縱聯保護對光纖通道適應性的研究

周興龍

（國網寧夏電力有限公司 固原供電公司，寧夏 固原 756000）

0 引 言

隨著我國經濟的快速發展，各種工廠不斷將大量生活用品和工業用品推出市場，電網建設也在如火如荼地進行著。然而由于電網供電覆蓋范圍較廣，一旦出現系統性的故障不能及時處理，則必然會危及到整個電網的安全運行。線路縱聯保護具備良好的可靠性、穩定性以及靈敏性，如今已經得到了廣泛應用。雖然使用通道具有多種形式，但是光纖通道的優點比較明顯，具有質量高和抗干擾能力強等特點，尤其是在長距離的特高壓傳輸中得到了廣泛應用。另外，隨著我國工業制造技術的不斷提升，如今電網保護所使用的通道大多數都是以光纖為主，雖然具有諸多優點，如可靠性得到成倍提升等，但缺點也比較明顯，接頭在經過多次插拔后容易損壞，而且經過長時間的使用，設備嚴重老化導致誤碼率增加。

1 光纖通道連接方式

在大多數情況下，高壓電力系統從穩定性進行考慮多會配備雙套配置，且對于單套保護裝置而言還需要配備兩套獨立的信息傳輸通道。雙通道專用和2M復用光纖通道鏈接方式如圖1所示。

圖1 雙通道專用和2M復用光纖通道鏈接方式

這種連接方式不僅可以滿足縱聯保護對于速動及可靠性的要求，而且也能夠有效兼顧對通道利用率和經濟性的要求。大多數情況下，很多工程中都會采用專用或者是2M復用通道相結合的方式。該方式從原理上可以劃分為方向比較式縱聯保護和縱聯電流差動保護兩種，前者將測量計算所得到的相關參數，如功率的大小及阻抗的高低等信息傳送到本側保護裝置，以此判斷故障到底是在區域內還是區域外。但需要注意邏輯信號并不是實時傳輸電流，因此對于其通道的要求相對較低。后者則是需要判斷通過線路兩端口電流量的變化是否處于合理區間，假如超過了一定的數值，那么就可以判斷出現了故障[1]?？墒窃趯嶋H工作效率來看，應用的過程中也存在很多不足，具體表現為延時和誤碼率很有可能會對縱聯保護的性能產生明顯影響。

2 通道延時帶來的影響

2.1 對稱延時對縱聯保護影響

對稱延時對縱聯保護的影響中，最明顯的特點在于速動性出現大幅度降低。縱聯距離方向保護動作邏輯如圖2所示。

圖2 縱聯距離方向保護動作邏輯

對于線路縱聯距離方向保護，從圖2中可以發現必須要滿足兩個條件。首先就是本側保護裝置啟動且判斷是區內故障，但在這里有一個前提就是必須要實現信號接收，大部分的設備只要沒有出現任何故障基本上都能夠滿足。另外還需要考慮到縱聯差動保護所滿足的條件在于兩側電流之和有差值。此外還需要考慮到如果延時太長，那么也會在很大程度上影響設備同步調整和保護的速度，需及時調整時間。

2.2 收發不一致延時對縱聯保護的影響

近些年，隨著OPGW的大規模使用和SDH擴容等相關技術的不斷發展和革新，使得迂回通道能夠起到備用的作用。光纖通道迂回通道示意如圖3所示。

圖3 光纖通道迂回通道示意圖

就可靠性而言，在大多數情況下，由于通道切換以及通道路徑長度的不同將會使得通道延時增加，必然會導致在信息接收的過程中出現保護裝置收信和發信所存在的延時時間點不一致現象，因此也就在很大程度上影響到了保護的速度和可靠性。此外還需要注意在長距離傳輸的過程當中也會出現不同程度的延時情況，而出現這種情況主要還是由產品本身的狀態所決定。

2.3 收發不一致致使延時引起的同步偏差

縱聯差動保護的線路兩端電流是同一采樣值，考慮到傳輸通道客觀存在，因此就需要對其進行同步調整。通道延時測量示意如圖4所示，假如通道雙向延時相等，在t1從N側保護主機發送測試報文到M側保護主機，那么就可以將接收的時間設置為t2，而t3則是從M側向N側發送報文的時長，至于N側可將接收的時間設置為t4。

