LFCB-102型微波分相差动保护的应用_电子信息和通信论文
摘 要 lfcb-102型微波分相差动保护为单相完全比率差动，继电器有2种比率制动特性，投运于220 kv新南甲乙线上。但新田站侧和南海站侧的电流互感器变比不同，需加装二次变流器。在暂不考虑配置二次变流器的情况下，进行了参数调整，计算结果表明能基本满足运行要求。另外，采取并入三相差动继电器开接点的串接回路的方法解决了保护拒动的问题。投运后的运行情况说明保护装置能正常工作。
220 kv新田升压站的4条220 kv线路中，线路主保护之一选用了阿尔斯通生产的lfcb-102 型微波分相差动保护。该保护装置具有选相功能，继电器为全数字的，设计中采用微处理器，并同现代化通信系统相兼容。因为数字能方便地调制和载带数据，所以，所有的三相电流信号可通过同一信道传输。其电流是按分相进行比较的，对应不同的故障方式具有选相能力，从而避免了电流互感器(以下称ta)综合量比较方案的不对称问题。同时，不论线路的一端有故障电流，还是所有端都有故障电流，线路各端的继电器能同时动作，快速切除故障。
1 保护原理
该保护为单相完全比率差动，继电器有2种比率制动特性，如图1。初始斜率确保低水平故障的灵敏度随着故障水平上升；ta饱和导致附加的误差，则用增加斜率来进行补偿。
｜idiff｜=｜ia-l1＋ib-l1｜，
｜ibias｜=(｜ia-l1｜＋｜ib-l1｜）／2.
式中 idiff——差动电流；
ibias——偏置电流；
ia-l1——线路a端的l1相电流；
ib-l1——线路b端的l1相电流。
根据比率差动曲线，跳闸判据为：
当｜ibias｜<is2时，｜idiff｜<k1｜ibias｜＋is1，
当｜ibias｜>is2时，｜idiff｜>k2｜ibias｜-（k2-k1）is2＋is1.
式中 is1——差动门坎电流；
is2——偏置门坎电流。
厂家推荐is2=2.0in(其中in为额定电流)，k1=30%，k2=150%，只有is1为用户整定，一般取决于线路电容电流ic，推荐为is1>2.5ic，可保证躲过空载线路充电电流和躲开正常负荷时，系统过电压和外部故障引起的电容电流的增加。
2 线路两侧ta变比不同的问题
在220 kv线路新南甲乙线投运时，发现新田站侧的ta变比为1 200／1，南海站侧的ta变比为1 500／1。这样，在正常负荷情况下，两侧差动继电器就有差流流过，给定值的整定带来困难。解决这一问题的基本方法，就是在线路的一侧加装二次变流器，使得线路两侧流入保护装置的电流完全相同。但是，现场短期不能配备二次变流器，为了确保保护正确动作，线路正常投运，我们进行了调整。通过计算得ta的不匹配度为25%，根据厂家的有关资料，当ta不匹配度大于15%时，选用k1为不匹配度的2倍，即k1取50%，同时is1由原定值的0.3in改为0.25in。对于这样的调整，我们通过如下的计算考察差动继电器在几种运行方式下的情况。
2.1 不平衡电流对保护装置的影响
由ia／ib=1 500／1 200=1.25，即ib=0.8 ia，可得
|idiff|=|ia-0.8ia|=0.2ia
|ibias|=(|ia|+|0.8ia|/2=0.9ia
式中
ia——新田站侧电流(二次)；
ib——南海站侧电流(二次)。
由于｜ibias｜<is2，跳闸判别式为
｜idiff｜>k1｜ibias｜＋is1，
保护的制动电流为
k1｜ibias｜＋is1=0.45ia＋0.25in，
差动电流小于保护的制动电流，此时的差动电流在保护的制动区。因此，由于ta变比的不同产生的不平衡电流不会引起保护装置误动。
2.2 穿越性故障对保护装置的影响
｜idiff｜=｜1.1ia＋0.9ib｜=0.38ia，
｜ibias｜=(｜1.1ia｜＋｜0.9ib｜)／2=0.91ia.
当｜ibias｜<is2时，保护的制动电流为
k1｜ibias｜＋is1=0.455ia＋0.25in，
差动电流小于保护的制动电流，在制动区，保护不会动作。
当｜ibias｜>is2时，即ia>2.198in，保护的制动电流为
k2｜ibias｜-(k2-k1)is2＋is1=
1.365ia-1.75in.
