縱聯(lián)保護(hù)對(duì)光纖通道適應(yīng)性的研究

周興龍

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司 固原供電公司，寧夏 固原 756000）

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種工廠不斷將大量生活用品和工業(yè)用品推出市場(chǎng)，電網(wǎng)建設(shè)也在如火如荼地進(jìn)行著。然而由于電網(wǎng)供電覆蓋范圍較廣，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)性的故障不能及時(shí)處理，則必然會(huì)危及到整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。線路縱聯(lián)保護(hù)具備良好的可靠性、穩(wěn)定性以及靈敏性，如今已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。雖然使用通道具有多種形式，但是光纖通道的優(yōu)點(diǎn)比較明顯，具有質(zhì)量高和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，尤其是在長(zhǎng)距離的特高壓傳輸中得到了廣泛應(yīng)用。另外，隨著我國(guó)工業(yè)制造技術(shù)的不斷提升，如今電網(wǎng)保護(hù)所使用的通道大多數(shù)都是以光纖為主，雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如可靠性得到成倍提升等，但缺點(diǎn)也比較明顯，接頭在經(jīng)過多次插拔后容易損壞，而且經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用，設(shè)備嚴(yán)重老化導(dǎo)致誤碼率增加。

1 光纖通道連接方式

在大多數(shù)情況下，高壓電力系統(tǒng)從穩(wěn)定性進(jìn)行考慮多會(huì)配備雙套配置，且對(duì)于單套保護(hù)裝置而言還需要配備兩套獨(dú)立的信息傳輸通道。雙通道專用和2M復(fù)用光纖通道鏈接方式如圖1所示。

圖1 雙通道專用和2M復(fù)用光纖通道鏈接方式

這種連接方式不僅可以滿足縱聯(lián)保護(hù)對(duì)于速動(dòng)及可靠性的要求，而且也能夠有效兼顧對(duì)通道利用率和經(jīng)濟(jì)性的要求。大多數(shù)情況下，很多工程中都會(huì)采用專用或者是2M復(fù)用通道相結(jié)合的方式。該方式從原理上可以劃分為方向比較式縱聯(lián)保護(hù)和縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)兩種，前者將測(cè)量計(jì)算所得到的相關(guān)參數(shù)，如功率的大小及阻抗的高低等信息傳送到本側(cè)保護(hù)裝置，以此判斷故障到底是在區(qū)域內(nèi)還是區(qū)域外。但需要注意邏輯信號(hào)并不是實(shí)時(shí)傳輸電流，因此對(duì)于其通道的要求相對(duì)較低。后者則是需要判斷通過線路兩端口電流量的變化是否處于合理區(qū)間，假如超過了一定的數(shù)值，那么就可以判斷出現(xiàn)了故障[1]?？墒窃趯?shí)際工作效率來看，應(yīng)用的過程中也存在很多不足，具體表現(xiàn)為延時(shí)和誤碼率很有可能會(huì)對(duì)縱聯(lián)保護(hù)的性能產(chǎn)生明顯影響。

2 通道延時(shí)帶來的影響

2.1 對(duì)稱延時(shí)對(duì)縱聯(lián)保護(hù)影響

對(duì)稱延時(shí)對(duì)縱聯(lián)保護(hù)的影響中，最明顯的特點(diǎn)在于速動(dòng)性出現(xiàn)大幅度降低?？v聯(lián)距離方向保護(hù)動(dòng)作邏輯如圖2所示。

圖2 縱聯(lián)距離方向保護(hù)動(dòng)作邏輯

對(duì)于線路縱聯(lián)距離方向保護(hù)，從圖2中可以發(fā)現(xiàn)必須要滿足兩個(gè)條件。首先就是本側(cè)保護(hù)裝置啟動(dòng)且判斷是區(qū)內(nèi)故障，但在這里有一個(gè)前提就是必須要實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收，大部分的設(shè)備只要沒有出現(xiàn)任何故障基本上都能夠滿足。另外還需要考慮到縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)所滿足的條件在于兩側(cè)電流之和有差值。此外還需要考慮到如果延時(shí)太長(zhǎng)，那么也會(huì)在很大程度上影響設(shè)備同步調(diào)整和保護(hù)的速度，需及時(shí)調(diào)整時(shí)間。

