微机光纤纵差保护的应用

微机光纤纵差保护的应用

崔增云

国网宿州供电公司 安徽省 235300

摘要：随着我国国民经济的迅猛发展,电力负荷量逐年提高,电网结构的复杂程度日益增加,所以对电力系统保护的快速性和可靠性提出了更高的要求。传统的继电保护设备已不能满足要求,计算机技术在电力系统中得到广泛应用。现在我国无论是输电线路保护,还是电力主设备保护,都有一系列成套的微机保护装置,保护装置通过微机监控系统的通信网络,将保护的状态、动作信号等传送给集控站或调度室,值班员可以在远方投切保护装置,查看保护状态,修改保护定值等。

关键词：微机光纤；纵差保护

常规的带辅助导线的纵联差动保护，就选择性和速断性而言，都明显优于常规的电流保护和阻抗保护，由于其能实现全长瞬时切除故障而又能保证选择性，因此，长期以来，短距离输电线路一直采用以导引线为通道的纵差保护，并且被认为是一种较为完善的理想方式。但是，由于导引线易受外界干扰，对保护的安全可靠运行无疑会产生严重影响。随着电力工业的发展，出现了越来越多的高压短线群，各种电磁干扰也越来越大，以导引线为通道的纵差保护已难以满足技术和运行的要求。

通常短距离输电线路一直采用的以引导线为通道的纵差保护，无论是相位比较式，还是桥形接线式，都是采用综合变流器将三相电流变换为一个电流量，利用辅助导线进行线路两侧电流相位和幅值的比较，在原理上都没有新的突破，且不够完善，误动或拒动现象时有发生。因此，研制新型的短线路纵差保护已日趋必要。

采用直流单高压开关引导线或屏蔽电缆作为信号传输通道的微机短线路纵差保护，较之常规的导引线为信号传输通道的纵差保护，可靠性虽然有所提高，但与采用光纤的微机短线路纵差保护相比还不够理想。目前，新型的利用光纤传输的微机短线路保护得到了重视和研究。以光纤作为继电保护通道主要有以下优点：光纤传输不受电磁干扰的影响，通信误码率低，工作稳定，具有很好的安全性和可靠性；光纤通道频带宽、容量大，可以缓解电力系统的通道拥挤问题。采用分相差动原理的微机纵联差动保护，由于采用相电流差突变量起动元件，差动元件采用付氏算法和相量比较，选择正序故障分量作为方向元件，因而较之传统的相位比较式和桥形接线式，保护原理更为完善、可靠，保护接线更为简单。

1光纤传输及光纤通讯系统

1.1光纤传输

远方保护信号传输系统要求被保护线路两端的继电器之间有可靠的通讯通道,目前,电网中所采用的通讯通道大致有电力线载波(PLC)、金属导引线、微波通道及光纤通道几种方式。在短线光纤保护系统中,过去一贯采用导引线纵差保护,由于导引线易受高压感应电压及故障时地电位升高的影响,导引线的抗干扰措施一直是一个老大难问题。而光纤通道是以光脉冲方式实现信号的传递,并且对电绝缘具有不怕电磁干扰、不怕地电位升高、频带宽、衰耗低等特点,使得光纤通道在继电保护领域,尤其是短线保护中得以迅速推广应用。

1. 2基本光纤通讯系统

基本光纤通讯系统由几个部分组成,即发送调制、光源、光纤连接器、光纤通道、光纤接收器、接收解调。对于长线路,光纤通道中间应增设一个或多个光中继设备,由于继电保护专用光纤通道一般用于短线路,因此在实际工程中,无需增设中继设备。

发送调制就是将所需传送的保护信号(模拟电流信号或跳闸命令信号)变换成能够采用光纤通道传输的脉冲信号方式,常用的调制方式有脉码调制(PCM)、脉宽调制(PWM)、移频键控(FSK)等。光源为LED,光纤接收器为PINFET,接收解调即将有关脉冲方式的信号还原成相应的保护信号形式。对于一条光纤通道,整个通路的衰耗及接收裕度计算如下。假定一条光纤系统,LED输出功率为40μW,为了提高安全可靠性,一般设计工作在半功率状态:20μW,即-17dB/m。PIN-FET的灵敏度-45dB/m,光纤长度为5km,一般光纤拉丝成缆的长度为2km,因此5km光纤就要有2个熔接点,并且两侧的连接器还有两个熔接点。由计算可知,该光纤通道的衰耗为19dB,接收裕度为9dB。

