張鴻飛，陳琳燦，康 權(quán)，徐重酉

（寧波電業(yè)局， 浙江 寧波 315016）

光纖差動保護(hù)的通道選擇及應(yīng)用探討

張鴻飛，陳琳燦，康 權(quán)，徐重酉

（寧波電業(yè)局， 浙江 寧波 315016）

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，以光纖為通道的繼電保護(hù)得到越來越多的應(yīng)用。介紹了光纖差動保護(hù)的基本原理，分析了運(yùn)行中可能存在的問題，最后提出了提高光纖保護(hù)可靠性的措施。

光纖；通道；保護(hù)；可靠性

作為一種新型傳輸介質(zhì)，光纖具有傳輸容量大、頻帶寬、衰耗小、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。近年來，隨著光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展，光纖在繼電保護(hù)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)保護(hù)原理來考慮光纖通道的選擇、調(diào)試以及實(shí)際中可能遇到的各種不確定因素等問題，提高光纖保護(hù)的可靠性。

1 光纖差動保護(hù)通道的選擇

1.1 光纖差動保護(hù)的基本原理

光纖電流差動保護(hù)基于基本電流定律，通過計算線路兩側(cè)電流有無差值，從而判別區(qū)內(nèi)或區(qū)外故障。當(dāng)線路正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外故障時，流過差動繼電器的電流為零，而當(dāng)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，線路兩側(cè)電流的差電流不再為零，滿足電流差動保護(hù)的動作特性方程，保護(hù)裝置出口快速將故障相切除。它能夠理想地使保護(hù)實(shí)現(xiàn)單元化，原理簡單，不受運(yùn)行方式變化的影響，而且由于兩側(cè)的保護(hù)裝置沒有電聯(lián)系，提高了運(yùn)行的可靠性。

1.2 專用光纖通道

專用通道方式需為保護(hù)敷設(shè)專用的獨(dú)立光纖通道，在專用光纖通道中只傳輸繼電保護(hù)信息。專用方式的優(yōu)點(diǎn)是不需附加其他設(shè)備，不涉及通信調(diào)度，管理比較方便。但由于光發(fā)收功率和光纖衰耗的限制， 專用方式的通信距離一般在 100 km 以內(nèi)。 此外，由于采用專用光纖，其可靠性依賴于站點(diǎn)間直通光纜的性能，當(dāng)光纜斷開時，保護(hù)遠(yuǎn)傳信號全部中斷，無替代傳輸路由。專用通道的工作示意圖如圖1所示。

1.3 復(fù)用光纖通道

圖1 專用光纖通道工作示意圖

當(dāng)傳輸保護(hù)信號的線路較長時，必須采用復(fù)用光纖通道。復(fù)用通道方式利用數(shù)字脈碼調(diào)制（PCM）復(fù)接技術(shù)， 利用現(xiàn)有的光纖通道和微波通道，對繼電保護(hù)的信息進(jìn)行傳輸，在保護(hù)控制室的保護(hù)裝置光纖出口通過光纜連接到通信室內(nèi)的數(shù)字復(fù)用接口設(shè)備，再通過復(fù)用接口設(shè)備和數(shù)字復(fù)用設(shè)備相連接。復(fù)用通道方式主要用于長距離輸電線路的保護(hù)。復(fù)用通道方式不但節(jié)省了光纜及施工費(fèi)用， 而且利用了同步數(shù)字體系（SDH）自愈環(huán)的高可靠性，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用正逐漸增多。專用通道的工作示意圖如圖2所示。

圖2 復(fù)用光纖通道工作示意圖

1.4 光纖保護(hù)的通道聯(lián)調(diào)

光纖保護(hù)使用專用光纖通道時，由于通道單一，所以出現(xiàn)的問題相對較少，解決起來也較為方便。通道聯(lián)調(diào)的項目一般為用光功率計進(jìn)行線路兩側(cè)的收、發(fā)光功率檢測。

復(fù)用 PCM 通道則由于傳輸中間環(huán)節(jié)多、 時延長，出現(xiàn)問題的概率也大得多，鑒于此，在通道聯(lián)調(diào)之前，建議先用誤碼儀進(jìn)行通道測試，以確定通道是否能用，盡量減少通道聯(lián)調(diào)中可能出現(xiàn)的問題。

