線路光纖差動保護原理與試驗

熊恒昌

摘要：闡述線路光纖差動保護的工作原理，以其在某電廠輸電線路中的實際應用，介紹了線路光纖差動保護的動作原理以及比率制動特性。

關鍵詞：線路光纖差動;保護原理

引言

隨著我國工業行業電力輸配電系統不斷發展，長距離輸電線路數量逐漸增加， 確保電力系統安全平穩運行顯得尤為重要， 對繼電保護設施也提出了更高的要求。 線路光纖差動保護通過比較線路側及負荷側兩端的電流矢量差實現線路保護功能。 通過比率制動方程實現區內動作區外閉鎖的特性， 能夠迅速切斷故障; 同時運行過程中不會因系統振蕩、非全相運行導致保護誤動作， 對各類型的故障均能較好地起到保護作用， 具有較高的靈敏度， 因此線路光纖差動保護常被選為線路主保護。 此外由于光纖通信技術與材料日趨完善， 具有光纖通道容量大、 敷設方便、 抗電磁干擾能力強及大容量傳輸數據等優勢， 同時微機保護能夠實現等電磁式保護無法實現的功能， 因此微機式差動保護在電力系統中得到了廣泛的應用。

1線路光纖差動保護的原理

傳統的線路差動保護通過電磁式繼電器將兩側采集到的電流、 電壓、 功率的幅值及方向等電氣量進行相互傳輸， 通過對兩端的電氣量進行計算， 判斷線路故障是否在保護動作區內， 從而決定是否需要切斷被保護線路。 線路光纖差動保護與傳統的線路差動保護原理相同， 采用主、 從時鐘通信方式，將其中一臺保護裝置設為主時鐘， 對側的保護裝置設為從時鐘， 時鐘間通過光纖通道相互收發信息，同時實時更新時間， 從而實現系統時鐘同步。

2改造后的保護變動

2.1繼電保護信息子站

線路保護裝置改造完成后，需在繼電保護信息子站進行相關配置。配置完成后，利用繼電保護儀，依次模擬縱聯差動、距離保護、零序保護，使603U保護裝置動作，跳A出口、跳B出口、跳C出口、重合閘出口等動作，驗證信號上送的正確性。

2.2 開入/開出回路

改造時，需要對保護裝置的功能開入壓板進行重新規劃和接線，要注意區分DC24 V和DC220 V的工作范圍，避免誤接線，造成裝置損壞;對于信號啟動開關站故障錄波和信號上送開關站LCU，需要對更改后的信號名稱進行重新定義。

3線路光纖差動保護調試

線路光纖差動保護試驗通常采用雙電源法， 即在兩側保護裝置外接試驗儀模擬電氣量。 然而在實際調試過程中， 由于試驗儀間缺乏有效的對時方式， 試驗儀所模擬的電流源難以實現同步輸入， 導致保護調試過程中經常出現保護誤動作或拒動作的現象; 同時保護裝置調試大綱也缺少起動元件校驗相關內容。 為了解決上述問題， 試驗前首先在兩側保護裝置內通入幅值相同的初始電流， 通過調節一側初始電流相位角的方式模擬電流同相位運行狀態， 再通過調整電流幅值步長的方式模擬差動保護區內外故障。 本文以某輸電線路的差動保護調試過程為例， 對上述方法進行論述。

3.1模擬流變起動

試驗前合上負荷側及線路側開關， 檢查兩側裝置 “投差動保護” 功能壓板均已投入， 兩側保護裝置三相電壓輸入正常。 用電流測試儀在負荷側與母線側輸入 0. 2 A 的初始電流， 通過調節任一側電流相位模擬線路側與負荷側電流同相位狀態。 隨后調整線路側電流測試儀電流輸出步長為流變電流起動定值， 調整負荷側電流測試儀電流輸出步長模擬比率制動方程區間內及區間外兩種情況。

3.2 模擬相電流起動

試驗前合上負荷側及線路側開關， 檢查兩側“投差動保護” 8 功能壓板均投入， 兩側保護裝置三相電壓輸入正常。 用電流測試儀在負荷側與母線側分別加 0. 2 A 的初始電流， 模擬線路側與負荷側電流同相位。 隨后調整兩側電流測試儀的步長使線路側電流輸入值達到相電流起動定值， 負荷側模擬比率制動方程區間內及區間外兩種情況， 注意電流測試儀的步長調節不能超過流變電流起動定值。

3.3模擬輔助電壓起動

試驗前將兩側開關置于合閘位置， 兩側差動保護功能壓板均投入， 在弱饋線側首先加三相正序電壓 Un， 在線路側加電流模擬差動保護動作方式，保證故障電流大于差動保護定值， 隨后降低負荷側電壓低于 70%Un。

3.4. 模擬線路空充起動

試驗前合上負荷側開關， 拉開線路側開關， 同時投入兩側 “投差動保護” 功能壓板。 在線路側輸入電流模擬差動保護區內故障， 保證故障電流大于差動保護定值。

4通道聯調及實驗數據

光纖電流差動保護利用流入線路和流出線路的電流相量和進行選擇（即基爾霍夫電流定理），通過光纖通道將兩側TA連接在一起，從而將整個線路當成像變壓器或發電機一樣的元件來完成差動保護。

4.1對側電流及差流檢查

由于線路兩側CT存在變比差異，保護裝置需要設置本側實際的變比，保證正常運行狀態下保護裝置的差流為零。對于CT變比不一致的線路，將兩側保護裝置的“CT一次額定值”定值整定一致，本側三相不加電流，在對側加入三相對稱的電流，大小為額定電流，要求本側保護裝置不啟動，觀察本側、對側的三相電流、三相差流為額定電流。

4.2遠方跳閘

遠跳不經本側啟動閉鎖的試驗：N側開關在合位，保護裝置中將“遠跳受啟動元件控制”控制字置“0”，在M側啟動TJR使保護遠跳開入，N側保護在收到對側遠跳信號后立即跳閘。遠跳經本側啟動閉鎖的試驗：N側開關在合位，保護裝置中將“遠跳受啟動元件控制”控制字置“1”;同樣在M側啟動TJR使保護遠跳開入，N側保護在收到對側遠跳信號，同時N側保護裝置有故障元件啟動的情況下，N側保護才能跳閘[1]。

5線路光纖差動保護的應用

某電廠總變電所 6 kV 母線下屬共計 24 條饋線均為長距離輸電線路， 全部采用 PCS-9613D 型微機保護作為輸電線路的主保護。 PCS-9613D 差動保護功能由比率差動元件和保護起動元件共同作用實現。 當差動保護動作時， 均向對側發送允許動作信號。 只有當保護裝置兩側的起動元件和保護元件同時動作且兩側保護裝置同時收發到允許動作信號后， 差動保護裝置出口才能夠正常開放[2] 。

結束語

光纖差動保護是長距離輸電線路中十分重要的一種保護方式。 通過對光纖差動保護調試方法的研究與改進能更好地掌握光纖差動保護相關動作原理。 為現場運行、 維護人員進行該保護的調試和學習提供了參考與建議[3] 。

參考文獻

[1]吳銳.220 kV線路光纖差動保護改造[J].機電信息，2021（20）：13-14.

[2]周明琨.線路光纖差動保護原理與試驗[J].電氣時代，2021（07）：49-51.

[3]朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術[M].北京：中國電力出版社，1995.