光纖差動(dòng)保護(hù)在超高壓線路保護(hù)中的應(yīng)用與調(diào)試

劉雍

摘 要：光纖差動(dòng)保護(hù)由于其靈敏度高，動(dòng)作速度快，安全可靠，不受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響等特點(diǎn)而在超高壓線路保護(hù)中有著日益廣泛的應(yīng)用。本文介紹了光纖差動(dòng)保護(hù)的基本軟硬件原理、通信機(jī)制原理及光纖通道調(diào)試方法。

關(guān)鍵詞：光纖差動(dòng)保護(hù)；調(diào)試方法；光纖通道

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）06-0131-03

隨著光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展，光纖通道作為繼電保護(hù)通道得到了大量的應(yīng)用。和其它通信方式相比，光纖通信有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：通信容量大；中繼距離長(zhǎng)；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(lián)保護(hù)的通道方式在220kV及以上電壓等級(jí)的超高壓線路保護(hù)中得到了推廣使用。光纖差動(dòng)保護(hù)由于其原理簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)在超高壓線路保護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用。[1]500kV線路雙光纖差動(dòng)保護(hù)配置已列入反措規(guī)定要求執(zhí)行。光纖差動(dòng)保護(hù)的通道調(diào)試也成為了實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中的重點(diǎn)。[2]

1 光纖差動(dòng)保護(hù)的原理及特點(diǎn)

光纖電流差動(dòng)保護(hù)是將線路兩端的電流量通過實(shí)時(shí)采樣進(jìn)行同步比較以確定故障范圍。其典型的保護(hù)配置有：變化量差動(dòng)；穩(wěn)態(tài)差動(dòng)I段；穩(wěn)態(tài)差動(dòng)II段；零序電流差動(dòng)。

兩側(cè)的電流差動(dòng)保護(hù)必須一側(cè)設(shè)為主機(jī)方式，另一側(cè)設(shè)為從機(jī)方式。兩側(cè)裝置一側(cè)作為同步端，另一側(cè)作為參考端。以同步方式交換兩側(cè)信息，參考端采樣間隔固定，并在每一采樣間隔中固定向?qū)?cè)發(fā)送一幀信息。同步端隨時(shí)調(diào)整采樣間隔至誤差允許范圍內(nèi)，如果滿足同步條件，就向?qū)?cè)傳輸三相電流采樣值；否則啟動(dòng)同步過程，直到滿足同步條件為止。[3]

差動(dòng)保護(hù)采用兩側(cè)差動(dòng)繼電器交換允許信號(hào)的方式，安全性高。對(duì)于較長(zhǎng)的輸電線路，電容電流較大，為提高經(jīng)大過度電阻時(shí)的靈敏度，需進(jìn)行電容電流補(bǔ)償。當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，TA可能會(huì)暫態(tài)飽和，可采用較高的制動(dòng)系數(shù)和自適應(yīng)浮動(dòng)制動(dòng)門檻，保證在較嚴(yán)重的飽和情況下不誤動(dòng)。裝置異常或TA斷線，本側(cè)的啟動(dòng)元件和差動(dòng)繼電器可能動(dòng)作，但對(duì)側(cè)不會(huì)向本側(cè)發(fā)允許信號(hào)，從而保證差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。變化量差動(dòng)繼電器，由于只反映故障分量，不反映負(fù)荷電流，因此靈敏度高，動(dòng)作速度快。零序電流差動(dòng)保護(hù)引入了低制動(dòng)系數(shù)、經(jīng)電容電流補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)態(tài)相差動(dòng)選相元件，靈敏度高，在長(zhǎng)線經(jīng)高阻接地時(shí)也能選相跳閘。[4]

2 光纖差動(dòng)保護(hù)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(fù)用光纖；兩路復(fù)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(diǎn)：（1）通道組織相對(duì)簡(jiǎn)單，與通信專業(yè)界面清晰；（2）占用通信資源較多。在較長(zhǎng)的線路上由于經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性的原因不能采用該方式。

2.2 一路專用光纖芯加一路復(fù)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(huì)考慮采用這種通道方式。這種通道方式有如下特點(diǎn)：（1）保證了繼電保護(hù)設(shè)備使用了兩路不同物理路由的光纖通道，通道可靠性強(qiáng)；（2）從繼電保護(hù)設(shè)備廠家提供光設(shè)備的性能和使用壽命綜合考慮，建議線路長(zhǎng)度在60km以下時(shí)可使用該方式。

2.3 兩路復(fù)用光纖

在兩個(gè)廠站之間距離比較長(zhǎng)，且具備直通和迂回的光纖路由的情況下，應(yīng)考慮采用該方式。這種通道方式有如下特點(diǎn)：（1）通道同時(shí)采用了光纜和同軸電纜的連接。（2）通道接口較多，中間環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)問題，可靠性降低。（3）保護(hù)專業(yè)與通信專業(yè)間重疊的地方較多，容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)和施工的盲區(qū)。

工程應(yīng)用實(shí)例：某站500kV XX線線路長(zhǎng)度為102km，如采用專用通道，按光纜0.3dB/km的衰耗計(jì)算，則線路衰耗0.3dB/km*102km=30.6dB，一般保護(hù)裝置的接受靈敏度為-35dB左右。故采用了兩路復(fù)用光纖通道。如圖1所示。

該變電站SDH網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)，SDH1在主控樓通信機(jī)房，SDH2在繼保室。由于500kV繼保室離通信機(jī)房比較遠(yuǎn)，而尾纖的傳輸距離有限制，故通道一在繼保室經(jīng)ODF架轉(zhuǎn)為光纜連接至通信機(jī)房的ODF架。

