光纖差動(dòng)保護(hù)在超高壓線路保護(hù)中的應(yīng)用與調(diào)試

賈 玉，李湘韶

（徐州華潤(rùn)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(hù)工作中，工程設(shè)計(jì)時(shí)要使用輸電電纜，采用光纖分項(xiàng)電流保護(hù)裝置可以起到很好的保護(hù)作用。光纖分項(xiàng)電流保護(hù)裝置應(yīng)用方便，同時(shí)具有很高的安全性，使用時(shí)不容易受到串補(bǔ)等方面的影響，能夠?qū)€路輸電過(guò)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(dòng)保護(hù)原理

在機(jī)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(duì)電場(chǎng)絕緣，保護(hù)原理簡(jiǎn)單，因此在應(yīng)用中可以免受振蕩作用和平行互感，對(duì)單側(cè)電源的運(yùn)行方式也不會(huì)產(chǎn)生影響，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，光纖還具有相應(yīng)的選項(xiàng)功能，因此在超高壓線路中極適合做主要的保護(hù)裝置。近年來(lái)，隨著我國(guó)科技術(shù)水平的提升，光纖技術(shù)得到快速發(fā)展，對(duì)光纖差動(dòng)保護(hù)裝置的應(yīng)用起到了極大的促進(jìn)作用。

圖1 光纖電流差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)特性

光纖電流差動(dòng)保護(hù)主要采用雙斜率制動(dòng)方式，應(yīng)用時(shí)能有效預(yù)防穿越故障，避免對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。而且其具有的制動(dòng)特性曲線（圖1），能確保電流較小時(shí)具有一定的靈敏度，從而進(jìn)行快速反應(yīng)，以保障大電流輸電過(guò)程的安全性。通過(guò)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(dòng)保護(hù)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(cè)量誤差或者超高壓線路運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)充電電容等現(xiàn)象，差動(dòng)保護(hù)裝置可以快速計(jì)算本地和對(duì)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(shuō)明其具有一定的不平衡電流。保護(hù)裝置可以依據(jù)電流值進(jìn)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(duì)于防止不平衡電流的影響，差動(dòng)保護(hù)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(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可以將測(cè)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(dòng)電流的動(dòng)作門檻。當(dāng)在元件范圍內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出跳閘命令，除了對(duì)本側(cè)斷路器以外的相關(guān)線路能夠進(jìn)行斷開之外，還能通過(guò)光纖通道發(fā)出聯(lián)跳信號(hào)，對(duì)側(cè)電路也產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

光纖差動(dòng)保護(hù)裝置對(duì)電路兩側(cè)進(jìn)行保護(hù)具有一定的要求，需要做到同時(shí)、同步，因此差動(dòng)保護(hù)裝置運(yùn)行中，需要重視時(shí)鐘同步的運(yùn)用。光纖通道應(yīng)用電流差動(dòng)保護(hù)同時(shí)，保護(hù)裝置中的同步時(shí)鐘應(yīng)采用主從關(guān)系，將其中一側(cè)定義為主時(shí)鐘，另一側(cè)則為從時(shí)鐘。而從時(shí)鐘一側(cè)的保護(hù)裝置能提取信息編碼中的時(shí)鐘信號(hào)，并和主時(shí)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(shí)，可以將數(shù)據(jù)通道作為整體保護(hù)系統(tǒng)的主時(shí)鐘，兩側(cè)的保護(hù)則采用從時(shí)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(hào)，避免保護(hù)裝置無(wú)法完成復(fù)接過(guò)程。

2 光纖電流差動(dòng)保護(hù)分析

2.1 三種差動(dòng)保護(hù)的配合使用

故障分量電流差動(dòng)保護(hù)在具體應(yīng)用中可以不受相關(guān)負(fù)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(dòng)保護(hù)時(shí)間較短，而且會(huì)受到過(guò)渡電阻等影響，進(jìn)而降低自身靈敏度，可以在全相或非全相過(guò)程中使用。而零序電流差動(dòng)只對(duì)接地故障發(fā)揮作用，一旦出現(xiàn)接地故障，應(yīng)確認(rèn)故障分量差流和零序差流為相等的狀態(tài)，零序差動(dòng)保護(hù)靈敏度并不高于故障分量電流差動(dòng)。在相關(guān)場(chǎng)合中，如果無(wú)法使用故障分量電流差動(dòng)保護(hù)機(jī)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(bǔ)全電流差動(dòng)保護(hù)靈敏度不夠高的缺陷。零序差動(dòng)保護(hù)裝置需要一定的延遲時(shí)間，從而避免受到相關(guān)因素的影響。至于后備保護(hù)，可以采取具體的方法進(jìn)行保護(hù)，并以此構(gòu)成后備保護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)需要配置自動(dòng)重合閘，對(duì)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(yùn)行中，可以通過(guò)三種差動(dòng)保護(hù)的配合使用來(lái)解決故障問題，保障供電的安全性和有效性。

