光纖的差動(dòng)保護(hù)原理及調(diào)試

鄭小英（新疆鼎盛源電力建設(shè)有限公司，新疆 烏魯木齊　843000）

光纖的差動(dòng)保護(hù)原理及調(diào)試

鄭小英
（新疆鼎盛源電力建設(shè)有限公司，新疆 烏魯木齊843000）

論文討論了光纖差動(dòng)保護(hù)的原理及特點(diǎn)，并通過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)，提出了若干在日常檢驗(yàn)中我們需要注意的方面。

光纖；分相差動(dòng)保護(hù)

0　引言

光纖的差動(dòng)保護(hù)從電流差動(dòng)保護(hù)方式升級(jí)發(fā)展而得出的新型保護(hù)方式，其所遵循的原理和電流差動(dòng)一樣，同樣是基爾霍夫第一定律即基爾霍夫電流定律。在理想狀態(tài)下，光纖的差動(dòng)保護(hù)可以通過(guò)單元的方式進(jìn)行，基于基爾霍夫第一定律原理非常簡(jiǎn)單，即使裝置以不同的方式運(yùn)行，但是保護(hù)依然不會(huì)受到影響。保護(hù)裝置在輸電線(xiàn)線(xiàn)路上實(shí)際分為兩個(gè)部分，兩個(gè)部分的保護(hù)裝置之間不通電，不會(huì)形成電流回路，大大的提升了保護(hù)裝置的可靠性。從目前的實(shí)際應(yīng)用來(lái)講，光纖的差動(dòng)保護(hù)裝置主要用于輸電線(xiàn)路及其附屬設(shè)備，光纖差動(dòng)保護(hù)與其它的保護(hù)裝置相比，可以實(shí)現(xiàn)較高的靈敏特性，具有非全相使用的特點(diǎn)，因其裝置簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速動(dòng)作，這便實(shí)現(xiàn)了可靠運(yùn)行的要求，而且該裝置可以適應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)，這都是其它保護(hù)裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。而且由于光纖差動(dòng)保護(hù)設(shè)備通過(guò)光纖作為傳遞信號(hào)的介質(zhì)，保證了信號(hào)的高速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的傳送。

1　保護(hù)工作的原理

光纖的差動(dòng)保護(hù)顧名思義是用光纖作為信號(hào)傳遞通道，無(wú)時(shí)差的在裝置兩側(cè)之間相互進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣并進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。而單側(cè)的保護(hù)裝置通過(guò)對(duì)比對(duì)側(cè)電流數(shù)據(jù)采樣和本地?cái)?shù)據(jù)采樣進(jìn)行電流的差動(dòng)計(jì)算。保護(hù)裝置根據(jù)計(jì)算結(jié)果判別相應(yīng)的故障出現(xiàn)在保護(hù)區(qū)域內(nèi)或者是區(qū)域外，如果故障出現(xiàn)在保護(hù)區(qū)域內(nèi)，保護(hù)裝置立刻實(shí)施跳電保護(hù)，如果故障出現(xiàn)在保護(hù)區(qū)域以外，保護(hù)裝置忽略該信號(hào)。保護(hù)裝置的故障判別依據(jù)是相應(yīng)保護(hù)的制動(dòng)性能的程式。圖1具體展示了光纖差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)造。

圖1　光纖電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

如果輸電線(xiàn)的運(yùn)行狀態(tài)一切正常，或者在保護(hù)區(qū)域以外發(fā)生故障時(shí)，輸電線(xiàn)兩側(cè)保護(hù)裝置內(nèi)部電流的相位是正好相反的。如圖1所示，我們可以把M當(dāng)成電流輸出端，N為電流接受端，由此我們可以知道：M處的電流方向?yàn)椋狠旊娔妇€(xiàn)→電流輸出端；N處的電流方向?yàn)殡娏鹘邮芏恕茈娔妇€(xiàn)。因?yàn)閮啥吮Ｗo(hù)裝置內(nèi)電流具有絕對(duì)值相等而流動(dòng)方向相差180°，所以輸電線(xiàn)兩側(cè)保護(hù)裝置內(nèi)電流差值為零。另一種情況是，如果故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)域之內(nèi)，因?yàn)檩旊娋€(xiàn)發(fā)生故障，導(dǎo)致輸電線(xiàn)兩側(cè)保護(hù)裝置內(nèi)電流的流動(dòng)方向都是從電力輸出側(cè)或者電力接收處的母線(xiàn)流向各自相應(yīng)線(xiàn)路，具有電流絕對(duì)值相等并且電流流動(dòng)方向一致的特點(diǎn)，造成輸電線(xiàn)兩側(cè)保護(hù)裝置內(nèi)電流差值不再為零，當(dāng)這個(gè)差值電流滿(mǎn)足制動(dòng)性能程式的動(dòng)作要求時(shí)，保護(hù)裝置變回發(fā)出指令并即刻進(jìn)行跳電動(dòng)作將故障區(qū)域隔離。