圖4 通道延時測量示意圖

按照上述方法經過多次循環后得出方程式，設定X為循環次數，可以得到延時Td(X)為：

當Td=Td(X+1)≈Td(X)時，試驗測得的通道傳輸延時已接近實際狀態。

3 應用中存在的相關問題和解決措施

測算電流差動的原理相對比較簡單，可以通過計算線路兩側電流的差值判斷故障。在故障產生后，首先要想到是區域內部還是外部的問題，如果是區域內部問題，在具體特點方面來看，電流會流向兩側的故障點。實際應用過程中基本都是三相電流采樣值，直接傳送到對側進行比對。對比動作特性方面基本都是應用比例制動原理，但由于廠家不同設備的具體特性不完全一致，有時可分為兩段式，有時也可分為其他段式?；谠O備實際運轉角度而言，還存在以下不同方面的問題[4]。

3.1 保護之間的連接問題

考慮到實際應用期間輸電線差動保護和通信設備之間的連接有嚴格標準，同時顯現出明顯的特點。相比常規的保護動作也有很大的區別，常規期間允許信號或直跳信號的傳輸，屬于單一的數字量縱連電流。

差動保護涉及多組數字量，指向同一側的三相電流采樣值經過設備內部轉換后傳送至對側，由此可以明確具體的差值數據。技術人員可憑借這一特性，應用以下方式實現合理連接。一是直接連接。很多保護裝備具備光接口，可以直接實現光纖相連，一般需要選擇850 nm型號材料，特點是經濟實用性較強。但材料自身具有消耗大的缺點，當傳輸距離超過10 km時，數據信號的傳輸將有一定的延時性，這會限制大規模的使用。除此之外，還要注意保護裝置方面有相應的接口才可以實現直接相連。缺點在于光接口的抗干擾性能較差，在較長距離傳輸過程中，數據處理存在一些問題，因而在多數情況下不會使用這種方法。二是復用方式。該方法的特點在于光信號的抗干擾能力相對較強，適用于變電站內部的連接，同時可以實現信號切換，由于操作起來較簡單并且穩定性較高，因而被廣泛使用[5-8]

3.2 同步問題

應用復用接口的過程中，需要在保障穩定性和高效率的基礎上同時考慮到部分設備需要應用反向接口，為避免出現誤差問題，有必要應用主從同步的模式將信號同時傳送至不同節點，憑借CRC直接找出具體的故障[9]。此外，對接口一般沒有硬性要求，同時兩端保護裝置在對差流數值進行計算過程中需要保持同步，避免發生錯誤問題。

對于縱聯電流差動保護裝置而言，其內部存在不同的連接方式可供選擇，如光纖直連等。此外，在實際應用期間還會出現其他問題，如在檢修過程中更換插件時，為快速完成檢修任務并沒有核對跳線，結果出現CRC校驗誤碼，這也是因數據不同步所造成的問題，需要引起檢修人員的重視[10]。

3.3 差動TA斷線判別

對于電流縱差保護而言，TA斷線的判別是非常重要的方面。處理不當就會有可能導致出現保護誤動，而在目前所運行的所有縱差保護中，有以下兩種方式能夠有效解決TA斷線的判別問題。第一種是直接引入TA，如果同組的TA類型不一致，那么就可以判別為斷線需要進行閉鎖保護，反之則可以判定為系統故障，需要進行開放保護。第二種則是利用通道交換線路兩側的連續電流量值，而在具體的判別方法上，可利用所檢測電壓變化率或者是連續電壓閉鎖保護裝置等。結合目前的實際情況來看，利用通道比較兩端的連續電流方式效果較好，原因就在于充分利用了光纖通道的優勢。而對于采用電壓變化量閉鎖，考慮到造成電壓產生波動的因素比較多，而且高阻接地時電壓的實際變化量并不是很大，因此在國產保護裝置當中，還沒有用電壓變化量來開放保護的方式。

4 結 論

隨著社會經濟的快速發展，各地區電網建設不斷增加。光纖作為繼電保護的介質，光纖通道的充分利用滿足了電壓長距離線路保護的要求，但是也面臨著通道延時和通道誤碼等問題。為了避免造成縱聯保護動作延時過大，需要不斷加大對這方面的研究力度。