輸電線路光纖差動(dòng)保護(hù)原理研究

阿不力米提·吐孫++依力夏提·牙生

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.058

摘 要：現(xiàn)代光纖通常采用電流差動(dòng)保護(hù)的方式對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，通過這種方式對(duì)光纖線路進(jìn)行保護(hù)能夠有效提高性能。電流差動(dòng)主要依靠制動(dòng)方式以及動(dòng)作判據(jù)對(duì)其性能進(jìn)行計(jì)算。該文分析了輸電線路光線差動(dòng)保護(hù)的原理，希望為以后的光纖保護(hù)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：輸電線路 光線差動(dòng)保護(hù) 原理

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0058-02

1 線路保護(hù)所使用設(shè)備的基本原理以及現(xiàn)狀

目前，我國(guó)所使用的220 kV及以上高壓輸電系統(tǒng)中，大多數(shù)系統(tǒng)都加入了無延遲的切斷保護(hù)裝置，能夠做到在系統(tǒng)中發(fā)生任何一點(diǎn)故障都能及時(shí)切斷電源，從而保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在這套系統(tǒng)中，依舊需要采用縱聯(lián)保護(hù)原理才能完成系統(tǒng)的建立，其原理就是利用微波或管線通道將4條縱聯(lián)線路中含有數(shù)字信號(hào)以及數(shù)字光纖信號(hào)的電流瞬時(shí)傳送到處理器當(dāng)中。而進(jìn)行超高壓長(zhǎng)距離輸電輸電線的原理則是采用縱聯(lián)保護(hù)，能夠避免使用中所出現(xiàn)的各種問題。

除此之外，世界上許多國(guó)家都致力于研究光電流互感器，旨在將其開發(fā)為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要設(shè)備。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中存在許多電壓較強(qiáng)的環(huán)節(jié)，而電子設(shè)備在這樣的高壓電流環(huán)境的運(yùn)行下極易受到干擾并遭到損壞，在這樣的背景下，光電學(xué)以及光纖技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在這項(xiàng)系統(tǒng)中所使用的光纖技術(shù)能夠有效解決電子設(shè)備在高壓電周圍難以運(yùn)行的問題。系統(tǒng)中所使用的光電流互感器是按照法拉第磁光學(xué)所完成的，這類設(shè)備具有極強(qiáng)的抗干擾能力，有更高的運(yùn)行穩(wěn)定性，保證電力系統(tǒng)能夠在安全穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。

數(shù)字電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)是在一條線路的兩端接裝電流互感器，通過兩端對(duì)電流的測(cè)定，計(jì)算出線路兩端的電流差，從而判斷是否對(duì)其采用保護(hù)動(dòng)作。在這項(xiàng)系統(tǒng)中，對(duì)繼電保護(hù)裝置各個(gè)端口的電流信息了解十分重要，通常情況下，想要對(duì)差動(dòng)電流的信息進(jìn)行判定，只需要了解各個(gè)端口上的電流數(shù)值即可，但如果想要提高判斷的精確性，除了將信號(hào)中加入采樣值以及向量值以外，還可以加入狀態(tài)信息以及控制命令來對(duì)精準(zhǔn)度進(jìn)行提高。

就目前來說，為了滿足系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)量以及保護(hù)和控制的要求，在室外變電站所使用的設(shè)備都需要將電壓、電流信息通過控制電纜引入到控制室中。在鋪設(shè)電纜時(shí)需要使用大量的電纜作為系統(tǒng)安裝原料，需要消耗大量的人力和物力，而且由于電纜相互之間所產(chǎn)生的電磁干擾十分嚴(yán)重，所以，其測(cè)量精確度極低。

而現(xiàn)代中所使用的光纖線路將保護(hù)、控制、測(cè)量等功能集合在主機(jī)中，且安裝十分方便，能夠在室外變電站附近就地安裝，大量減少了所需的人力和電纜。系統(tǒng)對(duì)受保護(hù)設(shè)備中的電壓和電流直接測(cè)算，并經(jīng)由計(jì)算機(jī)處理成電子信號(hào)后，通過無限網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂剖抑校岣吡藗鞑バ剩⑶疫@項(xiàng)系統(tǒng)在進(jìn)行信息傳播時(shí)，直接采用光纖進(jìn)行傳輸，避免電磁干擾對(duì)其的傳輸效果產(chǎn)生影響。

