基于光纖通道的雙端保護聯(lián)調(diào)

李 波 邢素娟 莫杰鋒 黃 妍 高鵬宇

（1.廣西電網(wǎng)公司梧州供電局，廣西 梧州 543002； 2.北京博電新力電氣股份有限公司，北京 100098）

繼電保護在電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行中占有舉足輕重的地位，而我國電網(wǎng)構(gòu)架復(fù)雜、發(fā)展迅速，對于繼電保護等二次設(shè)備的依賴更為迫切。在繼電保護的發(fā)展歷程中，在上世紀初基于雙端電流的電流差動保護原理就已出現(xiàn)，相比于僅反應(yīng)線路一側(cè)電氣量的保護來說，解決了不能區(qū)分本線末端和對側(cè)母線（或相鄰線始端）故障的技術(shù)難題，達到有選擇性地快速切除全線故障的目的。而在20 世紀80年代，光纖技術(shù)的完善和實際應(yīng)用又為雙端電流的電流差動保護原理的實現(xiàn)提供了新的途徑——光纖縱差保護誕生了，為線路兩端的保護提供了快速、可靠的通信方式。

圖1 光纖縱差保護原理示意圖

光纖縱差保護利用光纖通道將線路一側(cè)電氣量的信息傳輸?shù)搅硪粋?cè)去，通過比較兩側(cè)模擬量的幅值、相位來決定其動作行為，也就是說在線路兩側(cè)之間發(fā)生縱向的聯(lián)系。因此光纖縱差保護是由位于被保護線路兩端、分別位于兩個變電站之中的兩套保護共同構(gòu)成。由于距離上的限制，現(xiàn)階段220kV線路縱聯(lián)保護的聯(lián)調(diào)僅是針對主保護的允許或者閉鎖接點信號進行收發(fā)的試驗，無法實現(xiàn)兩側(cè)保護測試儀的通信，也無法解決縱聯(lián)主保護在聯(lián)調(diào)中存在的上述問題。而GPS 雙端同步觸發(fā)方式雖然可以實現(xiàn)雙端的故障同步觸發(fā)，但是容易受天氣的影響，又往往因為兩個GPS 之間的時間誤差，而造成試驗無法正常進行。利用220kV 線路縱聯(lián)保護現(xiàn)有的光纖通道，以自定義對時方式對兩側(cè)測試設(shè)備進行輸出同步和對時同步，實現(xiàn)兩側(cè)保護測試儀的即時通信和同步，進而實現(xiàn)保護測試儀對線路兩側(cè)縱聯(lián)保護的同步聯(lián)調(diào)以及同步故障仿真調(diào)試是一個創(chuàng)新。

1 光纖差動保護原理

圖2 正常運行情況

線路保護的正方向規(guī)定如下：以母線流向線路，即流出的電流方向為規(guī)定的電流正方向。

圖3 區(qū)內(nèi)故障情況

區(qū)內(nèi)故障時，兩側(cè)實際短路電流都是由母線流向線路，和參考方向一致，都是正值，差動電流就很大Id?Ir，滿足差動方程，差流元件動作。凡是在線路內(nèi)部有流出的電流，都成為動作電流。區(qū)外故障時，一側(cè)電流由母線流向線路，為正值，另一側(cè)電流由線路流向母線，為負值，兩電流大小相同，方向相反，所以差動電流為零，差流元件不動作。

圖4 區(qū)外故障情況

2 光纖通道連接方式

差動保護所采用的光纖通道主要有兩種方式，一是為保護裝置敷設(shè)專用的光纖通道，二是復(fù)用現(xiàn)有的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。相應(yīng)的系統(tǒng)連接方式有專用方式和復(fù)用方式

專用方式需為繼電保護敷設(shè)專用的光纖通道，在此通道中只傳輸繼電保護的信息。此方式由于受光端機光發(fā)送功率和接收靈敏度的限制和敷設(shè)光纜費用的制約，專用方式的通信距離一般在80km 以內(nèi)。優(yōu)點是光纜終端箱直接接入保護裝置的光端機，不需要附加其他設(shè)備，可靠性高，由于不涉及通信調(diào)度，管理方便。目前，專用方式主要應(yīng)用于距離較短的城網(wǎng)線路保護以及發(fā)電廠與電力系統(tǒng)之間的短聯(lián)絡(luò)線路保護。

