基于EPON通信探析智能配電網(wǎng)饋線差動(dòng)保護(hù)

摘要：傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)以及饋線自動(dòng)化已經(jīng)無(wú)法滿足智能電網(wǎng)的自愈要求，需要采取更加有效的保護(hù)措施。文章以電流差動(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)裝置，實(shí)踐證明明，基于EPON通信的差動(dòng)保護(hù)裝置可以準(zhǔn)確動(dòng)作，滿足配電網(wǎng)對(duì)于差動(dòng)保護(hù)精度和動(dòng)作時(shí)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(dòng)保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）27-0111-02

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，也使得社會(huì)對(duì)于電力的需求不斷增加，各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，帶動(dòng)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(hù)以及饋線自動(dòng)化暴露出許多的不足和問(wèn)題，無(wú)法滿足智能電網(wǎng)的自愈要求，需要進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。本文基于EPON通信，對(duì)智能配電網(wǎng)的饋線差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行了分析和探討，希望可以對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行解決，促進(jìn)智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(jìn)的傳感技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、設(shè)備技術(shù)以及控制方法等，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。智能電網(wǎng)的主要特征，包括激勵(lì)、自愈、抵御攻擊等?？梢杂行岣唠娔苜|(zhì)量，實(shí)現(xiàn)不同發(fā)電形式的接入，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的優(yōu)化配置。可以說(shuō)，智能電網(wǎng)是電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，對(duì)于我國(guó)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(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，采用點(diǎn)到多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，無(wú)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，EPON可以說(shuō)綜合了以太網(wǎng)和PON技術(shù)的特點(diǎn)，如成本低、帶寬高、擴(kuò)展性強(qiáng)、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(wú)源光分路器（ODN）組成，EPON中在一根纖芯上傳送上下行兩個(gè)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(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)1∶n的無(wú)源分光器，然后達(dá)到各個(gè)ONU；在上行方向，一個(gè)ONU發(fā)送的信號(hào)會(huì)直接到達(dá)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(shí)，采用的是時(shí)分多址接入方式，同時(shí)通過(guò)OLT，對(duì)每個(gè)ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行仲裁。

2 基于EPON通信的智能配電網(wǎng)饋線差動(dòng)保護(hù)

2.1 差動(dòng)保護(hù)

差動(dòng)保護(hù)是依據(jù)基爾霍夫電流定理工作的，當(dāng)變壓器正常工作或者區(qū)域外故障時(shí)，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(dòng)繼電器不動(dòng)作；當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)或者三側(cè)向故障點(diǎn)提供短路電流，差動(dòng)保護(hù)感受到的二次電流和正比于故障點(diǎn)電流，則差動(dòng)繼電器動(dòng)作，對(duì)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)，如果差動(dòng)保護(hù)區(qū)域內(nèi)存在無(wú)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(lì)磁涌流很可能會(huì)引發(fā)差動(dòng)保護(hù)裝置的誤動(dòng)，因此需要設(shè)置相應(yīng)的二次諧波勵(lì)磁涌流識(shí)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(dāng)差流二次諧波滿足上式判據(jù)時(shí)，則閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

從目前的發(fā)展情況看，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(kāi)放性和擴(kuò)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(dòng)保護(hù)SV，每個(gè)工頻周期采用80點(diǎn)。

2.2 IEEE 1588 V2時(shí)鐘同步在EPON的應(yīng)用

要確保差動(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)，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(shí)對(duì)稱的前提下實(shí)現(xiàn)的，而基于EPON保溫的傳輸延時(shí)較大，而且收發(fā)不對(duì)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(duì)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(duì)這種情況，在充分考慮可行性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，這里選擇了一種以IEEE 1588 V2時(shí)鐘同步協(xié)議，實(shí)現(xiàn)EPON差動(dòng)保護(hù)采樣同步的方法，通過(guò)相應(yīng)的措施，克服了EPON系統(tǒng)延時(shí)不對(duì)稱對(duì)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(dòng)保護(hù)的要求。

2.3 基于EPON的差動(dòng)保護(hù)

為了對(duì)差動(dòng)保護(hù)裝置的可行性和動(dòng)作特性進(jìn)行分析和驗(yàn)證，確保差動(dòng)保護(hù)裝置功能的有效發(fā)揮，這里設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。測(cè)試需要用到的設(shè)備包括：EPON設(shè)備、繼電保護(hù)測(cè)試儀、IEEE 1588時(shí)鐘源等。在測(cè)試時(shí)，將兩臺(tái)差動(dòng)保護(hù)裝置分別與兩臺(tái)ONU進(jìn)行對(duì)接，以EPON為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)之間的SV交換，然后利用IEEE 1588網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)不同差動(dòng)保護(hù)之間的采樣同步。測(cè)試結(jié)果表明，基于EPON通信的差動(dòng)保護(hù)裝置，可以準(zhǔn)確動(dòng)作，而且所有的動(dòng)作點(diǎn)都能夠滿足精度要求。在考慮繼電器固有動(dòng)作時(shí)間的前提下，差動(dòng)保護(hù)裝置的保護(hù)最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間也僅為34ms，可以充分滿足差動(dòng)保護(hù)速動(dòng)性的需求。

