220kV线路保护光纤化改造工程实践探讨

 20世纪90年代前国内220kV变电站中线路保护多采用高频保护，其原理是利用输电线路作为高频载波通道将被保护线路首末两端电流信号传输到对侧加以比较而决定保护是否动作。但是由高频阻波器、耦合电容器、结合滤波器、高频电缆构成的高频通道存在受外界环境影响大、可靠性低的缺点，严重影响保护的正确动作[1]。相对于高频保护，光纤保护采用专用（或复用）光纤作为传输介质，通道设备少，基本不受电磁干扰的影响，具有灵敏度高、动作简单可靠快速、能适应电力系统震荡、非全相运行等优点。特别是随着电网规模不断增大，对设备运行可靠性要求日益提高，高频保护已逐步被光纤保护取代。
1 整体方案
以某一变电站220kV线路保护为例，该线路旧保护采用PSL602G保护装置，采用高频通道实现纵联差动保护功能。根据设计要求，将PSL602G保护更换为PSL603GC光纤差动保护装置，同时取消PSF631A型高频收发信机，采用2M复用光纤通道传输数据。该工程主要工作是在原保护屏内拆除PSL602G保护装置，安装PSL603GC保护装置。拆除高频收发信机、耦合电容器、高频电缆，安装GXC-2M复用接口装置，进行光纤通道联调试。更改远动机数据库，并对后台机及调度自动化进行信息量传动。同时，完善故障录波器及故障信息子站数据的更改传动工作。
2 保护原理
本次光纤化改造采用保护装置采用国电南自公司PSL603GC型保护作为220kV及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护，通过复用光纤通道传输数据。PSL603GC主保护采用分相电流差动和零序电流差动，后备保护由波形识别原理快速距离Ⅰ段保护、三段式相间和接地距离保护及零序方向电流保护构成。该保护装置可实现有分相跳闸出口，并具有自动重合闸功能，对单或双母线接线的断路器实现单相重合、三相重合、综合重合闸功能。同时，配置有双A/D，双以太网，双串行通讯接口[2]。
PSL603GC替代PSL602G保护后，原电流回路、电压回路、跳闸回路可以不做改动，需要修改的二次回路主要是远跳回路和信息量回路。
2.1 远跳回路 就高频保护而言，线路故障后，当本侧断路器跳开后，采用操作箱中远跳继电器TJR接点去驱动高频保护停信功能，对侧高频收发信机停止发信，对侧收发信机收不到闭锁信号后发出跳闸令使对侧断路器跳闸。采用光纤化保护后，保护屏需新增远跳功能压板。远跳功能的实现原理是采用操作箱中TJR接点与远跳功能压板串联作为保护装置的开入。当故障发生后，操作箱TJR继电器动作，TJR接点接通，当远跳功能压板处于投入状态，保护装置可以收到远跳开入，该开入作为开关量，连同电流采样数据及CRC校验码等一起打包为完整的一帧信息，经过编码、CRC校验，通过数字通道，传送给对侧保护装置。对侧装置每收到一帧信息，都要经过CRC校验、解码提取远跳信号，而且只有连续三次收到对侧远跳信号才认为收到的远跳信号是可靠的。当保护控制字整定为“远跳不经本地启动”时，则收到远跳信号后无条件永跳出口，驱动TA、TB、TC、TJQ、TJR出口跳闸继电器，并闭锁重合闸。当保护控制字整定为“远跳经本地启动”时，则需本装置启动才出口。如果不满足则收到对侧远跳信号500ms，保护发“远跳信号长期不复归”报文。
2.2 信号回路 改造后需更改远动机、录波器及故障信息子站的相关功能。为了保证信息量对调度传输的正确性，需敷设保护装置至220kV测控装置、故障录波装置及故障信息子站的电缆，接入保护装置远传、保护动作等信号。再按相应的功能接入后，需重新对远动机、信息子站进行配置。与此同时，调度主站端也应进行相应配置。工作完成后，利用试验仪器，模拟故障状态使保护装置依次模拟保护动作、跳A出口、跳B出口、跳C出口、重合闸出口、远跳动作等信号，验证信号传输的正确性，特别是对侧远跳动作后观察保护装置远传功能是否正确。同时，在信号传动过程中观察保护动作逻辑与开关位置的对应关系，从而验证保护内部继电器接点与操作箱相关回路的正确性。
3 通道调试
通道的可靠性是影响保护性能的重要因素。光纤通道需要对光纤进行熔接，由于施工工艺的原因，焊点质量以及接头积灰都有可能导致光纤衰耗指标不稳定[3]。因此，运行中需要对传输中的帧数据进行CRC校验，如果丢失帧数大于某给定值，报通道中断，防止由通讯问题导致的保护误动作。光纤化改造后线路保护采用光纤复用通道传输信息。PSL603GC保护装置通过单模光纤连接至GXC-2M复用接口装置进行光信号的传递，GXC-2M可以实现光信号到电信号的转换功能，转换后的电信号由同轴电缆发送到光端机，两变电站之间再通过光纤传输，从而实现线路两侧保护装置间的信息交换。
施工过程中，在通道正常后需要对通道进行调试，验证光纤纵联差动保护装置动作的正确性。试验中，首先需要在两侧分别在保护装置端子加上模拟电流，查看本侧和对侧保护装置显示的电流值和差流值是否正确[4]。其次在两侧断路器都在合闸位置的前提下，一侧在保护装置上施加故障电流，观察两侧断路器是否正确动作。再次，启动TJR继电器使得保护装置内有远跳开入，观察两侧远跳功能是否正确，同时观察录波器录波文件已检查远传是否正确。
4 结论
通讯技术的迅猛发展使得光纤通讯日趋成熟，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。PSL603GC光纤保护具有可靠性高、实现简单的优点，已得到广泛应用。今后光纤化改造工作在总结前期工作经验的基础上，重点在于优化工作流程，把控工作中的危险点，提高试验水平，保证改造设备安全可靠的投入运行。