结束语
差动保护是地铁线路的主保护,但往往由于接线错误、电流互感器端头标记标反、相序相反和极性标反等原因造成差动保护误动作,给地铁行车安全生产造成重大影响。因此在设计、施工及以后检修改造过程中,必须确保电流互感器型号、变比等各方面正确,以保证差动保护能起到它本身的作用,不能依靠投运后带负荷试验时发现问题。
参考文献
[1]贺家李、宋从矩主编.电力系统继电保护原理(增订版).北京:中國电力出版社,2004
【关键词】35KV线路差动保护;接线错误;保护误动
1、引言
在我国城市轨道交通系统中一般采用35kV环网供电或集中、分散供电相结合的供电方式,其沿线的牵引降压混合变电所、跟随所进出线一般都采用电缆连接, 构成环网电缆线路供电。光纤纵联差动保护能很好地解决供电系统保护选择性不好的问题,所以它是地铁供电系统35KV线路主保护的理想选择。
2008年6月,某地铁降压所启动动力变检修,在检修完毕后空载投入动力变压器时发生了35KV线路光纤差动保护动作,由于线路光纤差动保护作为主保护,其误动作直接影响到地铁供电的可靠性,因此必须查清原因。
2、35KV电缆线路差动保护测量数据及动作情况
35KV两套保护均为ABB 生产的REL551 线路光纤差动保护,保护CT变比600/1,额定电压500V,准确级5P20。两套线路光纤差动保护的电流各取自302开关、304开关CT电流,当A降压所进行动力空载投入时,处于合闸位置的302DL、304DL线路差动保护跳闸,母联断路器处于自投状态但没有投入,电力调度发现了该两开关位置变位信息,但SCADA没有报跳闸信息。
故障数据从所使用的差动保护装置ABB REL551 上抄录,动力变为干式变压器,容量为1600KW,投入前没有带负荷。故障数据如下:
A 降压所 302DL差动保护 : 电流IA=86.35A相位= 92.45、IB=62.4A 相位= 301.2
IC=44.54A 相位= 231.9
B 牵引降压所差动保护 : 电流IA=52.02A相位=104.8、IB=86.03A相位= 332.4
IC= 67.79A 相位= 193.8
3、差流保护异常动作分析
3.1线路纵联差动保护基本原理
要分析该保护是否正确动作,首先了解线路纵联差动保护基本原理。
ABB REL551 是带比率制动的线路光纤差动保护,根据ABB公司关于该光纤差动保护的原理,以正常运行时最大不平衡电路和短路计算结果为依据选择保护参数。
REL 551光纤差动保护分相比较电流的幅值与相角,但保护内部是分相比较线路两侧的电流,制动方式采取双斜率制动,通过CT饱和检测器提高装置的稳定性。当检测到保护范围内线路出现短路等故障电流时,保护立即动作,动作电流按躲过电缆充电电容电流和外部故障短路电流,而以差动回路中产生的三相最大不平衡电流来整定。
为了提高该保护的灵敏度,设置了双斜率比率制动特性 (见图2) 。光纤差动保护的动作电流随着外部穿越性电流的增大而自动增大,差动保护的最小动作电流整定为额定电流的
20%。
3.2光纤差动保护动作分析及改进
从保护动作后对现场电缆的初步巡查来看并没有发现电缆的异状。通过测试,测量每相电缆的主绝缘及外护套绝缘电阻均符合绝缘要求,从而判断电缆本身并没有发生短路故障。如果一次电缆没有问题,可以判定保护误动。
最后我们分析光纤差动保护为什么动作。根据判据1和2,我们分别引入故障数据,可以得出保护动作符合其启动判据,差动保护应动作。
从图3看,对于该线路光纤差动保护,以下各种原因都有可能导致保护误动1)线路充电电容电流的影响;2)保护装置本身有问题;3)差动CT存在问题,包括极性错误或二次不平衡电流等的影响所导致;4)空载合变压器所产生的励磁涌流与一次电缆相位存在问题所引起的差电流叠加所造成。
