黃朝勇+蔡靜+張秀會(huì)

摘 要：光纖縱差保護(hù)其實(shí)質(zhì)就是一種差動(dòng)保護(hù)，是當(dāng)前所采用的一種非常重要的線路主保護(hù)并且能夠保護(hù)線路的全長(zhǎng)。與一般差動(dòng)保護(hù)相比，光線差動(dòng)保護(hù)不需要較長(zhǎng)的差流回路電纜。本文介紹了光纖縱差保護(hù)的光纖通道系統(tǒng)及其保護(hù)原理，闡述了線路發(fā)生內(nèi)部故障和外部故障時(shí)的工作機(jī)理，詳細(xì)分析了光纖縱差保護(hù)在華油電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，影響線路光纖電流縱差保護(hù)正確動(dòng)作的主要因素及解決方法，將為電網(wǎng)的技術(shù)人員在運(yùn)行維護(hù)中提供一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：光纖 縱差保護(hù) TA誤動(dòng)

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（b）-0104-02

光纖縱差保護(hù)作為線路保護(hù)的一種快速保護(hù)，工作原理簡(jiǎn)單，不受電網(wǎng)運(yùn)行方式的影響，由于兩側(cè)的保護(hù)裝置之間沒有電的聯(lián)系，大大提高了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。近年來，在華油冀中電網(wǎng)重要的線路上也開始使用，相關(guān)技術(shù)人員需要加緊學(xué)習(xí)這項(xiàng)技術(shù)，掌握其特點(diǎn)及要領(lǐng)，使用起來才會(huì)得心應(yīng)手，才能發(fā)揮光纖縱差保護(hù)應(yīng)有的作用，更好地為油田電網(wǎng)服務(wù)。

1 光纖縱差保護(hù)原理

1.1 光纖通信系統(tǒng)

光纖縱差保護(hù)是用光導(dǎo)纖維作為通信通道的一種高壓輸電線路縱聯(lián)保護(hù)，由于光纖具有不怕超高壓與雷電電磁干擾、對(duì)電場(chǎng)絕緣、頻帶寬和衰耗低等優(yōu)點(diǎn)，所以被用作線路光纖縱差保護(hù)的通道介質(zhì)。通常，光纖通信系統(tǒng)分為以下幾個(gè)部分。

1.1.1 光發(fā)信機(jī)

光發(fā)信機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。其功能是將來自于電端機(jī)的電信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號(hào)耦合到光纖或光纜去傳輸。

1.1.2 光收信機(jī)

光收信機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號(hào)，經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后再將這微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端機(jī)去。

1.1.3 光纖或光纜

光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路，其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號(hào)，經(jīng)過光纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測(cè)器上去，完成傳送信息任務(wù)。

1.1.4 中繼器

中繼器由光檢測(cè)器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減；另一個(gè)是對(duì)波形失真的脈沖進(jìn)行整形。

1.1.5 光纖連接器、耦合器等無源器件

由于光纖或光纜的長(zhǎng)度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長(zhǎng)度也是有限度的。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。所以出現(xiàn)了光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合等無源器件。

1.2 光纖縱差保護(hù)原理簡(jiǎn)介

光纖縱差保護(hù)是建立在基爾霍夫電流定律的基礎(chǔ)上，其原理圖如圖1所示。它需要在保護(hù)區(qū)域M、N兩側(cè)各安裝一套完全相同的保護(hù)裝置，每套裝置分別檢測(cè)自己本側(cè)的電流，然后經(jīng)由光纖通道將本側(cè)的電流傳送到對(duì)側(cè)，通過計(jì)算、比較等一系列的邏輯過程，從而判斷是否動(dòng)作。

動(dòng)作電流大小為，制動(dòng)電流大小為，電流方向從母線流向被保護(hù)輸電線路的方向。其中ICD是動(dòng)作電流，IR是制動(dòng)電流。當(dāng)短路發(fā)生在線路內(nèi)部時(shí)，動(dòng)作電流ICD等于兩倍的短路電流，由于ICD遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于IR，所以縱差保護(hù)動(dòng)作，由此可推斷出動(dòng)作電流是由線路內(nèi)部流出的電流；當(dāng)短路發(fā)生在線路外部時(shí)，動(dòng)作電流的大小為零，而制動(dòng)電流的大小為兩倍的短路電流，由于ICD遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于IR，縱差保護(hù)不動(dòng)作。從而得出穿越性電流不產(chǎn)生動(dòng)作電流，只產(chǎn)生制動(dòng)電流。