2.2 收發(fā)不一致延時(shí)對(duì)縱聯(lián)保護(hù)的影響

近些年，隨著OPGW的大規(guī)模使用和SDH擴(kuò)容等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和革新，使得迂回通道能夠起到備用的作用。光纖通道迂回通道示意如圖3所示。

圖3 光纖通道迂回通道示意圖

就可靠性而言，在大多數(shù)情況下，由于通道切換以及通道路徑長(zhǎng)度的不同將會(huì)使得通道延時(shí)增加，必然會(huì)導(dǎo)致在信息接收的過程中出現(xiàn)保護(hù)裝置收信和發(fā)信所存在的延時(shí)時(shí)間點(diǎn)不一致現(xiàn)象，因此也就在很大程度上影響到了保護(hù)的速度和可靠性。此外還需要注意在長(zhǎng)距離傳輸?shù)倪^程當(dāng)中也會(huì)出現(xiàn)不同程度的延時(shí)情況，而出現(xiàn)這種情況主要還是由產(chǎn)品本身的狀態(tài)所決定。

2.3 收發(fā)不一致致使延時(shí)引起的同步偏差

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的線路兩端電流是同一采樣值，考慮到傳輸通道客觀存在，因此就需要對(duì)其進(jìn)行同步調(diào)整。通道延時(shí)測(cè)量示意如圖4所示，假如通道雙向延時(shí)相等，在t1從N側(cè)保護(hù)主機(jī)發(fā)送測(cè)試報(bào)文到M側(cè)保護(hù)主機(jī)，那么就可以將接收的時(shí)間設(shè)置為t2，而t3則是從M側(cè)向N側(cè)發(fā)送報(bào)文的時(shí)長(zhǎng)，至于N側(cè)可將接收的時(shí)間設(shè)置為t4。

圖4 通道延時(shí)測(cè)量示意圖

按照上述方法經(jīng)過多次循環(huán)后得出方程式，設(shè)定X為循環(huán)次數(shù)，可以得到延時(shí)Td(X)為：

當(dāng)Td=Td(X+1)≈Td(X)時(shí)，試驗(yàn)測(cè)得的通道傳輸延時(shí)已接近實(shí)際狀態(tài)。

3 應(yīng)用中存在的相關(guān)問題和解決措施

測(cè)算電流差動(dòng)的原理相對(duì)比較簡(jiǎn)單，可以通過計(jì)算線路兩側(cè)電流的差值判斷故障。在故障產(chǎn)生后，首先要想到是區(qū)域內(nèi)部還是外部的問題，如果是區(qū)域內(nèi)部問題，在具體特點(diǎn)方面來看，電流會(huì)流向兩側(cè)的故障點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用過程中基本都是三相電流采樣值，直接傳送到對(duì)側(cè)進(jìn)行比對(duì)。對(duì)比動(dòng)作特性方面基本都是應(yīng)用比例制動(dòng)原理，但由于廠家不同設(shè)備的具體特性不完全一致，有時(shí)可分為兩段式，有時(shí)也可分為其他段式。基于設(shè)備實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)角度而言，還存在以下不同方面的問題[4]。

3.1 保護(hù)之間的連接問題

考慮到實(shí)際應(yīng)用期間輸電線差動(dòng)保護(hù)和通信設(shè)備之間的連接有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)顯現(xiàn)出明顯的特點(diǎn)。相比常規(guī)的保護(hù)動(dòng)作也有很大的區(qū)別，常規(guī)期間允許信號(hào)或直跳信號(hào)的傳輸，屬于單一的數(shù)字量縱連電流。

