基于EPON通信探析智能配電網(wǎng)饋線差動保護

摘要：傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護以及饋線自動化已經(jīng)無法滿足智能電網(wǎng)的自愈要求，需要采取更加有效的保護措施。文章以電流差動保護為基礎(chǔ)，結(jié)合EPON通信，提出了一種適用于智能配電網(wǎng)的差動保護裝置，實踐證明明，基于EPON通信的差動保護裝置可以準確動作，滿足配電網(wǎng)對于差動保護精度和動作時間的要求，具有良好的可行性。

關(guān)鍵詞：EPON通信；智能配電網(wǎng)；饋線差動保護

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）27-0111-02

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，也使得社會對于電力的需求不斷增加，各種先進技術(shù)的應(yīng)用，帶動了智能電網(wǎng)的不斷建設(shè)和完善，極大地提高了電網(wǎng)供電的安全性和可靠性。但是，在智能電網(wǎng)飛速發(fā)展的情況下，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護以及饋線自動化暴露出許多的不足和問題，無法滿足智能電網(wǎng)的自愈要求，需要進行改進和創(chuàng)新。本文基于EPON通信，對智能配電網(wǎng)的饋線差動保護進行了分析和探討，希望可以對以上問題進行解決，促進智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

1 智能電網(wǎng)與EPON

智能電網(wǎng)，就是電網(wǎng)的智能化，是指以集成的、高速雙向的通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進的傳感技術(shù)、測量技術(shù)、設(shè)備技術(shù)以及控制方法等，實現(xiàn)電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟、高效運行。智能電網(wǎng)的主要特征，包括激勵、自愈、抵御攻擊等。可以有效提高電能質(zhì)量，實現(xiàn)不同發(fā)電形式的接入，實現(xiàn)資產(chǎn)的優(yōu)化配置。可以說，智能電網(wǎng)是電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的必然趨勢，對于我國電力行業(yè)的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。

EPON（Ethernet Passive Optical Network）指以太無源光網(wǎng)絡(luò)，是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，采用點到多點的結(jié)構(gòu)，無源光纖傳輸，可以在以太網(wǎng)上提供多種業(yè)務(wù)。該網(wǎng)絡(luò)在鏈路層上使用了以太網(wǎng)協(xié)議，而在物理層方面則采用了PON技術(shù)，利用PON的拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，EPON可以說綜合了以太網(wǎng)和PON技術(shù)的特點，如成本低、帶寬高、擴展性強、服務(wù)重組靈活快速等，而且具備以太網(wǎng)的兼容性，管理方便。

EPON網(wǎng)絡(luò)主要由中心側(cè)的光線路終端（OLT）、用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）以及無源光分路器（ODN）組成，EPON中在一根纖芯上傳送上下行兩個波段。在下行方向，數(shù)據(jù)傳輸由OLT到ONU，則OLT發(fā)送的信號會經(jīng)過一個1∶n的無源分光器，然后達到各個ONU；在上行方向，一個ONU發(fā)送的信號會直接到達OLT。為了避免數(shù)據(jù)之間的相互沖突，提高網(wǎng)絡(luò)的利用效率，上行數(shù)據(jù)傳輸時，采用的是時分多址接入方式，同時通過OLT，對每個ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)進行仲裁。

2 基于EPON通信的智能配電網(wǎng)饋線差動保護

2.1 差動保護

差動保護是依據(jù)基爾霍夫電流定理工作的，當變壓器正常工作或者區(qū)域外故障時，將其看作理想變壓器，則流入變壓器的電流與流出的電流相等，差動繼電器不動作；當變壓器內(nèi)部故障時，兩側(cè)或者三側(cè)向故障點提供短路電流，差動保護感受到的二次電流和正比于故障點電流，則差動繼電器動作，對相應(yīng)的設(shè)備進行保護。同時，如果差動保護區(qū)域內(nèi)存在無條件接入的T接分支線路，則分支線路中配電變壓器產(chǎn)生的合閘勵磁涌流很可能會引發(fā)差動保護裝置的誤動，因此需要設(shè)置相應(yīng)的二次諧波勵磁涌流識別判據(jù)，即：