根据保护动作判据解得ia<1.777in，与ia>2.198in矛盾，故保护不会动作。
从以上计算结果来看，当保护装置两侧ta变比不同时，在一定情况下，可以暂不考虑配置二次变流器(加装二次变流器同样也有可能改变ta的二次特性，引起保护误动)。但是，定值的整定要准确，尤其是is2=2.0in的选择非常重要，以防止系统穿越性故障时保护装置误动。
经调试试验后，基本上可以满足运行的需要。
3 保护拒动的问题
3.1 保护拒动问题
lfcb-102型微波分相差动保护在出口跳闸回路中有一闭锁接点，该接点引自94 vx1继电器，94 vx1继电器由零序继电器50 n启动。
50 n零序继电器电流取自本线路ta的另一绕组，其作用是用来判断差动回路中是否出现电流回路断线，定值为0.1in；94-1继电器，当l1，l2，l3三相差动继电器任一相动作时，该继电器动作；94a，94b，94c分别为差动继电器三相出口继电器。从逻辑回路图可以看到：当保护区内发生故障时，对应相的差动继电器动作，但只有94vx1动作(即50n动作)，才能开放出口跳闸回路。所以若要保护装置能可靠动作，50n必须动作，也就是说，只有线路上有零序电流流过时，保护装置才能可靠动作(设计者考虑线路故障时，一定会有瞬时零序电流)。然而，实际在线路发生三相短路或二相短路时，由于线路上并不一定有零序电流流过(如线路杆塔之间的绕击雷短路)，零序继电器50n不会动作，即使差动继电器动作，保护装置也不会跳闸出口，造成保护拒动。
3.2 解决方案
该保护装置在其软件内部有二相动作启动三相出口的功能，即任二相差动继电器同时动作时，三相差动继电器均出口。为此，我们在50 n开接点启动94vx1继电器的回路中，并入了三相差动继电器开接点的串接回路，如图2虚线所示。保证了保护装置在三相短路和二相短路时，均能启动94vx1继电器，从而开放出口跳闸回路。经对保护装置试验并模拟各种短路故障，均能可靠动作。
增加此串接回路以后，当二相电流回路同时断线，会使保护误动，但在实际运行情况下不会出现此现象，(单相断线，装置软件设计上有闭锁)。至于停电工作造成的电流回路开路(如漏接线等)，在线路送电过程中可能出现的保护装置误动，对线路或系统影响不大。
4 效果
lfcb-102型微波分相差动保护经上述调整后，在220 kv新紫(南)甲乙线投入运行，在1997年新紫甲乙线分别发生一次单相接地故障，该保护装置正确动作。
220 kv新田升压站的4条220 kv线路中，线路主保护之一选用了阿尔斯通生产的lfcb-102 型微波分相差动保护。该保护装置具有选相功能，继电器为全数字的，设计中采用微处理器，并同现代化通信系统相兼容。因为数字能方便地调制和载带数据，所以，所有的三相电流信号可通过同一信道传输。其电流是按分相进行比较的，对应不同的故障方式具有选相能力，从而避免了电流互感器(以下称ta)综合量比较方案的不对称问题。同时，不论线路的一端有故障电流，还是所有端都有故障电流，线路各端的继电器能同时动作，快速切除故障。
1 保护原理
该保护为单相完全比率差动，继电器有2种比率制动特性，如图1。初始斜率确保低水平故障的灵敏度随着故障水平上升；ta饱和导致附加的误差，则用增加斜率来进行补偿。
｜idiff｜=｜ia-l1＋ib-l1｜，
｜ibias｜=(｜ia-l1｜＋｜ib-l1｜）／2.
式中 idiff——差动电流；
ibias——偏置电流；
ia-l1——线路a端的l1相电流；
ib-l1——线路b端的l1相电流。
根据比率差动曲线，跳闸判据为：
当｜ibias｜<is2时，｜idiff｜<k1｜ibias｜＋is1，
当｜ibias｜>is2时，｜idiff｜>k2｜ibias｜-（k2-k1）is2＋is1.