至于我們提到的光纖的分相方面的電流差動(dòng)的保護(hù)措施方面，具體的差動(dòng)方法保護(hù)措施主要是利用圖2中的兩條斜率的制動(dòng)特征，這是用來(lái)使得發(fā)生例如穿越的故障之時(shí)還能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。圖中出現(xiàn)的Id、Ir、K1、K2分別表示差動(dòng)電流、制動(dòng)電流、以及不同的制動(dòng)斜率［1］。我們運(yùn)用這樣類(lèi)型的曲線(xiàn)，是為了使得當(dāng)有較小的電流的時(shí)候，系統(tǒng)依然能夠保持比較強(qiáng)的靈敏程度；并且當(dāng)電流比較大的時(shí)候，系統(tǒng)又能夠維持比較強(qiáng)的可靠穩(wěn)定性能，換句話(huà)說(shuō)，就是在線(xiàn)路的尾部有區(qū)域以外的故障發(fā)生的時(shí)候，此時(shí)電流的互感器就會(huì)產(chǎn)生傳播方面的誤差，這個(gè)時(shí)候我們運(yùn)用的比較大的斜率的制動(dòng)特征便更加的穩(wěn)定。

圖2　光纖電流差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性

此外，發(fā)生差動(dòng)零件被確定是區(qū)域之內(nèi)的故障，從而報(bào)出跳閘的信號(hào)時(shí)，我們除了斷開(kāi)此系統(tǒng)中本側(cè)面的斷路器之外，還要依靠光纖通道對(duì)該系統(tǒng)的線(xiàn)路的對(duì)面報(bào)出聯(lián)合調(diào)動(dòng)的命令，從而讓對(duì)面一側(cè)的短路器能夠在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)跳閘的動(dòng)作。

2　通信系統(tǒng)所需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)

因?yàn)?，光纖電流的差動(dòng)方式的保護(hù)措施對(duì)線(xiàn)路的兩個(gè)不同側(cè)的保護(hù)性設(shè)備，要求實(shí)現(xiàn)采樣的同時(shí)要與其同步，所以，對(duì)于光纖電流的差動(dòng)方式保護(hù)措施非常重要的是時(shí)鐘式的同步。一旦我們的電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)利用了光纖的專(zhuān)用通道的時(shí)候，此保護(hù)設(shè)備中的同步時(shí)鐘就會(huì)一如既往地利用 “從主到從”的方式，也就是說(shuō)，兩個(gè)不同側(cè)的保護(hù)之中的一側(cè)占有內(nèi)部時(shí)鐘當(dāng)成主時(shí)鐘，而其余一側(cè)就被弄成了從時(shí)鐘了。其中，被弄成從時(shí)鐘一側(cè)的保護(hù)設(shè)備，它的時(shí)鐘信號(hào)是從對(duì)面一側(cè)的保護(hù)傳過(guò)來(lái)的信號(hào)的編碼之中翻譯出來(lái)的，這樣跟對(duì)面一側(cè)就實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘式的同步。

而又當(dāng)利用了復(fù)用PCM的方法的時(shí)候，復(fù)用數(shù)字的通信裝置中的數(shù)據(jù)通道成為了主時(shí)鐘，兩個(gè)測(cè)的保護(hù)設(shè)備都應(yīng)該被弄成從時(shí)鐘的方式，也就是說(shuō)都從復(fù)用數(shù)字通信的設(shè)備之中拿出與其同步的時(shí)鐘信號(hào)：如果不這樣的話(huà)，這個(gè)保護(hù)設(shè)備就沒(méi)有辦法和通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道達(dá)成一個(gè)復(fù)接的模式。

