光纖差動保護在超高壓線路保護中的應(yīng)用與調(diào)試

賈 玉，李湘韶

（徐州華潤電力有限公司，江蘇徐州 221000）

0 引言

在超高壓線路的線路保護工作中，工程設(shè)計時要使用輸電電纜，采用光纖分項電流保護裝置可以起到很好的保護作用。光纖分項電流保護裝置應(yīng)用方便，同時具有很高的安全性，使用時不容易受到串補等方面的影響，能夠?qū)€路輸電過程出現(xiàn)的故障產(chǎn)生快速反應(yīng)，因此廣泛應(yīng)用于電力企業(yè)輸變電工程。

1 光纖電流差動保護原理

在機電系統(tǒng)中，光纖可以承受超高壓和雷電等電磁干擾，還能對電場絕緣，保護原理簡單，因此在應(yīng)用中可以免受振蕩作用和平行互感，對單側(cè)電源的運行方式也不會產(chǎn)生影響，具有極高的應(yīng)用價值。同時，光纖還具有相應(yīng)的選項功能，因此在超高壓線路中極適合做主要的保護裝置。近年來，隨著我國科技術(shù)水平的提升，光纖技術(shù)得到快速發(fā)展，對光纖差動保護裝置的應(yīng)用起到了極大的促進作用。

圖1 光纖電流差動保護制動特性

光纖電流差動保護主要采用雙斜率制動方式，應(yīng)用時能有效預(yù)防穿越故障，避免對系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。而且其具有的制動特性曲線（圖1），能確保電流較小時具有一定的靈敏度，從而進行快速反應(yīng)，以保障大電流輸電過程的安全性。通過采用這種方式，一旦線路末端出現(xiàn)問題，電流互感器可以發(fā)生飽和，并傳遞傳變誤差，因此采用差動保護具有極高的可靠性。此外，一旦線路兩側(cè)的電流互感器出現(xiàn)測量誤差或者超高壓線路運行過程中出現(xiàn)充電電容等現(xiàn)象，差動保護裝置可以快速計算本地和對側(cè)的電流數(shù)據(jù)，從而得出差電流，而且數(shù)值不為0，說明其具有一定的不平衡電流。保護裝置可以依據(jù)電流值進行整定，確保最小差電流的數(shù)值同樣保持不為0 的狀態(tài)。對于防止不平衡電流的影響，差動保護裝置根據(jù)自身類型選擇整定方法。一般可以使用固定門檻法，當系統(tǒng)正常運行時，可以將測量到的差電流看做線路的純電容電流，將電流值和系數(shù)相乘，并將其作為差動電流的動作門檻。當在元件范圍內(nèi)出現(xiàn)故障時發(fā)出跳閘命令，除了對本側(cè)斷路器以外的相關(guān)線路能夠進行斷開之外，還能通過光纖通道發(fā)出聯(lián)跳信號，對側(cè)電路也產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

光纖差動保護裝置對電路兩側(cè)進行保護具有一定的要求，需要做到同時、同步，因此差動保護裝置運行中，需要重視時鐘同步的運用。光纖通道應(yīng)用電流差動保護同時，保護裝置中的同步時鐘應(yīng)采用主從關(guān)系，將其中一側(cè)定義為主時鐘，另一側(cè)則為從時鐘。而從時鐘一側(cè)的保護裝置能提取信息編碼中的時鐘信號，并和主時鐘保持一致。在使用復(fù)用PCM（Pulse Code Modulation，脈沖編碼調(diào)制）方式時，可以將數(shù)據(jù)通道作為整體保護系統(tǒng)的主時鐘，兩側(cè)的保護則采用從時鐘的方式，可以從復(fù)用數(shù)字通信系統(tǒng)中同步提取相關(guān)信號，避免保護裝置無法完成復(fù)接過程。

2 光纖電流差動保護分析

2.1 三種差動保護的配合使用

故障分量電流差動保護在具體應(yīng)用中可以不受相關(guān)負荷電流的影響，而且還具有著極高的靈敏度，但必須要注意到，這種電流差動保護時間較短，而且會受到過渡電阻等影響，進而降低自身靈敏度，可以在全相或非全相過程中使用。而零序電流差動只對接地故障發(fā)揮作用，一旦出現(xiàn)接地故障，應(yīng)確認故障分量差流和零序差流為相等的狀態(tài)，零序差動保護靈敏度并不高于故障分量電流差動。在相關(guān)場合中，如果無法使用故障分量電流差動保護機制，如故障頻繁和間隔短等，在這種情況下使用，可以有效彌補全電流差動保護靈敏度不夠高的缺陷。零序差動保護裝置需要一定的延遲時間，從而避免受到相關(guān)因素的影響。至于后備保護，可以采取具體的方法進行保護，并以此構(gòu)成后備保護系統(tǒng)，同時需要配置自動重合閘，對于故障的解決具有著十分重要的作用。因此，在超高壓線路運行中，可以通過三種差動保護的配合使用來解決故障問題，保障供電的安全性和有效性。