2 光纖差動保護(hù)中需考慮的問題

2.1 TA 飽和

在差動保護(hù)中，TA 飽和是必須考慮的一個問題。TA 飽和可分為兩類： 一類是由穩(wěn)態(tài)對稱短路電流引起的穩(wěn)態(tài)飽和，其主要特點(diǎn)是畸變的二次電流呈脈沖形，正負(fù)半波大體對稱，畸變開始時間較短，二次電流有效值將低于未飽和情況。另一類是由短路電流的非周期分量引起的暫態(tài)飽和，非周期分量導(dǎo)致的互感器暫態(tài)飽和，其二次電流波形是不對稱的，開始飽和的時間較長。當(dāng)鐵芯有剩磁時，將加重飽和程度和縮短開始飽和的時間。

不同的廠家針對 TA飽和采用不同的應(yīng)對策略。 有的采用 TA 飽和檢測器以提高制動特性、有的采用自適應(yīng)制動特性，但這些方法均影響了保護(hù)動作的靈敏度。目前較為有效的方法就是在線路兩側(cè)接入 2 組 TA 繞組進(jìn)行制動 （用最大電流進(jìn)行制動）。 這樣可以在不影響原保護(hù)靈敏度的前提下，區(qū)外故障且 TA 飽和時，提高保護(hù)抗誤動的能力。

2.2 TA斷線的判別

對于電流縱差保護(hù)來說，TA 斷線的判別是很重要的一個環(huán)節(jié)，若處理不當(dāng)，就有可能造成保護(hù)誤動。 現(xiàn)運(yùn)行的縱差保護(hù)中對于TA斷線的判別有 2 種方式：一是引入另一個 TA 或同一 TA的不同繞組， 與工作 TA 繞組電流進(jìn)行比較 （如：零序電流）， 若不一致則為 TA 斷線， 閉鎖保護(hù)。一致則開放保護(hù)。另一種是利用通道交換線路兩側(cè)的零序電流情況。相對而言后一種方式比較好，它充分利用了光纖通道的優(yōu)勢，又減少了裝置外部的接線。

2.3 電容電流的補(bǔ)償

在 500 kV 超高壓電網(wǎng)中， 縱聯(lián)電流差動應(yīng)用比較廣泛?？紤]超高壓、長距離輸電線路電容電流的影響，通常采取以下3種措施：

（1）差流整定值躲過電容電流的影響。

（2）保護(hù)實(shí)測電容電流， 因?yàn)殡娙蓦娏魇钦＿\(yùn)行時差流的重要組成部分。

（3）采用電壓測量來補(bǔ)償電容電流。

現(xiàn)在進(jìn)口保護(hù)通常是在定值項中對電容值（或充電電流）進(jìn)行設(shè)定。 但是作為限制一次過電壓的一種手段， 500 kV 線路普遍裝設(shè)了高壓電抗器，對線路電容進(jìn)行一定的補(bǔ)償。但是，當(dāng)電抗器因故退出運(yùn)行時，保護(hù)內(nèi)預(yù)設(shè)的充電電流值不但失去了意義，而且影響了保護(hù)的動作性能，現(xiàn)場必須重新進(jìn)行定值的整定，給運(yùn)行帶來不便。為此可考慮采用一個開入量，如用高壓電抗器的刀閘輔助接點(diǎn)來控制此項定值的切換。這樣，運(yùn)行方式切換時就可避免預(yù)設(shè)充電電流的影響。

2.4 復(fù)用通道對電流差動保護(hù)的影響

光纖電流差動保護(hù)所比較的是線路兩端的電流相量或采樣值，而線路兩端保護(hù)裝置的電流采樣是各自獨(dú)立進(jìn)行的。為了保證差動保護(hù)算法的正確性，必須比較同一時刻兩端的電流值。這就要求線路兩端對各電流數(shù)據(jù)進(jìn)行同步化處理。