3　光纖分相差動(dòng)保護(hù)的調(diào)試

絕大多數(shù)的光纖差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，其實(shí)驗(yàn)都是這樣實(shí)現(xiàn)的：利用自環(huán)的方法，把自己的接受和發(fā)送端口通過(guò)一個(gè)尾纖來(lái)相互連接，從而實(shí)現(xiàn)單側(cè)的試驗(yàn)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)為：可以盡早地發(fā)現(xiàn)自己系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，未雨綢繆地在對(duì)通道進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候僅需要做一些簡(jiǎn)單的工作，例如檢查一下通過(guò)的傳輸情況或者做一些傳動(dòng)的試驗(yàn)。這樣的方法，就會(huì)使得調(diào)試工作既省時(shí)，又可以很快地找到問(wèn)題的所在。然而，因?yàn)椴顒?dòng)保護(hù)的內(nèi)部程序自身設(shè)計(jì)的因素，它不能用自環(huán)的方法進(jìn)行試驗(yàn)，唯一的辦法就是依據(jù)兩臺(tái)設(shè)備相互配合實(shí)現(xiàn)其檢驗(yàn)。如若它運(yùn)用的為單回路線(xiàn)路的話(huà)，就僅僅能夠和對(duì)面一側(cè)的設(shè)備一起來(lái)試驗(yàn)，這種情況的話(huà)就要和對(duì)面一側(cè)工作人員相互配合，給試驗(yàn)的過(guò)程帶來(lái)了很多不必要的麻煩和困難，因?yàn)橛幸恍┑胤剿捎玫南到y(tǒng)都給不同線(xiàn)路設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備，因此我們就要采用在同一側(cè)實(shí)現(xiàn)兩輛相互配合的方式進(jìn)行檢驗(yàn)，采用這種措施不但能夠起到保護(hù)制動(dòng)的作用，而且還可以直接地觀(guān)察出兩臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行情況，從而使得裝置有一個(gè)比較完善且全面的檢驗(yàn)。

因?yàn)椴顒?dòng)保護(hù)的檢測(cè)不可以單側(cè)地自環(huán)檢測(cè)，因此檢驗(yàn)單回線(xiàn)路保護(hù)的過(guò)程中，唯一的辦法就是同對(duì)面一側(cè)的一起進(jìn)行，除此之外，一些地方會(huì)采用4/3和3/2的方式進(jìn)行接線(xiàn)，這樣就會(huì)有以下的問(wèn)題所在：雖然線(xiàn)路處于停止運(yùn)行的狀態(tài)，然而對(duì)面一側(cè)的開(kāi)關(guān)卻是串聯(lián)的運(yùn)行模式，這樣的話(huà)，當(dāng)自己一側(cè)的進(jìn)行保護(hù)監(jiān)測(cè)是，就會(huì)有可能錯(cuò)誤地導(dǎo)致對(duì)面一側(cè)的開(kāi)關(guān)打開(kāi)。在此裝置之中，專(zhuān)門(mén)給差動(dòng)保護(hù)做了一個(gè)TEST的試驗(yàn)方式，這里所說(shuō)的TEST試驗(yàn)方式，即為當(dāng)自己這一側(cè)的保護(hù)模式進(jìn)入TEST之后，會(huì)讓對(duì)面一側(cè)的設(shè)備也自動(dòng)地開(kāi)始了這種試驗(yàn)的方式，當(dāng)自身這一側(cè)在做檢驗(yàn)的時(shí)候，對(duì)面一側(cè)的差動(dòng)保護(hù)便不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)的情況。因此在進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)檢驗(yàn)的時(shí)候，特別要注意先讓該裝置進(jìn)入TEST模式，之后才開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)［2］。

4　結(jié)論

光纖差動(dòng)保護(hù)設(shè)備的功能的確非常的強(qiáng)大、其實(shí)現(xiàn)配置的方式也比較靈活。在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程之中，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，尚且沒(méi)有出現(xiàn)重大的異常情況。但是，它也存在著一些差強(qiáng)人意的地方，這些欠缺都給運(yùn)行和調(diào)試的工作人員造成了些許的不方便。具體體現(xiàn)是：如果不能夠單側(cè)自環(huán)試驗(yàn)，那么次系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)保護(hù)的投退僅僅可以依靠改變控制字進(jìn)行［3］。這樣一來(lái)，就要求運(yùn)行和維護(hù)的工作人員能夠非常熟練地了解此系統(tǒng)的原理及其性能，并且能夠理論聯(lián)系實(shí)際，將其應(yīng)用在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，只有這樣才能夠保證此系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］黃浩，董振國(guó).變電運(yùn)行的故障排除及安全管理分析［J］.科技風(fēng)，2010，23.

［2］張國(guó)芳，張麟.關(guān)于變電運(yùn)行故障分析及處理方法探討［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012，25.

［3］劉宏.變電運(yùn)行存在的問(wèn)題及處理措施的探討［J］.科技與企業(yè)，2011，14.

TN79

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.024

1002-6673（2015）05-064-02

2015-06-11

鄭小英（1965-），女，新疆阿克蘇人，本科，助理工程師。目前從事電力建設(shè)工作。