基于光纖通道的雙端保護聯調

李 波 邢素娟 莫杰鋒 黃 妍 高鵬宇

（1.廣西電網公司梧州供電局，廣西 梧州 543002； 2.北京博電新力電氣股份有限公司，北京 100098）

繼電保護在電力系統的安全穩定運行中占有舉足輕重的地位，而我國電網構架復雜、發展迅速，對于繼電保護等二次設備的依賴更為迫切。在繼電保護的發展歷程中，在上世紀初基于雙端電流的電流差動保護原理就已出現，相比于僅反應線路一側電氣量的保護來說，解決了不能區分本線末端和對側母線（或相鄰線始端）故障的技術難題，達到有選擇性地快速切除全線故障的目的。而在20 世紀80年代，光纖技術的完善和實際應用又為雙端電流的電流差動保護原理的實現提供了新的途徑——光纖縱差保護誕生了，為線路兩端的保護提供了快速、可靠的通信方式。

圖1 光纖縱差保護原理示意圖

光纖縱差保護利用光纖通道將線路一側電氣量的信息傳輸到另一側去，通過比較兩側模擬量的幅值、相位來決定其動作行為，也就是說在線路兩側之間發生縱向的聯系。因此光纖縱差保護是由位于被保護線路兩端、分別位于兩個變電站之中的兩套保護共同構成。由于距離上的限制，現階段220kV線路縱聯保護的聯調僅是針對主保護的允許或者閉鎖接點信號進行收發的試驗，無法實現兩側保護測試儀的通信，也無法解決縱聯主保護在聯調中存在的上述問題。而GPS 雙端同步觸發方式雖然可以實現雙端的故障同步觸發，但是容易受天氣的影響，又往往因為兩個GPS 之間的時間誤差，而造成試驗無法正常進行。利用220kV 線路縱聯保護現有的光纖通道，以自定義對時方式對兩側測試設備進行輸出同步和對時同步，實現兩側保護測試儀的即時通信和同步，進而實現保護測試儀對線路兩側縱聯保護的同步聯調以及同步故障仿真調試是一個創新。

1 光纖差動保護原理

圖2 正常運行情況

線路保護的正方向規定如下：以母線流向線路，即流出的電流方向為規定的電流正方向。

圖3 區內故障情況

區內故障時，兩側實際短路電流都是由母線流向線路，和參考方向一致，都是正值，差動電流就很大Id?Ir，滿足差動方程，差流元件動作。凡是在線路內部有流出的電流，都成為動作電流。區外故障時，一側電流由母線流向線路，為正值，另一側電流由線路流向母線，為負值，兩電流大小相同，方向相反，所以差動電流為零，差流元件不動作。

圖4 區外故障情況

2 光纖通道連接方式

差動保護所采用的光纖通道主要有兩種方式，一是為保護裝置敷設專用的光纖通道，二是復用現有的數字通信網絡。相應的系統連接方式有專用方式和復用方式

專用方式需為繼電保護敷設專用的光纖通道，在此通道中只傳輸繼電保護的信息。此方式由于受光端機光發送功率和接收靈敏度的限制和敷設光纜費用的制約，專用方式的通信距離一般在80km 以內。優點是光纜終端箱直接接入保護裝置的光端機，不需要附加其他設備，可靠性高，由于不涉及通信調度，管理方便。目前，專用方式主要應用于距離較短的城網線路保護以及發電廠與電力系統之間的短聯絡線路保護。

圖5 專用方式系統連接圖

復用方式則是利用數字復接技術，利用現有的光纖通道對繼電保護的信息進行傳輸。復用方式利用64Kbit/s 的數字接口經PCM 終端設備或利用2M接口直接接入現有數字用戶網絡系統PDH/SDH。不需要再敷設光纜。傳輸距離大大提高，可延伸到數字用戶網絡的每一個通信接點。保護裝置采用復用方式時，需在通信室內增加數字復用接口設備并和數字復用設備相連接。復用方式主要用于長距離輸電線路的保護。

圖6 復用方式系統連接圖

3 如何利用保護光纖通道進行雙端聯調

在光纖通道復用的情況下，測試儀可以考慮和縱聯主保護共同使用2M 帶寬的通道，也可給測試儀單獨開一個2M 通道。測保護試儀以串接方式接入縱聯主保護的光纖通道，這樣可以不必增加光纖通道的光口。

開發兩臺新保護測試儀及其對時同步軟件，利用縱聯主保護的光纖通道，通過自定義對時格式，先實現通信握手，然后實現雙端對時，測試儀先模擬故障前狀態，雙端對時同步后，按照保護人員預先設定的簡單或復雜故障，實現線路兩側保護區內和區外故障的同時觸發和同時模擬。具體實施方案有兩種：

方案一：使用一根備用光纖實現雙端同步，由主機控制從機同步雙端模擬量的輸出，并同步觸發故障。由光纖傳遞同步信號，測試數據由雙端電腦分別設置。

圖7 方案一原理示意圖

方案二：需要兩根備用光纖實現雙端測試數據的傳輸，可由主機實現同時對主機和從機的控制，測試數據均由主機電腦設置控制輸出，光纖同時傳輸同步控制信號和測試數據。

圖8 方案二原理示意圖

測試時，保護測試儀需要在開始輸出后利用統一的通信規約進行兩側同步，測出通道延時并予以消除。

由于長距離傳輸的需要，現場使用的均為單模光纖，考慮到光纖傳輸中的材料色散和波導色散，測試儀的主機端發送功率要滿足長距離傳輸的需求，而從機的接收端也要有足夠的靈敏度。而從信息傳輸的延時等實際問題考慮，方案一更切合現場長距離測試的實際需要。

雙端聯調時，可以指定任意位置為故障點，通過兩端阻抗和電流相位的設置而準確模擬線路上任何一點的故障情況，既可模擬區內故障，又可模擬區外故障。而各種類型故障的靈活設置又可實現各種復雜故障的測試。

4 結論

該技術由于保護測試儀是利用縱聯主保護的光纖通道進行同步及聯調，因此保護調試工作不會受到天氣和其他外部的因素影響，保護的調試工作可以確保實現快捷簡單和高可靠性的要求。通過項目的實施，一是可以簡化縱聯主保護的聯合調試工作量；二是可以真正實現縱聯主保護的雙端同步聯調，也可以實現對220kV 線路復雜故障和過渡性故障的仿真。

[1] 許繼電氣股份有限公司.WXH-803A 微機線路保護裝置技術說明書.

[2] 李玉海,等.電力系統主設備繼電保護試驗[M].北京:中國電力出版社,2005.

[3] 王大鵬.電力系統繼電保護測試技術[M].北京: 中國電力出版社,2006.