2.2 保護中差動繼電器的特點

多數(shù)情況下，故障附加網(wǎng)絡(luò)中電源只有一個，在其區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障后，兩側(cè)電流變化量方向基本相同，矢量則接近二者之和。差動繼電器在使用中可以不用受負荷電流的影響，因此不會由于故障而出現(xiàn)制動電流，同時對過渡電阻的影響也不高。在具體串聯(lián)回路中，電源線路兩側(cè)產(chǎn)生的電流變化量與過度電阻呈現(xiàn)線性關(guān)系。一旦單側(cè)電源線路出現(xiàn)短路，只有在此前有負荷電流，當其短路后會產(chǎn)生負荷電流，并逐漸形成動作電流。正是因為這一原因，差動繼電器在使用過程中十分靈敏，而且使重負荷線路發(fā)生經(jīng)高電阻短路時的靈敏度也得到了明顯提升。因此，當線路出現(xiàn)短路后，可以通過差動繼電器進行處理，而且具有極高的靈敏度，可以快速解決故障問題。

2.3 零序差動繼電器的主要特點

零序差動繼電器是零序差動保護裝置中十分重要的部件。由于其所具有的獨特性，繼電器內(nèi)的負荷電流不會形成制動電流，因此，零序差動繼電器對過度電阻的影響也相對較小，能在使用中更好地發(fā)揮作用。因此，當重負荷線路中出現(xiàn)經(jīng)高電阻短路故障時，零序差動繼電器具有極高的靈敏度，能夠進行快速反應(yīng)，有效解決故障問題，保障線路的正常運行。

3 對通信系統(tǒng)的要求

在光纖差動電流保護過程中，光纖是重要的通道介質(zhì)，而通信通道是完成差動電流保護裝置的重要渠道。因此，應(yīng)對通信系統(tǒng)進行分析，探討其在差動保護中應(yīng)該符合哪些要求，從而更好地設(shè)計通信系統(tǒng)，使其更加完善，在光纖電流差動保護中更好地發(fā)揮作用，提升故障的解決能力。

光纖差動保護裝置在應(yīng)用過程中需要采用通信通道，從而完成電流數(shù)據(jù)的雙向傳輸，并需要實時計算。而差動保護裝置采用的通信方式包括兩種類型。首先是將保護裝置按照一定的速率和相關(guān)規(guī)定，采用專用光纖進行雙向傳輸。該方式只能在時鐘同步的前提下實現(xiàn)，并進行同步采樣。而差動保護往往針對兩側(cè)進行保護，而且在應(yīng)用過程中還需要對其進行正確劃分，分別為參考端和同步端。其中，可以將參考端看做進行參考的基準，通過同步調(diào)整同步端，使二者保持一致。

詳細來說，為了保證兩端能夠進行同步采樣，需要對其中一方進行設(shè)定，具體過程為同步端可以向參考端發(fā)送相關(guān)的請求命令和采樣標號，參考端收到命令后會向同步端返回一幀數(shù)據(jù)，里面應(yīng)該包含相關(guān)的標號和時間等信息。同步端收到數(shù)據(jù)后，通過對通信傳輸延時和兩側(cè)采樣時間差進行計算，從而得出具體的調(diào)整次數(shù)，經(jīng)過調(diào)整處理后，確認兩側(cè)采樣時間差為0，則實現(xiàn)了兩側(cè)同步采樣的目標。

需要注意，通信通道專用光纖或復(fù)用PCM 通道需要將其一側(cè)作為參考端，同時另一側(cè)設(shè)置為同步端。而采用復(fù)用PCM 過程中，差動保護裝置與其并非直聯(lián)關(guān)系，其所采用的連接方式為：依次連接保護裝置、光電轉(zhuǎn)換接口、數(shù)字配線架以及復(fù)用光纖通道。運行中，可以通過環(huán)路實驗對差動保護裝置和光電轉(zhuǎn)換接口的連接完好性做相關(guān)的檢查工作。而在采用復(fù)用PCM 設(shè)備后，工作人員可以使用光纖網(wǎng)管來開展檢查工作。由于這種連接方式具有一定的不可靠性，因此容易發(fā)生光纖通道告警等現(xiàn)象，且在故障發(fā)生后，相關(guān)維修人員缺乏處理該問題的經(jīng)驗，而且也沒有應(yīng)用先進的檢測手段，將無法順利恢復(fù)光纖差動保護裝置，也無法快速找到問題所在。

4 結(jié)束語

光纖差動保護是超高壓線路中十分重要的一種保護方式。然而在系統(tǒng)的調(diào)試和運行維護中，技術(shù)人員往往在保護裝置本身投入更多的精力，而忽視對保護裝置和通信系統(tǒng)的有效對接，而一旦在光纖保護過程中，相關(guān)通道出現(xiàn)異?，F(xiàn)象或者發(fā)生故障，會導(dǎo)致超高壓線路的運行受到影響。因此，對于從事繼電保護專業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員來說，一方面需要掌握相關(guān)的專業(yè)知識，同時還應(yīng)了解通信專業(yè)方面的知識，以便能更好地解決故障問題。