式中 is1——差动门坎电流；
is2——偏置门坎电流。
厂家推荐is2=2.0in(其中in为额定电流)，k1=30%，k2=150%，只有is1为用户整定，一般取决于线路电容电流ic，推荐为is1>2.5ic，可保证躲过空载线路充电电流和躲开正常负荷时，系统过电压和外部故障引起的电容电流的增加。
2 线路两侧ta变比不同的问题
在220 kv线路新南甲乙线投运时，发现新田站侧的ta变比为1 200／1，南海站侧的ta变比为1 500／1。这样，在正常负荷情况下，两侧差动继电器就有差流流过，给定值的整定带来困难。解决这一问题的基本方法，就是在线路的一侧加装二次变流器，使得线路两侧流入保护装置的电流完全相同。但是，现场短期不能配备二次变流器，为了确保保护正确动作，线路正常投运，我们进行了调整。通过计算得ta的不匹配度为25%，根据厂家的有关资料，当ta不匹配度大于15%时，选用k1为不匹配度的2倍，即k1取50%，同时is1由原定值的0.3in改为0.25in。对于这样的调整，我们通过如下的计算考察差动继电器在几种运行方式下的情况。
2.1 不平衡电流对保护装置的影响
由ia／ib=1 500／1 200=1.25，即ib=0.8 ia，可得
|idiff|=|ia-0.8ia|=0.2ia
|ibias|=(|ia|+|0.8ia|/2=0.9ia
式中
ia——新田站侧电流(二次)；
ib——南海站侧电流(二次)。
由于｜ibias｜<is2，跳闸判别式为
｜idiff｜>k1｜ibias｜＋is1，
保护的制动电流为
k1｜ibias｜＋is1=0.45ia＋0.25in，
差动电流小于保护的制动电流，此时的差动电流在保护的制动区。因此，由于ta变比的不同产生的不平衡电流不会引起保护装置误动。
2.2 穿越性故障对保护装置的影响
｜idiff｜=｜1.1ia＋0.9ib｜=0.38ia，
｜ibias｜=(｜1.1ia｜＋｜0.9ib｜)／2=0.91ia.
当｜ibias｜<is2时，保护的制动电流为
k1｜ibias｜＋is1=0.455ia＋0.25in，
差动电流小于保护的制动电流，在制动区，保护不会动作。
当｜ibias｜>is2时，即ia>2.198in，保护的制动电流为
k2｜ibias｜-(k2-k1)is2＋is1=
1.365ia-1.75in.
根据保护动作判据解得ia<1.777in，与ia>2.198in矛盾，故保护不会动作。
从以上计算结果来看，当保护装置两侧ta变比不同时，在一定情况下，可以暂不考虑配置二次变流器(加装二次变流器同样也有可能改变ta的二次特性，引起保护误动)。但是，定值的整定要准确，尤其是is2=2.0in的选择非常重要，以防止系统穿越性故障时保护装置误动。
经调试试验后，基本上可以满足运行的需要。
3 保护拒动的问题
3.1 保护拒动问题
lfcb-102型微波分相差动保护在出口跳闸回路中有一闭锁接点，该接点引自94 vx1继电器，94 vx1继电器由零序继电器50 n启动。
50 n零序继电器电流取自本线路ta的另一绕组，其作用是用来判断差动回路中是否出现电流回路断线，定值为0.1in；94-1继电器，当l1，l2，l3三相差动继电器任一相动作时，该继电器动作；94a，94b，94c分别为差动继电器三相出口继电器。从逻辑回路图可以看到：当保护区内发生故障时，对应相的差动继电器动作，但只有94vx1动作(即50n动作)，才能开放出口跳闸回路。所以若要保护装置能可靠动作，50n必须动作，也就是说，只有线路上有零序电流流过时，保护装置才能可靠动作(设计者考虑线路故障时，一定会有瞬时零序电流)。然而，实际在线路发生三相短路或二相短路时，由于线路上并不一定有零序电流流过(如线路杆塔之间的绕击雷短路)，零序继电器50n不会动作，即使差动继电器动作，保护装置也不会跳闸出口，造成保护拒动。
3.2 解决方案
该保护装置在其软件内部有二相动作启动三相出口的功能，即任二相差动继电器同时动作时，三相差动继电器均出口。为此，我们在50 n开接点启动94vx1继电器的回路中，并入了三相差动继电器开接点的串接回路，如图2虚线所示。保证了保护装置在三相短路和二相短路时，均能启动94vx1继电器，从而开放出口跳闸回路。经对保护装置试验并模拟各种短路故障，均能可靠动作。
增加此串接回路以后，当二相电流回路同时断线，会使保护误动，但在实际运行情况下不会出现此现象，(单相断线，装置软件设计上有闭锁)。至于停电工作造成的电流回路开路(如漏接线等)，在线路送电过程中可能出现的保护装置误动，对线路或系统影响不大。
4 效果
lfcb-102型微波分相差动保护经上述调整后，在220 kv新紫(南)甲乙线投入运行，在1997年新紫甲乙线分别发生一次单相接地故障，该保护装置正确动作。