下面分别就可能存在的原因进行分析查找。
对于充电电容电流的影响:从图1看,当时302DL和304DL在跳闸前都已合上,就是说线路已充电,此时合进线断路器下变压器进线开关(开关编号312,见图1)所导致的差动保护动作,并非对线路充电,且该电缆线路总长度仅为1.362Km,分布电容很小,可忽略不计,因此,可排除充电电容电流导致跳闸的原因。
对于保护装置本身问题可能造成的动作:保护装置的设置是非常重要的,如果某些参数设置错误,如CT变比、斜率等,均会造成保护装置差流偏大异常。于是根据差动保护整定值,利用继电保护测试仪对光纤差动保护装置进行电流和相位的采样及保护功能的校验,经测试光纤差动保护装置对模拟量的采样及保护都是正确的,因此,可排除保护装置本身的问题。
当差动CT本身存在误差和三相不平衡电流,以及差动CT极性接反,都有可能导致差动保护误动作,以差(下转第11页)(上接第10页)动CT极性接反为例,见图3,如极性没接错,按判据1,电缆线路两端一次电流大小相等,方向相反,则差电流为零(两侧电流的相量和)。如极性接反,则两侧电流会出现大小相同,相位相同的情况,其相量和(判据1)则为一端电流的两倍。这样当空载合变压器时,励磁涌流的叠加将使差电流以几何倍数增加,使得差动保护启动。
首先怀疑电流互感器及其二次回路极性存在问题。通过检查测试,在线路检查中发现电流互感器极性接线并没接错。
其次检查两侧线路CT本身是否存在误差,用电压法分别测量了其二次绕组直阻及变比,均与出厂值相符。因此可以排除CT本身原因或极性接反造成的保护误动作。
这样,我们将查找的重点放在了三相电缆的相位校核上。下面测试三相电缆的相序,测相序的方法有很多,可以直接测,也可以间接通过低压侧测,我们采用的方法是从三相电缆所串联CT直接引出二次线接至保护装置,将保护出口压板退出不予跳闸,同时做好防二次开路的安全措施,这种方法非常直观,可以在一次给出一定负荷量的情况下,从保护装置看差流和制动电流值,直接反映不同相位下的差流值。
参见图1,保持B站三相电缆原状,在A站首先按原相序将CT二次线接至保护装置,此时仍有差流出现,经倒换二次CT接线,数次后我们突然发现差流消失了!经核对此时的相序,果然一次电缆相序没有接对!但是非常巧合,本应按A、B、C三相接入的电缆,实际却是按C、A、B相序接入!这样正好是A、B、C三相各按相同方向旋转1200!A、B、C三相彼此的相角和方向并没有变化,相序没有错乱,这就是低压侧所有三相电机仍按正常方向转动,而保护却出了问题的根本原因!正常情况下,对于位于A、B两站间的这段电缆线路,其线路两端如果一切正常,两侧各对应相的电流应大小相等,方向相反,相位角相差1800此时没有差流出现。当发生以上错误接线时,以A站的A相为例,其旋转1200后,它与对端B站的A相电流在正常情况下已变成大小相等,相位相差600的关系,这样按判据1,在正常情况下,其差流大小是一端电流的√3倍,当空载合变压器时,如果正好合在励磁涌流相位和幅值与差电流叠加所能达到使差动保护动作的最小起动值时,差动保护就发生了误动作!
原因查明后,经倒换A、B站间电缆的相序,经测试恢复正常运行。
4 结束语
差动保护是地铁线路的主保护,但往往由于接线错误、电流互感器端头标记标反、相序相反和极性标反等原因造成差动保护误动作,给地铁行车安全生产造成重大影响。因此在设计、施工及以后检修改造过程中,必须确保电流互感器型号、变比等各方面正确,以保证差动保护能起到它本身的作用,不能依靠投运后带负荷试验时发现问题。
参考文献
[1]贺家李、宋从矩主编.电力系统继电保护原理(增订版).北京:中國电力出版社,2004