光纖差動保護在超高壓線路保護中的應用與調試

賈 玉，李湘韶

（徐州華潤電力有限公司，江蘇徐州 221000）

0 引言

在超高壓線路的線路保護工作中，工程設計時要使用輸電電纜，采用光纖分項電流保護裝置可以起到很好的保護作用。光纖分項電流保護裝置應用方便，同時具有很高的安全性，使用時不容易受到串補等方面的影響，能夠對線路輸電過程出現的故障產生快速反應，因此廣泛應用于電力企業輸變電工程。

1 光纖電流差動保護原理

在機電系統中，光纖可以承受超高壓和雷電等電磁干擾，還能對電場絕緣，保護原理簡單，因此在應用中可以免受振蕩作用和平行互感，對單側電源的運行方式也不會產生影響，具有極高的應用價值。同時，光纖還具有相應的選項功能，因此在超高壓線路中極適合做主要的保護裝置。近年來，隨著我國科技術水平的提升，光纖技術得到快速發展，對光纖差動保護裝置的應用起到了極大的促進作用。

圖1 光纖電流差動保護制動特性

光纖電流差動保護主要采用雙斜率制動方式，應用時能有效預防穿越故障，避免對系統產生不利影響。而且其具有的制動特性曲線（圖1），能確保電流較小時具有一定的靈敏度，從而進行快速反應，以保障大電流輸電過程的安全性。通過采用這種方式，一旦線路末端出現問題，電流互感器可以發生飽和，并傳遞傳變誤差，因此采用差動保護具有極高的可靠性。此外，一旦線路兩側的電流互感器出現測量誤差或者超高壓線路運行過程中出現充電電容等現象，差動保護裝置可以快速計算本地和對側的電流數據，從而得出差電流，而且數值不為0，說明其具有一定的不平衡電流。保護裝置可以依據電流值進行整定，確保最小差電流的數值同樣保持不為0 的狀態。對于防止不平衡電流的影響，差動保護裝置根據自身類型選擇整定方法。一般可以使用固定門檻法，當系統正常運行時，可以將測量到的差電流看做線路的純電容電流，將電流值和系數相乘，并將其作為差動電流的動作門檻。當在元件范圍內出現故障時發出跳閘命令，除了對本側斷路器以外的相關線路能夠進行斷開之外，還能通過光纖通道發出聯跳信號，對側電路也產生相應的影響。

光纖差動保護裝置對電路兩側進行保護具有一定的要求，需要做到同時、同步，因此差動保護裝置運行中，需要重視時鐘同步的運用。光纖通道應用電流差動保護同時，保護裝置中的同步時鐘應采用主從關系，將其中一側定義為主時鐘，另一側則為從時鐘。而從時鐘一側的保護裝置能提取信息編碼中的時鐘信號，并和主時鐘保持一致。在使用復用PCM（Pulse Code Modulation，脈沖編碼調制）方式時，可以將數據通道作為整體保護系統的主時鐘，兩側的保護則采用從時鐘的方式，可以從復用數字通信系統中同步提取相關信號，避免保護裝置無法完成復接過程。

2 光纖電流差動保護分析

2.1 三種差動保護的配合使用

故障分量電流差動保護在具體應用中可以不受相關負荷電流的影響，而且還具有著極高的靈敏度，但必須要注意到，這種電流差動保護時間較短，而且會受到過渡電阻等影響，進而降低自身靈敏度，可以在全相或非全相過程中使用。而零序電流差動只對接地故障發揮作用，一旦出現接地故障，應確認故障分量差流和零序差流為相等的狀態，零序差動保護靈敏度并不高于故障分量電流差動。在相關場合中，如果無法使用故障分量電流差動保護機制，如故障頻繁和間隔短等，在這種情況下使用，可以有效彌補全電流差動保護靈敏度不夠高的缺陷。零序差動保護裝置需要一定的延遲時間，從而避免受到相關因素的影響。至于后備保護，可以采取具體的方法進行保護，并以此構成后備保護系統，同時需要配置自動重合閘，對于故障的解決具有著十分重要的作用。因此，在超高壓線路運行中，可以通過三種差動保護的配合使用來解決故障問題，保障供電的安全性和有效性。