2.2 保護(hù)中差動(dòng)繼電器的特點(diǎn)

多數(shù)情況下，故障附加網(wǎng)絡(luò)中電源只有一個(gè)，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(dòng)繼電器在使用中可以不用受負(fù)荷電流的影響，因此不會(huì)由于故障而出現(xiàn)制動(dòng)電流，同時(shí)對(duì)過(guò)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(guò)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(fù)荷電流，當(dāng)其短路后會(huì)產(chǎn)生負(fù)荷電流，并逐漸形成動(dòng)作電流。正是因?yàn)檫@一原因，差動(dòng)繼電器在使用過(guò)程中十分靈敏，而且使重負(fù)荷線路發(fā)生經(jīng)高電阻短路時(shí)的靈敏度也得到了明顯提升。因此，當(dāng)線路出現(xiàn)短路后，可以通過(guò)差動(dòng)繼電器進(jìn)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(dòng)繼電器的主要特點(diǎn)

零序差動(dòng)繼電器是零序差動(dòng)保護(hù)裝置中十分重要的部件。由于其所具有的獨(dú)特性，繼電器內(nèi)的負(fù)荷電流不會(huì)形成制動(dòng)電流，因此，零序差動(dòng)繼電器對(duì)過(guò)度電阻的影響也相對(duì)較小，能在使用中更好地發(fā)揮作用。因此，當(dāng)重負(fù)荷線路中出現(xiàn)經(jīng)高電阻短路故障時(shí)，零序差動(dòng)繼電器具有極高的靈敏度，能夠進(jìn)行快速反應(yīng)，有效解決故障問題，保障線路的正常運(yùn)行。

3 對(duì)通信系統(tǒng)的要求

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

光纖差動(dòng)保護(hù)裝置在應(yīng)用過(guò)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(shí)時(shí)計(jì)算。而差動(dòng)保護(hù)裝置采用的通信方式包括兩種類型。首先是將保護(hù)裝置按照一定的速率和相關(guān)規(guī)定，采用專用光纖進(jìn)行雙向傳輸。該方式只能在時(shí)鐘同步的前提下實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行同步采樣。而差動(dòng)保護(hù)往往針對(duì)兩側(cè)進(jìn)行保護(hù)，而且在應(yīng)用過(guò)程中還需要對(duì)其進(jìn)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(jìn)行參考的基準(zhǔn)，通過(guò)同步調(diào)整同步端，使二者保持一致。

詳細(xì)來(lái)說(shuō)，為了保證兩端能夠進(jìn)行同步采樣，需要對(duì)其中一方進(jìn)行設(shè)定，具體過(guò)程為同步端可以向參考端發(fā)送相關(guān)的請(qǐng)求命令和采樣標(biāo)號(hào)，參考端收到命令后會(huì)向同步端返回一幀數(shù)據(jù)，里面應(yīng)該包含相關(guān)的標(biāo)號(hào)和時(shí)間等信息。同步端收到數(shù)據(jù)后，通過(guò)對(duì)通信傳輸延時(shí)和兩側(cè)采樣時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算，從而得出具體的調(diào)整次數(shù)，經(jīng)過(guò)調(diào)整處理后，確認(rèn)兩側(cè)采樣時(shí)間差為0，則實(shí)現(xiàn)了兩側(cè)同步采樣的目標(biāo)。

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(shí)另一側(cè)設(shè)置為同步端。而采用復(fù)用PCM 過(guò)程中，差動(dòng)保護(hù)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(hù)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(yùn)行中，可以通過(guò)環(huán)路實(shí)驗(yàn)對(duì)差動(dòng)保護(hù)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(lái)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(yàn)，而且也沒有應(yīng)用先進(jìn)的檢測(cè)手段，將無(wú)法順利恢復(fù)光纖差動(dòng)保護(hù)裝置，也無(wú)法快速找到問題所在。

4 結(jié)束語(yǔ)

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