2 通道方式的選擇

差動(dòng)保護(hù)裝置需要通過繼保通道來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而上述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信息傳遞的方式則是通過光纖通道進(jìn)行的，而大多數(shù)系統(tǒng)中所使用的繼電保護(hù)通信通道往往線路較短，通常情況下無需設(shè)置中繼站進(jìn)行信號(hào)過渡，同時(shí)，為了更好地與其他系統(tǒng)使用同一條線路通道，滿足抗電磁干擾和傳輸速度的要求，一般采用2M專用傳輸通道即可，而2M專用通道的兩端保護(hù)裝置則是直接使用光纖進(jìn)行連接，無需加入其他的設(shè)備和通道，在通道的M端與N端上所帶有的保護(hù)裝置具備自動(dòng)同步通信功能，并能夠?qū)嵤┻M(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換。

3 自適應(yīng)原理的實(shí)現(xiàn)

分相電流縱差保護(hù)是一項(xiàng)十分具有發(fā)展前景的電流線路快速保護(hù)機(jī)制，而這種保護(hù)方式是一種十分理想的繼電保護(hù)裝置。該文中所探究的差動(dòng)保護(hù)裝置原理中包含帶有制動(dòng)功能，能夠?qū)⒆赃m應(yīng)原理應(yīng)用到保護(hù)工作中，從而提高其保護(hù)功能的制動(dòng)性和快速反應(yīng)性。

這種差動(dòng)保護(hù)方式與其他差動(dòng)保護(hù)方式具有同樣的特點(diǎn)，如果線路外部發(fā)生短路，其保護(hù)動(dòng)作與系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)沒有聯(lián)系，保護(hù)動(dòng)作能夠正常進(jìn)行；但系統(tǒng)中如果發(fā)生內(nèi)部短路，保護(hù)動(dòng)作在兩端的電路之間有極大的相位差，并且根據(jù)短路點(diǎn)的不同，短路點(diǎn)與兩側(cè)阻抗之間的角度以及幅值有較大的差異，從而對(duì)電容電流的數(shù)值產(chǎn)生影響，這種現(xiàn)象既有可能對(duì)兩側(cè)系統(tǒng)所提供的短路電流的數(shù)值造成影響，從而引起幅值不等現(xiàn)象，并且在測(cè)算中會(huì)發(fā)現(xiàn)較大的相位夾角。所以，在進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作時(shí)，需可以采用共公式法F=Im（K`Im+K"Incosφ）對(duì)短路電流幅值以及相位夾角φ進(jìn)行經(jīng)計(jì)算，其中的Im與In所表達(dá)的是短路線兩端的二次電流，通過對(duì)其中的關(guān)系分析可以看出，其中F≥Fd2，F(xiàn)d2為一個(gè)常數(shù)定值，不隨數(shù)據(jù)變化而變化。

當(dāng)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)，其中的φ夾角一般小于90°，但這個(gè)夾角的數(shù)值會(huì)根據(jù)線路阻抗角、系統(tǒng)阻抗角等數(shù)值的變化而變化，短路情況越嚴(yán)重，夾角越大，嚴(yán)重時(shí)甚至可以寫作φ<120°。但外部發(fā)生故障時(shí)，夾角φ往往只會(huì)受到CT誤差的影響，所以，在CT誤差對(duì)相位差以及分布電容電流的影響下，相位差通常≤60°，所以，如果夾角90<φ<120時(shí)，其故障不可能為外部故障。

4 結(jié)語

通過對(duì)系統(tǒng)原理進(jìn)行分析，證明光纖差動(dòng)線路使用功能合理，能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)功能、保護(hù)功能、測(cè)量功能等功能集于一身，提高繼電保護(hù)工作的效果，這項(xiàng)系統(tǒng)中不僅可以將微機(jī)處理技術(shù)合理應(yīng)用，并且其構(gòu)成較為簡(jiǎn)單，適合在現(xiàn)代控制工作中安裝設(shè)置，使工作更加智能化、高級(jí)化、網(wǎng)絡(luò)化，為我國(guó)輸電線路的保護(hù)工作奠定了發(fā)展的基礎(chǔ)。

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