3 光纖差動(dòng)保護(hù)的通道傳輸光功率測(cè)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(shí)際應(yīng)用中故障少，問題易解決，通道連接如圖2所示。調(diào)試時(shí)用光功率計(jì)測(cè)試兩端的保護(hù)裝置及保護(hù)通信接口裝置發(fā)光功率和接收功率，并記錄測(cè)試值?？砂凑?qǐng)D示進(jìn)行測(cè)試，，分別用光功率計(jì)測(cè)量保護(hù)裝置發(fā)信端（TX）尾纖的光功率——保護(hù)裝置的發(fā)光功率和保護(hù)裝置收信端（RX）尾纖的光功率——保護(hù)裝置接收到的光功率。測(cè)試時(shí)應(yīng)了解保護(hù)裝置和保護(hù)通信接口裝置的發(fā)光功率是否在廠家的給定圍內(nèi)，同時(shí)測(cè)試尾纖及接頭是否完好。測(cè)試時(shí)應(yīng)保證對(duì)側(cè)光纖通道的完好性，本側(cè)的接收電平與對(duì)側(cè)的發(fā)光功率相比較，兩者差值=0.3dB*線路長(zhǎng)（km）+1-3dB。常用保護(hù)裝置的發(fā)光功率及接收靈敏度見表1，若測(cè)試光功率損耗較大時(shí)，應(yīng)與保護(hù)裝置的生產(chǎn)廠家確認(rèn)保護(hù)裝置的發(fā)光功率。差動(dòng)保護(hù)的通道延時(shí)可在保護(hù)裝置上查看。

目前保護(hù)采用的為單模光纖（黃色），（安穩(wěn)從機(jī)與主機(jī)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(jì)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(diǎn)衰耗為0.2dB.假定一專用通道的保護(hù)，線路長(zhǎng)度為30km，對(duì)側(cè)保護(hù)的發(fā)光功率為-12dB，則本側(cè)保護(hù)實(shí)際接收電平該為：

（一般通道測(cè)試時(shí)，可以由上述公式計(jì)算下保護(hù)的接收電平，然后再與實(shí)測(cè)接收電平計(jì)較，一般都很接近的，相差不大）。

3.2 復(fù)用通道方式

復(fù)用傳輸通道由于中間環(huán)節(jié)多，時(shí)延長(zhǎng)，出現(xiàn)問題的概率比專用纖芯大，通道連接如圖3所示。在進(jìn)行光纖保護(hù)通道聯(lián)調(diào)前必須先進(jìn)行通道調(diào)試，確定通道的信號(hào)傳輸性能，減少聯(lián)調(diào)中可能出現(xiàn)的問題。測(cè)試時(shí)注意事項(xiàng)：（1）在測(cè)試點(diǎn)1、測(cè)試點(diǎn)2進(jìn)行測(cè)試時(shí)對(duì)側(cè)應(yīng)保證通道的完好性。（2）應(yīng)注意保護(hù)裝置的時(shí)鐘設(shè)置是否正確。

復(fù)用通道光纖保護(hù)裝置或光電轉(zhuǎn)換裝置的接受電平=復(fù)接接口裝置發(fā)光功率+連接器衰耗（FC接口），連接器衰耗較小，經(jīng)驗(yàn)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(zhuǎn)換裝置測(cè)試、光纖傳輸通道測(cè)試

縱聯(lián)保護(hù)及遠(yuǎn)跳信號(hào)使用的光纖通道主要分為專用光纖芯和復(fù)用SDH兩種，通道連接分別如圖4、圖5所示。

測(cè)試時(shí)應(yīng)測(cè)試光纖通道的傳輸延時(shí)。測(cè)試方法：（1）對(duì)側(cè)開關(guān)三相分位，若收信、發(fā)信有接錄波器，模擬主保護(hù)動(dòng)作，直接從錄波器查看收信、發(fā)信時(shí)間差T，通道延時(shí)=T/2；（2）對(duì)側(cè)開關(guān)三相分位，利用發(fā)信、收信接點(diǎn)作停時(shí)/計(jì)時(shí)接點(diǎn)，時(shí)間差T，通道延時(shí)=T/2；（3）對(duì)側(cè)開關(guān)三相分位，本側(cè)保護(hù)裝置收發(fā)信報(bào)文的時(shí)間差T，從而計(jì)算通道延時(shí)=T/2。光纖電流差動(dòng)保護(hù)通道時(shí)延可在保護(hù)裝置面板上進(jìn)行查看。[4]

光電轉(zhuǎn)換裝置通道傳輸時(shí)整個(gè)光纖通道的傳輸延時(shí)一般情況下應(yīng)不大于12ms，并注意與通信專業(yè)測(cè)試的通道延時(shí)比對(duì)。若通道延時(shí)超過12ms，應(yīng)向相應(yīng)保護(hù)廠家核實(shí)保護(hù)通道延時(shí)是否滿足功率倒向延時(shí)要求。[6]

5 結(jié)語(yǔ)

光纖差動(dòng)保護(hù)作為500kV超高壓線路的主保護(hù)，在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中具有重要地位。光纖差動(dòng)保護(hù)涉及繼電保護(hù)和通信兩個(gè)專業(yè)，這對(duì)繼電保護(hù)專業(yè)技術(shù)人員的專業(yè)技能提出了更高的要求，隨著數(shù)字化變電站等電力技術(shù)的發(fā)展，在實(shí)際調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)中需要越來越多的對(duì)繼電保護(hù)和通信都精通的專業(yè)技術(shù)人員，熟練掌握光纖差動(dòng)保護(hù)的調(diào)試方法，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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

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