差動(dòng)保護(hù)涉及多組數(shù)字量，指向同一側(cè)的三相電流采樣值經(jīng)過設(shè)備內(nèi)部轉(zhuǎn)換后傳送至對(duì)側(cè)，由此可以明確具體的差值數(shù)據(jù)。技術(shù)人員可憑借這一特性，應(yīng)用以下方式實(shí)現(xiàn)合理連接。一是直接連接。很多保護(hù)裝備具備光接口，可以直接實(shí)現(xiàn)光纖相連，一般需要選擇850 nm型號(hào)材料，特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)實(shí)用性較強(qiáng)。但材料自身具有消耗大的缺點(diǎn)，當(dāng)傳輸距離超過10 km時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸將有一定的延時(shí)性，這會(huì)限制大規(guī)模的使用。除此之外，還要注意保護(hù)裝置方面有相應(yīng)的接口才可以實(shí)現(xiàn)直接相連。缺點(diǎn)在于光接口的抗干擾性能較差，在較長(zhǎng)距離傳輸過程中，數(shù)據(jù)處理存在一些問題，因而在多數(shù)情況下不會(huì)使用這種方法。二是復(fù)用方式。該方法的特點(diǎn)在于光信號(hào)的抗干擾能力相對(duì)較強(qiáng)，適用于變電站內(nèi)部的連接，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)切換，由于操作起來較簡(jiǎn)單并且穩(wěn)定性較高，因而被廣泛使用[5-8]

3.2 同步問題

應(yīng)用復(fù)用接口的過程中，需要在保障穩(wěn)定性和高效率的基礎(chǔ)上同時(shí)考慮到部分設(shè)備需要應(yīng)用反向接口，為避免出現(xiàn)誤差問題，有必要應(yīng)用主從同步的模式將信號(hào)同時(shí)傳送至不同節(jié)點(diǎn)，憑借CRC直接找出具體的故障[9]。此外，對(duì)接口一般沒有硬性要求，同時(shí)兩端保護(hù)裝置在對(duì)差流數(shù)值進(jìn)行計(jì)算過程中需要保持同步，避免發(fā)生錯(cuò)誤問題。

對(duì)于縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)裝置而言，其內(nèi)部存在不同的連接方式可供選擇，如光纖直連等。此外，在實(shí)際應(yīng)用期間還會(huì)出現(xiàn)其他問題，如在檢修過程中更換插件時(shí)，為快速完成檢修任務(wù)并沒有核對(duì)跳線，結(jié)果出現(xiàn)CRC校驗(yàn)誤碼，這也是因數(shù)據(jù)不同步所造成的問題，需要引起檢修人員的重視[10]。

3.3 差動(dòng)TA斷線判別

對(duì)于電流縱差保護(hù)而言，TA斷線的判別是非常重要的方面。處理不當(dāng)就會(huì)有可能導(dǎo)致出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)，而在目前所運(yùn)行的所有縱差保護(hù)中，有以下兩種方式能夠有效解決TA斷線的判別問題。第一種是直接引入TA，如果同組的TA類型不一致，那么就可以判別為斷線需要進(jìn)行閉鎖保護(hù)，反之則可以判定為系統(tǒng)故障，需要進(jìn)行開放保護(hù)。第二種則是利用通道交換線路兩側(cè)的連續(xù)電流量值，而在具體的判別方法上，可利用所檢測(cè)電壓變化率或者是連續(xù)電壓閉鎖保護(hù)裝置等。結(jié)合目前的實(shí)際情況來看，利用通道比較兩端的連續(xù)電流方式效果較好，原因就在于充分利用了光纖通道的優(yōu)勢(shì)。而對(duì)于采用電壓變化量閉鎖，考慮到造成電壓產(chǎn)生波動(dòng)的因素比較多，而且高阻接地時(shí)電壓的實(shí)際變化量并不是很大，因此在國(guó)產(chǎn)保護(hù)裝置當(dāng)中，還沒有用電壓變化量來開放保護(hù)的方式。

4 結(jié) 論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)不斷增加。光纖作為繼電保護(hù)的介質(zhì)，光纖通道的充分利用滿足了電壓長(zhǎng)距離線路保護(hù)的要求，但是也面臨著通道延時(shí)和通道誤碼等問題。為了避免造成縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作延時(shí)過大，需要不斷加大對(duì)這方面的研究力度。