光纖差動保護在超高壓線路保護中的應用與調試

劉雍

摘 要：光纖差動保護由于其靈敏度高，動作速度快，安全可靠，不受系統運行方式影響等特點而在超高壓線路保護中有著日益廣泛的應用。本文介紹了光纖差動保護的基本軟硬件原理、通信機制原理及光纖通道調試方法。

關鍵詞：光纖差動保護；調試方法；光纖通道

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0131-03

隨著光纖通信技術的快速發展，光纖通道作為繼電保護通道得到了大量的應用。和其它通信方式相比，光纖通信有以下明顯的優點：通信容量大；中繼距離長；不受電磁干擾；資源豐富；重量輕；體積小等。光纖通道作為縱聯保護的通道方式在220kV及以上電壓等級的超高壓線路保護中得到了推廣使用。光纖差動保護由于其原理簡單、性能可靠等優點在超高壓線路保護中得到了廣泛應用。[1]500kV線路雙光纖差動保護配置已列入反措規定要求執行。光纖差動保護的通道調試也成為了實際運行維護中的重點。[2]

1 光纖差動保護的原理及特點

光纖電流差動保護是將線路兩端的電流量通過實時采樣進行同步比較以確定故障范圍。其典型的保護配置有：變化量差動；穩態差動I段；穩態差動II段；零序電流差動。

兩側的電流差動保護必須一側設為主機方式，另一側設為從機方式。兩側裝置一側作為同步端，另一側作為參考端。以同步方式交換兩側信息，參考端采樣間隔固定，并在每一采樣間隔中固定向對側發送一幀信息。同步端隨時調整采樣間隔至誤差允許范圍內，如果滿足同步條件，就向對側傳輸三相電流采樣值；否則啟動同步過程，直到滿足同步條件為止。[3]

差動保護采用兩側差動繼電器交換允許信號的方式，安全性高。對于較長的輸電線路，電容電流較大，為提高經大過度電阻時的靈敏度，需進行電容電流補償。當發生區外故障時，TA可能會暫態飽和，可采用較高的制動系數和自適應浮動制動門檻，保證在較嚴重的飽和情況下不誤動。裝置異常或TA斷線，本側的啟動元件和差動繼電器可能動作，但對側不會向本側發允許信號，從而保證差動保護不會誤動。變化量差動繼電器，由于只反映故障分量，不反映負荷電流，因此靈敏度高，動作速度快。零序電流差動保護引入了低制動系數、經電容電流補償的穩態相差動選相元件，靈敏度高，在長線經高阻接地時也能選相跳閘。[4]

2 光纖差動保護的光纖通道組成方式

目前500kV線路雙光纖通道有以下三種方式：兩路專用光纖芯；一路專用光纖芯加一路復用光纖；兩路復用光纖。

2.1 兩路專用光纖芯

通常只在兩廠站間線路距離較短（小于20km）且具有直通的兩路不同物理路由的光纜條件下才采用這種通道方式。這種通道方式具有如下特點：（1）通道組織相對簡單，與通信專業界面清晰；（2）占用通信資源較多。在較長的線路上由于經濟性和技術性的原因不能采用該方式。

2.2 一路專用光纖芯加一路復用光纖

一般在兩廠站間只有一路直通光纖路由和一路迂回光纖路由的情況下，會考慮采用這種通道方式。這種通道方式有如下特點：（1）保證了繼電保護設備使用了兩路不同物理路由的光纖通道，通道可靠性強；（2）從繼電保護設備廠家提供光設備的性能和使用壽命綜合考慮，建議線路長度在60km以下時可使用該方式。

2.3 兩路復用光纖

在兩個廠站之間距離比較長，且具備直通和迂回的光纖路由的情況下，應考慮采用該方式。這種通道方式有如下特點：（1）通道同時采用了光纜和同軸電纜的連接。（2）通道接口較多，中間環節容易出現問題，可靠性降低。（3）保護專業與通信專業間重疊的地方較多，容易出現設計和施工的盲區。

工程應用實例：某站500kV XX線線路長度為102km，如采用專用通道，按光纜0.3dB/km的衰耗計算，則線路衰耗0.3dB/km*102km=30.6dB，一般保護裝置的接受靈敏度為-35dB左右。故采用了兩路復用光纖通道。如圖1所示。

該變電站SDH網絡有兩個，SDH1在主控樓通信機房，SDH2在繼保室。由于500kV繼保室離通信機房比較遠，而尾纖的傳輸距離有限制，故通道一在繼保室經ODF架轉為光纜連接至通信機房的ODF架。