Id_2nd>K2xbId_1st

其中，Id_2nd表示差流中的二次諧波；Id_1st表示差流基波；K2xb代表二次諧波閉鎖系數(shù)，為固定值。當差流二次諧波滿足上式判據(jù)時，則閉鎖差動保護。

從目前的發(fā)展情況看，采用國際標準化組織（ISO）/IEC 8002-3幀格式的IEC 61850-9-2保溫具有良好的靈活性、開放性和擴展性，可以組播傳送，因此在EPON上能夠?qū)崿F(xiàn)。因此，這里采用IEC 61850-9-2傳輸差動保護SV，每個工頻周期采用80點。

2.2 IEEE 1588 V2時鐘同步在EPON的應(yīng)用

要確保差動保護的有效性和可靠性，必須采取相應(yīng)的措施，保證采樣數(shù)據(jù)的同步。目前，高壓輸電線路中的光纖差動保護，在數(shù)據(jù)同步中采用的是“乒乓法”或者GPS同步法，前者是在通信收發(fā)延時對稱的前提下實現(xiàn)的，而基于EPON保溫的傳輸延時較大，而且收發(fā)不對稱，因此并不適用。而后者需要安裝專用的GPS接收裝置和天線設(shè)備，對于處于室外環(huán)境下的智能配電網(wǎng)而言，不僅施工困難，成本較高，而且存在一定的安全隱患，因此同樣不適用。針對這種情況，在充分考慮可行性和經(jīng)濟性的前提下，這里選擇了一種以IEEE 1588 V2時鐘同步協(xié)議，實現(xiàn)EPON差動保護采樣同步的方法，通過相應(yīng)的措施，克服了EPON系統(tǒng)延時不對稱對于數(shù)據(jù)同步精度的影響，使得數(shù)據(jù)同步精度能夠滿足差動保護的要求。

2.3 基于EPON的差動保護

為了對差動保護裝置的可行性和動作特性進行分析和驗證，確保差動保護裝置功能的有效發(fā)揮，這里設(shè)計了相應(yīng)的測試實驗。測試需要用到的設(shè)備包括：EPON設(shè)備、繼電保護測試儀、IEEE 1588時鐘源等。在測試時，將兩臺差動保護裝置分別與兩臺ONU進行對接，以EPON為基礎(chǔ)，實現(xiàn)保護之間的SV交換，然后利用IEEE 1588網(wǎng)絡(luò)對時，實現(xiàn)不同差動保護之間的采樣同步。測試結(jié)果表明，基于EPON通信的差動保護裝置，可以準確動作，而且所有的動作點都能夠滿足精度要求。在考慮繼電器固有動作時間的前提下，差動保護裝置的保護最長動作時間也僅為34ms，可以充分滿足差動保護速動性的需求。

以智能配電網(wǎng)中合環(huán)運行的配電線路為例，對差動保護裝置的應(yīng)用情況進行簡單分析。在配電線路中，差動保護裝置位于饋線的開關(guān)位置，由相鄰的開關(guān)構(gòu)成一個個差動保護區(qū)域。當饋線分段開關(guān)之間存在T接分支線路時，如果條件允許（有保護電流互感器，且具備安裝差動保護裝置的空間），則應(yīng)該安裝差動保護裝置，同時確保其與主干線的相鄰的分段開關(guān)共同構(gòu)成三端差動保護，對支線線路進行保護，確保線路的運行安全。如果分支線路沒有安裝差動保護裝置的必要條件，則應(yīng)該采用熔絲保護，由主干線相鄰分段開關(guān)之間構(gòu)成不完全差動保護。endprint