2 光纖縱差保護(hù)在應(yīng)用中注意的問題

2.1 TA飽和問題

在光纖縱差保護(hù)中，由于電流互感器本身的原因，如兩側(cè)TA暫態(tài)特性和飽和程度的差異以及二次回路時(shí)間常數(shù)的差異，可能導(dǎo)致電流互感器副邊的測(cè)量值產(chǎn)生誤差，造成兩側(cè)電流的向量之和不為零，當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，有可能在保護(hù)裝置內(nèi)部產(chǎn)生差流，造成保護(hù)誤動(dòng)。

2.2 施工工藝問題

光纖縱差保護(hù)作為線路的主保護(hù)，對(duì)通道的依賴性很強(qiáng)，光纖通道的安全可靠性直接決定著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于光纖的施工工藝復(fù)雜、施工質(zhì)量要求高，而且光纜的傳輸需要經(jīng)過幾個(gè)環(huán)節(jié)，如轉(zhuǎn)接端子箱、光纜機(jī)、電纜層和高壓線路等，這樣就更增加了施工的復(fù)雜性，所以在光纖的施工環(huán)節(jié)一定要嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)程規(guī)范嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，不留死角，為后續(xù)工作的開展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。否則如果在光纖施工中存在問題，則測(cè)試中誤差也會(huì)增大，如果保護(hù)裝置投運(yùn)的話，也會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

2.3 同步問題

在光纖縱差保護(hù)中，兩側(cè)的電流是由保護(hù)區(qū)域內(nèi)兩套保護(hù)裝置采樣的，如果兩側(cè)保護(hù)裝置采樣不同步，將使不平衡電流增大，加大區(qū)外故障時(shí)不平衡電流的影響，嚴(yán)重時(shí)可能造成保護(hù)裝置誤動(dòng)，所以要求兩側(cè)保護(hù)裝置的采樣必須同步。目前，各保護(hù)生產(chǎn)廠家廣泛應(yīng)用GPS同步法，它具有精度高、不受電網(wǎng)頻率影響、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3 影響光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作的因素

3.1 負(fù)載電流

當(dāng)線路上有故障時(shí)，線路上通過的是負(fù)荷電流和故障電流之和，但如果故障范圍內(nèi)經(jīng)過高電阻接地短路，故障電流與正常電流大小相當(dāng)，對(duì)線路兩端總電流的影響較大，也會(huì)影響縱差保護(hù)的靈敏度，使之可能不滿足要求。

解決辦法是采用工頻變化量比率差動(dòng)繼電器和零序差動(dòng)繼電器。

3.2 TA斷線

為了在單側(cè)電源線路內(nèi)部短路時(shí)，縱差保護(hù)能夠動(dòng)作，要求保護(hù)裝置在動(dòng)作電流等于制動(dòng)電流時(shí)應(yīng)能可靠動(dòng)作。這樣在一側(cè)TA斷線時(shí)，差動(dòng)保護(hù)可能會(huì)誤動(dòng)。

解決辦法是：要求只有兩側(cè)啟動(dòng)元件均啟動(dòng)，兩側(cè)差動(dòng)繼電器都動(dòng)作時(shí)才發(fā)出跳閘命令，且每一側(cè)差動(dòng)繼電器動(dòng)作后都要向?qū)?cè)發(fā)一個(gè)允許信號(hào)。

3.3 電容電流

線路上的電容電流是從線路內(nèi)部流出的電流，它構(gòu)成動(dòng)作電流，由于負(fù)荷電流是穿越性的電流，它只產(chǎn)生制動(dòng)電流，所以在線路投運(yùn)空載合閘或輕負(fù)荷下，由于高頻分量和工頻分量的電容電流同時(shí)增大，動(dòng)作電流有可能達(dá)到啟動(dòng)門檻值，造成保護(hù)誤動(dòng)。

解決辦法有：（1）進(jìn)行電容電流補(bǔ)償；（2）提高啟動(dòng)電流門檻定值，但這將降低內(nèi)部短路的靈敏度；（3）在軟硬件設(shè)計(jì)中濾掉高頻分量電流。

4 結(jié)語

線路的光纖電流縱差保護(hù)能夠準(zhǔn)確地區(qū)分內(nèi)部與外部故障，可以實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)，而且不需要與相鄰線路在保護(hù)上進(jìn)行配合，選擇性和可靠性能夠同時(shí)滿足要求，但也受到采樣不同步、光纖通道、負(fù)荷電流、電容電流、TA特性等因素的影響。如何更好地解決這些問題是今后華油電網(wǎng)技術(shù)人員在維護(hù)使用中值得關(guān)注的。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，1995.

[2] 陳建玉，孟憲民，張振旗，等.電流互感器飽和對(duì)繼電器保護(hù)影響的分析及對(duì)策[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，24（6）：54-56.

[3] RCS-943系列（V）超高壓線路成套保護(hù)裝置技術(shù)和使用說明書[Z].南京南瑞繼保電氣有限公司.endprint