2提高保护可靠性

微机型光纤保护装置、微机型高闭保护装置,工艺质量可靠,抗干扰性强,运用软件实现其保护功能;并且光纤数据传输稳定可靠,集成度高、备品备件、故障处理较为容易,对确保安全供电起着重大作用。装置本身具有自检功能,能够随时监视装置的运行工况,记录故障过程、提供分析依据,方便定值的更改和调试。可是在生产运行中,提高保护灵敏度和可靠性,始终是我们继电保护专业人员的追求。

差动保护灵敏度与制动系数k有关,显然k越小,灵敏度越高。但故障时k值必将导致区外故障防卫能力下降,因此不能通过降低制动系数提高保护灵敏度。因此采用故障分量的电流差动保护,是提高电流差动保护灵敏度的措施和方法。全电流差动保护由于将负荷电流引入制动量从而降低了区内故障的灵敏度,使故障分量电流参与差动保护计算,则可消除负荷电流的影响,使差动保护灵敏度和可靠性得以提高。

3提高差动保护安全性的措施

对于差动保护，应将防止误动放在首位，因为从数据采样、计算和通信到故障判断的任一环节出错，都可能导致差动保护的误动作。本保护装置采取了一系列措施防止误动。

3.1电流求和自检采样

中断程序中有求和自检，对每个采样点都检查判断三相电流之和同3I0的采样值是否相等。如果不等，则闭锁起动元件，出错持续20ms，则认为是CT断线，发出“CT”断线的报告并告警，差动保护退出运行。

3.2两侧数据通信时的校验

两侧保护的数据在进行发送和接收过程中，为防止因干扰而引起数据出错，采取两种校验措施，一种是每发送或接收一个字节（8bit）进行一次奇偶校验；另一种是每发送或接收一帧数据进行一次CRC（循环冗余码校验）校验。只有当这两种校验均通过时，才认为这一帧数据是有效的，否则作无效处理。

3.3两侧保护的相互闭锁

当本侧保护起动后，若两侧电流相量满足跳闸判据，还必须在收到“对侧保护也起动”的信息后，才能跳闸。这种两侧保护相互闭锁可防止CT断线引起的保护误动，因为在CT断线时，本侧保护可能误起动而对侧保护不会起动。本装置还设有控制字符KG·2，用于投入或退出这种相互闭锁功能；当KG·2＝0时退出相互闭锁功能，以适应单侧电源系统的情况；当KG·2＝1时，投入相互闭锁功能，以适应双端电源系统。

3.4灵敏判据与保守判据的相互配合

差动元件的动作判据中不同的制动系数K对应不同的判据。本装置中设置两种判据：K＝0．55的灵敏判据和K＝1的保守判据。灵敏判据在区外故障时，幅值误差裕度可达70％，相位误差裕度大于60°，具有很强的防卫能力；区内故障时，在两侧电势夹角δ小于30°时，反应过渡电阻的能力为98Ω。保守判据在区外故障时，幅值误差裕度为100％，相位误差裕度为90°，因而具有极高的防卫度，对于大部分区内金属性短路或经小电阻接地的故障，保守判据均能可靠动作。故障初始至数据窗结束之前，投入保守判据，大部分区内故障可以被切除。数据窗结束后，在CT未深度饱和之前，短时投入灵敏判据，以切除各种不利情况下的故障，从而提高整机动作的灵敏度。以后再投入保守判据，直至整组复归。

4结语

微机光纤纵差保护的应用和完善,提高了微机保护的灵敏度和可靠性,对电网供电系统的安全运行,积累继电保护专业经验,提高技术水平和增强技术能力极为重要。确保微机保护装置本身的可靠性和适应性,始终是最重要的;微机保护装置被广泛使用的主要原因,除了电力系统安全运行要求外,还与计算机技术的发展密切相关。正是因为采用了微机和数字处理技术,使传统的继电保护装置从观念上、结构上和性能上均发生了根本变化,实现了继电保护和故障分析的双重功能,从而成为整个电力系统信息系统的重要组成部分。

参考文献:

[1]周丽丽，于明辉，时文婷，等.光纤纵差保护在河南油田电网中的应用[J].电气应用，2010.

[2]王鹃，丁网林，杨启，等.光纤纵差保护在南京地铁工程中的应用[J].江苏电机工程，2005.