當(dāng)線路較長時，差動保護(hù)只能采用復(fù)用通道傳輸，兩側(cè)保護(hù)采樣值是否同步對電流差動保護(hù)能否正確動作起到了關(guān)鍵的作用。目前多數(shù)電流差動保護(hù)均采用基于光纖通道收、發(fā)延時相等的等腰梯形算法即“乒乓算法”進(jìn)行通道傳輸延時的自動補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)的保護(hù)采樣同步。

現(xiàn)有的 SDH 光系統(tǒng)基本上都是光環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)槔^電保護(hù)信號提供冗余的通信路由，使得通道的安全性、可靠性大大提高。傳輸通道發(fā)信支路和收信支路路徑是否一致， 對縱聯(lián)方向/距離保護(hù)的命令信號沒有什么影響，但對于縱聯(lián)電流差動保護(hù)卻是至關(guān)重要。如果不一致，意味著縱聯(lián)方向/距離的 2M 傳輸通道， 可以使用 SDH光環(huán)網(wǎng)的業(yè)務(wù)自愈切換功能，縱聯(lián)電流差動保護(hù)的 2M 通道則不能使用 SDH 光環(huán)網(wǎng)的自愈切換功能。 如要使用 SDH 光環(huán)網(wǎng)， 必須進(jìn)行收發(fā)路徑是否一致的確認(rèn)，否則，只能使用點(diǎn)到點(diǎn)無路由保護(hù)的 2M 通道，不可以使用自愈功能。

2.5 通道備用

為了保證縱聯(lián)保護(hù)通道的可靠運(yùn)行，無論是復(fù)用光纖通道還是專用光纖通道，絕大多數(shù)都提供了主備兩條通道，但是只有少數(shù)通道是熱備用狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)主備自動切換，多數(shù)通道為冷備用，不能進(jìn)行主備用的自動切換，通道故障后要到現(xiàn)場進(jìn)行通道倒換，備用效果不好。可考慮研發(fā)具有自動切換主備通道功能的接口裝置，縮短故障時間，發(fā)揮備用通道作用。

2.6 數(shù)據(jù)包中地址信息加載

從本側(cè)保護(hù)到對側(cè)保護(hù)光纖保護(hù)的通道環(huán)節(jié)多，任何一個環(huán)節(jié)出差錯，都會導(dǎo)致通道出問題。特別是在通道割接后，很容易造成通道的交叉。對于同桿雙回線而言，出現(xiàn)通道交叉的概率相當(dāng)高。平時通道中傳輸?shù)膸畔⒅话鬟M(jìn)兩側(cè)保護(hù)裝置的電流的大小和相角，發(fā)生通道交叉后，裝置不會發(fā)出任何的告警信號。如果在通道聯(lián)調(diào)中工作人員不注意，投運(yùn)后會帶來嚴(yán)重后果。在幀信息中加載保護(hù)地址的信息，可以有效地解決通道交叉的問題。如果出現(xiàn)通道的交叉，保護(hù)裝置將會因?yàn)閭鬏數(shù)膬蓚?cè)裝置地址的不一致而發(fā)出告警信號。

3 結(jié)語

作為高壓線路的主保護(hù)，光纖電流差動保護(hù)已較多地應(yīng)用于電網(wǎng)中，但許多問題還有待進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。相信隨著通信技術(shù)和電力技術(shù)的不斷發(fā)展，它將得到越來越廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。

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（本文編輯：楊 勇）

Discussion on Channel Selection and App lication of Optical Fiber Differential Protection

ZHANG Hong-fei，CHEN Ling-can，KANGQuan， XU Chong-you
（Ningbo Electric Power Bureau， Ningbo Zhejiang 315016， China）

Along with the rapid development of communication technology,optical fiber ismore and more put into application as channel for relay protection.The paper introduces the basic theory of the optical fiber differential protection,analyzes possible problems in operation and puts forward measures to improve the reliability of optical fiber protection.

optical fiber； channel； protection； reliability

TM773

： B

： 1007-1881（2010）07-0017-03

2009-12-13

張鴻飛 （1977-）， 男， 浙江寧波人， 工程師， 從事繼電保護(hù)檢修維護(hù)工作。