3 光纖差動保護的通道傳輸光功率測試

3.1 專用光纖方式

專用光纖方式的光纖通道由于通道單一，實際應用中故障少，問題易解決，通道連接如圖2所示。調試時用光功率計測試兩端的保護裝置及保護通信接口裝置發光功率和接收功率，并記錄測試值。可按照圖示進行測試，，分別用光功率計測量保護裝置發信端（TX）尾纖的光功率——保護裝置的發光功率和保護裝置收信端（RX）尾纖的光功率——保護裝置接收到的光功率。測試時應了解保護裝置和保護通信接口裝置的發光功率是否在廠家的給定圍內，同時測試尾纖及接頭是否完好。測試時應保證對側光纖通道的完好性，本側的接收電平與對側的發光功率相比較，兩者差值=0.3dB*線路長（km）+1-3dB。常用保護裝置的發光功率及接收靈敏度見表1，若測試光功率損耗較大時，應與保護裝置的生產廠家確認保護裝置的發光功率。差動保護的通道延時可在保護裝置上查看。

目前保護采用的為單模光纖（黃色），（安穩從機與主機的連接，采用多模光纖，尾纖顏色為（橙色）。

單模光纖的傳輸衰耗為0.2-0.8dB/km，計算中，一般取為0.3dB/km，連接器衰耗（FC接口）為0.2-1dB，一般取 0.5 dB熔接點衰耗為0.2dB.假定一專用通道的保護，線路長度為30km，對側保護的發光功率為-12dB，則本側保護實際接收電平該為：

（一般通道測試時，可以由上述公式計算下保護的接收電平，然后再與實測接收電平計較，一般都很接近的，相差不大）。

3.2 復用通道方式

復用傳輸通道由于中間環節多，時延長，出現問題的概率比專用纖芯大，通道連接如圖3所示。在進行光纖保護通道聯調前必須先進行通道調試，確定通道的信號傳輸性能，減少聯調中可能出現的問題。測試時注意事項：（1）在測試點1、測試點2進行測試時對側應保證通道的完好性。（2）應注意保護裝置的時鐘設置是否正確。

復用通道光纖保護裝置或光電轉換裝置的接受電平=復接接口裝置發光功率+連接器衰耗（FC接口），連接器衰耗較小，經驗值一般小于1dB。若誤差較大，原因一般是光纖接口接觸不良。[5]

4 光電轉換裝置測試、光纖傳輸通道測試

縱聯保護及遠跳信號使用的光纖通道主要分為專用光纖芯和復用SDH兩種，通道連接分別如圖4、圖5所示。

測試時應測試光纖通道的傳輸延時。測試方法：（1）對側開關三相分位，若收信、發信有接錄波器，模擬主保護動作，直接從錄波器查看收信、發信時間差T，通道延時=T/2；（2）對側開關三相分位，利用發信、收信接點作停時/計時接點，時間差T，通道延時=T/2；（3）對側開關三相分位，本側保護裝置收發信報文的時間差T，從而計算通道延時=T/2。光纖電流差動保護通道時延可在保護裝置面板上進行查看。[4]

光電轉換裝置通道傳輸時整個光纖通道的傳輸延時一般情況下應不大于12ms，并注意與通信專業測試的通道延時比對。若通道延時超過12ms，應向相應保護廠家核實保護通道延時是否滿足功率倒向延時要求。[6]

5 結語

光纖差動保護作為500kV超高壓線路的主保護，在電力系統安全穩定運行中具有重要地位。光纖差動保護涉及繼電保護和通信兩個專業，這對繼電保護專業技術人員的專業技能提出了更高的要求，隨著數字化變電站等電力技術的發展，在實際調試和運行維護中需要越來越多的對繼電保護和通信都精通的專業技術人員，熟練掌握光纖差動保護的調試方法，確保電力系統安全穩定運行。

參考文獻

[1]廣東省電力調度通信中心.廣東省電力系統繼電保護反事故措施及釋義，2007版[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]國家電力調度通信中心.國家電網公司繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009.

[3]張麗麗.云南電網光纖差動保護應用分析[J].云南電力技術，2009，37（2）：27-28.

[4]RCS-931系列超高壓線路成套保護裝置技術和使用說明書[Z].南京：南京南瑞繼保電氣有限公司.2004.

[5]CSC-103A（B）數字式超高壓線路保護裝置說明書系列超高壓線路成套保護裝置技術和使用說明書[Z]. 北京：北京四方繼保自動化股份有限公司，2006.

[6]石恒初，王珍意.光纖差動保護遠跳功能的應用與分析[J].云南電力技術，2011，（6）：28-29+32.