圖5 專用方式系統(tǒng)連接圖

復(fù)用方式則是利用數(shù)字復(fù)接技術(shù)，利用現(xiàn)有的光纖通道對繼電保護的信息進行傳輸。復(fù)用方式利用64Kbit/s 的數(shù)字接口經(jīng)PCM 終端設(shè)備或利用2M接口直接接入現(xiàn)有數(shù)字用戶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)PDH/SDH。不需要再敷設(shè)光纜。傳輸距離大大提高，可延伸到數(shù)字用戶網(wǎng)絡(luò)的每一個通信接點。保護裝置采用復(fù)用方式時，需在通信室內(nèi)增加數(shù)字復(fù)用接口設(shè)備并和數(shù)字復(fù)用設(shè)備相連接。復(fù)用方式主要用于長距離輸電線路的保護。

圖6 復(fù)用方式系統(tǒng)連接圖

3 如何利用保護光纖通道進行雙端聯(lián)調(diào)

在光纖通道復(fù)用的情況下，測試儀可以考慮和縱聯(lián)主保護共同使用2M 帶寬的通道，也可給測試儀單獨開一個2M 通道。測保護試儀以串接方式接入縱聯(lián)主保護的光纖通道，這樣可以不必增加光纖通道的光口。

開發(fā)兩臺新保護測試儀及其對時同步軟件，利用縱聯(lián)主保護的光纖通道，通過自定義對時格式，先實現(xiàn)通信握手，然后實現(xiàn)雙端對時，測試儀先模擬故障前狀態(tài)，雙端對時同步后，按照保護人員預(yù)先設(shè)定的簡單或復(fù)雜故障，實現(xiàn)線路兩側(cè)保護區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障的同時觸發(fā)和同時模擬。具體實施方案有兩種：

方案一：使用一根備用光纖實現(xiàn)雙端同步，由主機控制從機同步雙端模擬量的輸出，并同步觸發(fā)故障。由光纖傳遞同步信號，測試數(shù)據(jù)由雙端電腦分別設(shè)置。

圖7 方案一原理示意圖

方案二：需要兩根備用光纖實現(xiàn)雙端測試數(shù)據(jù)的傳輸，可由主機實現(xiàn)同時對主機和從機的控制，測試數(shù)據(jù)均由主機電腦設(shè)置控制輸出，光纖同時傳輸同步控制信號和測試數(shù)據(jù)。

圖8 方案二原理示意圖

測試時，保護測試儀需要在開始輸出后利用統(tǒng)一的通信規(guī)約進行兩側(cè)同步，測出通道延時并予以消除。

由于長距離傳輸?shù)男枰?，現(xiàn)場使用的均為單模光纖，考慮到光纖傳輸中的材料色散和波導(dǎo)色散，測試儀的主機端發(fā)送功率要滿足長距離傳輸?shù)男枨螅鴱臋C的接收端也要有足夠的靈敏度。而從信息傳輸?shù)难訒r等實際問題考慮，方案一更切合現(xiàn)場長距離測試的實際需要。

雙端聯(lián)調(diào)時，可以指定任意位置為故障點，通過兩端阻抗和電流相位的設(shè)置而準確模擬線路上任何一點的故障情況，既可模擬區(qū)內(nèi)故障，又可模擬區(qū)外故障。而各種類型故障的靈活設(shè)置又可實現(xiàn)各種復(fù)雜故障的測試。

4 結(jié)論

該技術(shù)由于保護測試儀是利用縱聯(lián)主保護的光纖通道進行同步及聯(lián)調(diào)，因此保護調(diào)試工作不會受到天氣和其他外部的因素影響，保護的調(diào)試工作可以確保實現(xiàn)快捷簡單和高可靠性的要求。通過項目的實施，一是可以簡化縱聯(lián)主保護的聯(lián)合調(diào)試工作量；二是可以真正實現(xiàn)縱聯(lián)主保護的雙端同步聯(lián)調(diào)，也可以實現(xiàn)對220kV 線路復(fù)雜故障和過渡性故障的仿真。

[1] 許繼電氣股份有限公司.WXH-803A 微機線路保護裝置技術(shù)說明書.

[2] 李玉海,等.電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護試驗[M].北京:中國電力出版社,2005.

[3] 王大鵬.電力系統(tǒng)繼電保護測試技術(shù)[M].北京: 中國電力出版社,2006.