另外，為了避免分支線路故障引起的差動保護裝置誤動，需要采取以下處理措施：（1）結(jié)合具體情況，對差動保護的最小動作門檻進行設(shè)置，確保其可以躲過分支線的最大負荷以及最大負荷啟動沖擊電流；（2）將二次諧波涌流閉鎖的判斷依據(jù)投入到差動保護中；（3）如果差動保護的動作存在延時，應(yīng)該確保延時可以與熔絲時限相互配合。

在實際應(yīng)用過程中，一旦EPON的通信終端或者異常導致某個區(qū)域的差動保護裝置無法接收對側(cè)SV數(shù)據(jù)，則應(yīng)該迅速閉鎖該區(qū)域內(nèi)的差動保護，直到通信恢復正常后，才能重新開放，以避免差動保護裝置的誤動。在保護裝置閉鎖期間，如果區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)線路故障，應(yīng)該由變電站出線的過流后備保護裝置，對故障進行切除。將本文提到的EPON差動保護與常規(guī)的光纖差動保護進行對比，可以看出兩種保護裝置都可以滿足速動性的要求，光纖差動保護的動作時間在20～35ms，EPON差動保護的動作時間則為25～40ms，兩者相差不大；從經(jīng)濟性方面分析，光纖差動保護需要鋪設(shè)專用的保護光纖，因此投資較大，成本相對較高，而EPON差動保護則可以復用EPON通信網(wǎng)絡(luò)，成本相對較低，更加經(jīng)濟；從適應(yīng)性方面分析，光纖差動保護的適應(yīng)性較差，在線路各側(cè)的差動保護必須采用相同廠家生產(chǎn)的同類型同型號的設(shè)備，而EPON差動保護采用IEC 61850-9-2 協(xié)議傳輸 SV，具有良好的適應(yīng)性，可以實現(xiàn)不同廠家差動保護設(shè)備之間的互聯(lián)互通。

3 結(jié)語

本文從當前智能電網(wǎng)的發(fā)展入手，針對傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護以及饋線自動化暴露出的不足和問題，提出了一種基于EPON通信網(wǎng)絡(luò)的智能配電網(wǎng)饋線差動保護方案，可以在差動保護動作時，對故障進行準確定位和及時隔離，同時向配網(wǎng)區(qū)域的保護控制裝置發(fā)送命令，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)和恢復。相關(guān)測試表明，基于EPON通信的差動保護裝置可以準確動作，能夠滿足配電網(wǎng)對于差動保護精度和動作時間的要求，具有良好的可行性，應(yīng)該得到相關(guān)部門的重視和推廣。

參考文獻

[1] 龐清樂，高厚磊，杜強，吳遠波，劉凱.面向智能配電網(wǎng)的保護與控制方法[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（21）.

[2] 徐光福，張春合，嚴偉，朱中華，余群兵，徐舒.基于EPON通信的智能配電網(wǎng)饋線差動保護[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（2）.

[3] 裘愉濤，朱瑪，朱炳銓，朱中華.基于EPON通信網(wǎng)絡(luò)的10kV線路差動保護[J].中國電業(yè)（技術(shù)版），2013，（4）.

[4] 金乃正，朱瑪，馬平，宋小會，魏勇，李俊剛.基于EPON通信技術(shù)的智能變電站保護控制技術(shù)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013，（1）.

[5] 王雷，王曉晨，潘丁，李俊剛，劉星，魏勇.智能配電網(wǎng)保護系統(tǒng)的研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013，（5）.

[6] 孫中偉，馬亞寧，王一蓉，等.基于EPON的配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)及其安全機制[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34（8）.

[7] 楊樂祥.PON技術(shù)在配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

[J].電力系統(tǒng)通信，2010，31（3）.

作者簡介：李楊（1983-），女，湖北孝感人，湖北電力公司孝感供電公司檢修分公司工程師，研究方向：智能配網(wǎng)。endprint