以智能配電網(wǎng)中合環(huán)運(yùn)行的配電線路為例，對(duì)差動(dòng)保護(hù)裝置的應(yīng)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。在配電線路中，差動(dòng)保護(hù)裝置位于饋線的開(kāi)關(guān)位置，由相鄰的開(kāi)關(guān)構(gòu)成一個(gè)個(gè)差動(dòng)保護(hù)區(qū)域。當(dāng)饋線分段開(kāi)關(guān)之間存在T接分支線路時(shí)，如果條件允許（有保護(hù)電流互感器，且具備安裝差動(dòng)保護(hù)裝置的空間），則應(yīng)該安裝差動(dòng)保護(hù)裝置，同時(shí)確保其與主干線的相鄰的分段開(kāi)關(guān)共同構(gòu)成三端差動(dòng)保護(hù)，對(duì)支線線路進(jìn)行保護(hù)，確保線路的運(yùn)行安全。如果分支線路沒(méi)有安裝差動(dòng)保護(hù)裝置的必要條件，則應(yīng)該采用熔絲保護(hù)，由主干線相鄰分段開(kāi)關(guān)之間構(gòu)成不完全差動(dòng)保護(hù)。endprint

另外，為了避免分支線路故障引起的差動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)，需要采取以下處理措施：（1）結(jié)合具體情況，對(duì)差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作門(mén)檻進(jìn)行設(shè)置，確保其可以躲過(guò)分支線的最大負(fù)荷以及最大負(fù)荷啟動(dòng)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(dòng)保護(hù)中；（3）如果差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作存在延時(shí)，應(yīng)該確保延時(shí)可以與熔絲時(shí)限相互配合。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，一旦EPON的通信終端或者異常導(dǎo)致某個(gè)區(qū)域的差動(dòng)保護(hù)裝置無(wú)法接收對(duì)側(cè)SV數(shù)據(jù)，則應(yīng)該迅速閉鎖該區(qū)域內(nèi)的差動(dòng)保護(hù)，直到通信恢復(fù)正常后，才能重新開(kāi)放，以避免差動(dòng)保護(hù)裝置的誤動(dòng)。在保護(hù)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(guò)流后備保護(hù)裝置，對(duì)故障進(jìn)行切除。將本文提到的EPON差動(dòng)保護(hù)與常規(guī)的光纖差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行對(duì)比，可以看出兩種保護(hù)裝置都可以滿足速動(dòng)性的要求，光纖差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間在20～35ms，EPON差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間則為25～40ms，兩者相差不大；從經(jīng)濟(jì)性方面分析，光纖差動(dòng)保護(hù)需要鋪設(shè)專用的保護(hù)光纖，因此投資較大，成本相對(duì)較高，而EPON差動(dòng)保護(hù)則可以復(fù)用EPON通信網(wǎng)絡(luò)，成本相對(duì)較低，更加經(jīng)濟(jì)；從適應(yīng)性方面分析，光纖差動(dòng)保護(hù)的適應(yīng)性較差，在線路各側(cè)的差動(dòng)保護(hù)必須采用相同廠家生產(chǎn)的同類型同型號(hào)的設(shè)備，而EPON差動(dòng)保護(hù)采用IEC 61850-9-2 協(xié)議傳輸 SV，具有良好的適應(yīng)性，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家差動(dòng)保護(hù)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從當(dāng)前智能電網(wǎng)的發(fā)展入手，針對(duì)傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)以及饋線自動(dòng)化暴露出的不足和問(wèn)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(dòng)保護(hù)方案，可以在差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位和及時(shí)隔離，同時(shí)向配網(wǎng)區(qū)域的保護(hù)控制裝置發(fā)送命令，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)和恢復(fù)。相關(guān)測(cè)試表明，基于EPON通信的差動(dòng)保護(hù)裝置可以準(zhǔn)確動(dòng)作，能夠滿足配電網(wǎng)對(duì)于差動(dòng)保護(hù)精度和動(dòng)作時(shí)間的要求，具有良好的可行性，應(yīng)該得到相關(guān)部門(mén)的重視和推廣。

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作者簡(jiǎn)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