2.2 保護中差動繼電器的特點

多數情況下，故障附加網絡中電源只有一個，在其區域內發生故障后，兩側電流變化量方向基本相同，矢量則接近二者之和。差動繼電器在使用中可以不用受負荷電流的影響，因此不會由于故障而出現制動電流，同時對過渡電阻的影響也不高。在具體串聯回路中，電源線路兩側產生的電流變化量與過度電阻呈現線性關系。一旦單側電源線路出現短路，只有在此前有負荷電流，當其短路后會產生負荷電流，并逐漸形成動作電流。正是因為這一原因，差動繼電器在使用過程中十分靈敏，而且使重負荷線路發生經高電阻短路時的靈敏度也得到了明顯提升。因此，當線路出現短路后，可以通過差動繼電器進行處理，而且具有極高的靈敏度，可以快速解決故障問題。

2.3 零序差動繼電器的主要特點

零序差動繼電器是零序差動保護裝置中十分重要的部件。由于其所具有的獨特性，繼電器內的負荷電流不會形成制動電流，因此，零序差動繼電器對過度電阻的影響也相對較小，能在使用中更好地發揮作用。因此，當重負荷線路中出現經高電阻短路故障時，零序差動繼電器具有極高的靈敏度，能夠進行快速反應，有效解決故障問題，保障線路的正常運行。

3 對通信系統的要求

在光纖差動電流保護過程中，光纖是重要的通道介質，而通信通道是完成差動電流保護裝置的重要渠道。因此，應對通信系統進行分析，探討其在差動保護中應該符合哪些要求，從而更好地設計通信系統，使其更加完善，在光纖電流差動保護中更好地發揮作用，提升故障的解決能力。

光纖差動保護裝置在應用過程中需要采用通信通道，從而完成電流數據的雙向傳輸，并需要實時計算。而差動保護裝置采用的通信方式包括兩種類型。首先是將保護裝置按照一定的速率和相關規定，采用專用光纖進行雙向傳輸。該方式只能在時鐘同步的前提下實現，并進行同步采樣。而差動保護往往針對兩側進行保護，而且在應用過程中還需要對其進行正確劃分，分別為參考端和同步端。其中，可以將參考端看做進行參考的基準，通過同步調整同步端，使二者保持一致。

詳細來說，為了保證兩端能夠進行同步采樣，需要對其中一方進行設定，具體過程為同步端可以向參考端發送相關的請求命令和采樣標號，參考端收到命令后會向同步端返回一幀數據，里面應該包含相關的標號和時間等信息。同步端收到數據后，通過對通信傳輸延時和兩側采樣時間差進行計算，從而得出具體的調整次數，經過調整處理后，確認兩側采樣時間差為0，則實現了兩側同步采樣的目標。

需要注意，通信通道專用光纖或復用PCM 通道需要將其一側作為參考端，同時另一側設置為同步端。而采用復用PCM 過程中，差動保護裝置與其并非直聯關系，其所采用的連接方式為：依次連接保護裝置、光電轉換接口、數字配線架以及復用光纖通道。運行中，可以通過環路實驗對差動保護裝置和光電轉換接口的連接完好性做相關的檢查工作。而在采用復用PCM 設備后，工作人員可以使用光纖網管來開展檢查工作。由于這種連接方式具有一定的不可靠性，因此容易發生光纖通道告警等現象，且在故障發生后，相關維修人員缺乏處理該問題的經驗，而且也沒有應用先進的檢測手段，將無法順利恢復光纖差動保護裝置，也無法快速找到問題所在。

4 結束語

光纖差動保護是超高壓線路中十分重要的一種保護方式。然而在系統的調試和運行維護中，技術人員往往在保護裝置本身投入更多的精力，而忽視對保護裝置和通信系統的有效對接，而一旦在光纖保護過程中，相關通道出現異常現象或者發生故障，會導致超高壓線路的運行受到影響。因此，對于從事繼電保護專業的相關技術人員來說，一方面需要掌握相關的專業知識，同時還應了解通信專業方面的知識，以便能更好地解決故障問題。