光纖縱差保護在華油電網的應用

黃朝勇+蔡靜+張秀會

摘 要：光纖縱差保護其實質就是一種差動保護，是當前所采用的一種非常重要的線路主保護并且能夠保護線路的全長。與一般差動保護相比，光線差動保護不需要較長的差流回路電纜。本文介紹了光纖縱差保護的光纖通道系統及其保護原理，闡述了線路發生內部故障和外部故障時的工作機理，詳細分析了光纖縱差保護在華油電網實際應用中存在的問題，影響線路光纖電流縱差保護正確動作的主要因素及解決方法，將為電網的技術人員在運行維護中提供一定指導意義。

關鍵詞：光纖 縱差保護 TA誤動

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（b）-0104-02

光纖縱差保護作為線路保護的一種快速保護，工作原理簡單，不受電網運行方式的影響，由于兩側的保護裝置之間沒有電的聯系，大大提高了電網運行的可靠性，在電力系統中得到廣泛的應用。近年來，在華油冀中電網重要的線路上也開始使用，相關技術人員需要加緊學習這項技術，掌握其特點及要領，使用起來才會得心應手，才能發揮光纖縱差保護應有的作用，更好地為油田電網服務。

1 光纖縱差保護原理

1.1 光纖通信系統

光纖縱差保護是用光導纖維作為通信通道的一種高壓輸電線路縱聯保護，由于光纖具有不怕超高壓與雷電電磁干擾、對電場絕緣、頻帶寬和衰耗低等優點，所以被用作線路光纖縱差保護的通道介質。通常，光纖通信系統分為以下幾個部分。

1.1.1 光發信機

光發信機是實現電/光轉換的光端機。其功能是將來自于電端機的電信號對光源發出的光波進行調制，成為已調光波，然后再將已調的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。

1.1.2 光收信機

光收信機是實現光/電轉換的光端機。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變為電信號，然后再將這微弱的電信號經放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端機去。

1.1.3 光纖或光纜

光纖或光纜構成光的傳輸通路，其功能是將發信端發出的已調光信號，經過光纖或光纜的遠距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測器上去，完成傳送信息任務。

1.1.4 中繼器

中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈沖進行整形。

1.1.5 光纖連接器、耦合器等無源器件

由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。所以出現了光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合等無源器件。

1.2 光纖縱差保護原理簡介

光纖縱差保護是建立在基爾霍夫電流定律的基礎上，其原理圖如圖1所示。它需要在保護區域M、N兩側各安裝一套完全相同的保護裝置，每套裝置分別檢測自己本側的電流，然后經由光纖通道將本側的電流傳送到對側，通過計算、比較等一系列的邏輯過程，從而判斷是否動作。

動作電流大小為，制動電流大小為，電流方向從母線流向被保護輸電線路的方向。其中ICD是動作電流，IR是制動電流。當短路發生在線路內部時，動作電流ICD等于兩倍的短路電流，由于ICD遠遠大于IR，所以縱差保護動作，由此可推斷出動作電流是由線路內部流出的電流；當短路發生在線路外部時，動作電流的大小為零，而制動電流的大小為兩倍的短路電流，由于ICD遠遠小于IR，縱差保護不動作。從而得出穿越性電流不產生動作電流，只產生制動電流。

2 光纖縱差保護在應用中注意的問題

2.1 TA飽和問題

在光纖縱差保護中，由于電流互感器本身的原因，如兩側TA暫態特性和飽和程度的差異以及二次回路時間常數的差異，可能導致電流互感器副邊的測量值產生誤差，造成兩側電流的向量之和不為零，當發生區外故障時，有可能在保護裝置內部產生差流，造成保護誤動。

2.2 施工工藝問題

光纖縱差保護作為線路的主保護，對通道的依賴性很強，光纖通道的安全可靠性直接決定著電力系統的安全穩定運行。由于光纖的施工工藝復雜、施工質量要求高，而且光纜的傳輸需要經過幾個環節，如轉接端子箱、光纜機、電纜層和高壓線路等，這樣就更增加了施工的復雜性，所以在光纖的施工環節一定要嚴格按照有關規程規范嚴把質量關，不留死角，為后續工作的開展打下堅實的基礎。否則如果在光纖施工中存在問題，則測試中誤差也會增大，如果保護裝置投運的話，也會導致保護誤動。

2.3 同步問題

在光纖縱差保護中，兩側的電流是由保護區域內兩套保護裝置采樣的，如果兩側保護裝置采樣不同步，將使不平衡電流增大，加大區外故障時不平衡電流的影響，嚴重時可能造成保護裝置誤動，所以要求兩側保護裝置的采樣必須同步。目前，各保護生產廠家廣泛應用GPS同步法，它具有精度高、不受電網頻率影響、適應性強等優點。

3 影響光纖縱聯差動保護正確動作的因素

3.1 負載電流

當線路上有故障時，線路上通過的是負荷電流和故障電流之和，但如果故障范圍內經過高電阻接地短路，故障電流與正常電流大小相當，對線路兩端總電流的影響較大，也會影響縱差保護的靈敏度，使之可能不滿足要求。

解決辦法是采用工頻變化量比率差動繼電器和零序差動繼電器。

3.2 TA斷線

為了在單側電源線路內部短路時，縱差保護能夠動作，要求保護裝置在動作電流等于制動電流時應能可靠動作。這樣在一側TA斷線時，差動保護可能會誤動。

解決辦法是：要求只有兩側啟動元件均啟動，兩側差動繼電器都動作時才發出跳閘命令，且每一側差動繼電器動作后都要向對側發一個允許信號。

3.3 電容電流

線路上的電容電流是從線路內部流出的電流，它構成動作電流，由于負荷電流是穿越性的電流，它只產生制動電流，所以在線路投運空載合閘或輕負荷下，由于高頻分量和工頻分量的電容電流同時增大，動作電流有可能達到啟動門檻值，造成保護誤動。

解決辦法有：（1）進行電容電流補償；（2）提高啟動電流門檻定值，但這將降低內部短路的靈敏度；（3）在軟硬件設計中濾掉高頻分量電流。

4 結語

線路的光纖電流縱差保護能夠準確地區分內部與外部故障，可以實現全線速動，而且不需要與相鄰線路在保護上進行配合，選擇性和可靠性能夠同時滿足要求，但也受到采樣不同步、光纖通道、負荷電流、電容電流、TA特性等因素的影響。如何更好地解決這些問題是今后華油電網技術人員在維護使用中值得關注的。

參考文獻

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