光纤保护在通辽电厂220KV线路中的应用

摘 要：随着光纤通信技术的发展，光纤在继电保护中得到越来越广泛的应用。本文结合我厂光纤保护的使用情况,详细介绍了光纤保护的特点、优势、原理。并论述了实际运行当中，继电保护装置与光纤通道连接时，存在的一些问题。

关键词：光纤;通道;差动;纵联保护

近几年随着光纤技术的发展和继电保护的更新换代,我厂的电宝线2256、电通I线2253、电通II线2254，电右线2251相继进行了保护改造，改造后的保护装置都有一个屏采用的是光纤保护。经过改造后的四条线路在几年的运行中非常稳定，无一次误动和拒动，而且便于检修和维护，这就越来越突出了光纤保护在继电保护发展中所具有的优越性和更广阔的发展空间。

当前随着电力工业的发展,区域型大电网已初见规模，电网结构越来越强，不同地区之间的联系越来越紧密。在这种形势下，要求系统发生故障时，必须快速切除，决不能发生继电保护拒动的事故。这样全线速动的纵联保护对高压电网的稳定运行起到尤为重要的作用，它也是保证电网稳定的一道防线。纵联保护根据使用信号的方式，主要分为下面几类：（1）闭锁式保护（2）允许式保护（3）远方跳闸保护（4）电流差动保护。随着通信技术的发展，在纵联保护通道的使用上，已经由原来的单一的载波通道变为现在的载波、微波、光纤等多种通道方式。由于光纤通道所具有的先天优势，使它与继电保护的结合，在电网中会得到越来越广泛的应用。

1 光纤通道作为纵联保护通道的优越性

光纤通道首先在通信技术中得到广泛的应用，它是基于用光导纤维作为传输介质的一种通信手段。光纤通道相对于其他传统通道具有如下特点：

（1） 传输质量高，误码率低，一般在10-10以下。这种特点使得光纤通道很容易满足继电保护对通道所要求的“透明度”。即发端保护装置发送的信息，经通道传输后到达收端，使收端保护装置所看到的信息与发端原始发送信息完全一致，没有增加或减少任何细节。

（2） 光的频率高，所以频带宽，传输的信息量大。这样可以使线路两端保护装置尽可能多的交换信息，从而可以大大加强继电保护动作的正确性和可靠性。

（3） 抗干扰能力强。由于光信号的特点，可以有效的防止雷电、系统故障时产生的电磁方面的干扰，因此，光纤通道最适合应用于继电保护通道。

以上光纤通道的三个特点，是继电保护所采用的常规通道形式所无法比拟的。在通道选择上应为首选。但是由于光缆的特点，抗外力破坏能力较差，当采用直埋或空中架设时，易于受到外力破坏，造成机械损伤。若采用OPGW，则可以有效的防止类似事件的发生。

2 光纤电流差动保护的基本原理

光纤电流差动保护主保护由故障分量差动、稳态量电流差动及零序差动保护构成。差动保护采用每周波96点高速采样、由于采样速率高，可以进行短窗矢量算法实现快速动作，使典型动作时间小于15ms。

（1） 三种差动保护的配合使用 。故障分量电流差动保护不受负荷电流的影响、灵敏度高，但存在时间短，在首次故障使用时，稳态量电流差动受负荷电流及过渡电阻的影响，灵敏度下降，可在全相及非全相全过程使用。零序电流差动仅反应接地故障，接地故障时故障分量差流和零序差流是相等。零序差动不比故障分量电流差动保护灵敏度高。可在无法使用故障分量电流差动保护的少数场合(如故障频繁发生，而且间隔很短的时候)弥补全电流差动保护灵敏度不足的缺陷，零序电流差动保护需要100ms左右延时，以躲过三相合闸不同时等因素的影响，三相门口短路测量误差和暂态分量引起的计算误差。后备保护由三段式相间距离和接地距离以及六段零序方向保护(四段零序电流及二段不灵敏零序电流保护)构成的全套后备保护，并配有自动重合闸。

（2）保护中差动继电器的特点 。故障附加网络中只有一个电源，因此在区内故障时两侧的电流变化量基本同向，其矢量和接近于两者的代数和； 不受负荷电流的影响，因此负荷电流不会产生制动电流； 受过渡电阻的影响也较小；因为电源在串联回路中，线路两侧的电流变化量的变化和过渡电阻的大小呈线性关系； 在单侧电源线路上发生短路，只要短路前有负荷电流，短路后无电源侧的工频变化量电流也会形成动作电流。 由于上述原因该继电器很灵敏，提高了重负荷线路上发生经高电阻短路时的灵敏度。

（3） 零序差动继电器的特点。由于不反应负荷电流，所以负荷电流不产生制动电流。受过渡电阻的影响较小。因此，在重负荷线路上发生经高电阻短路时灵敏度较高。

3 光纤纵联电流差动保护应用中应注意的几个问题

电流差动原理的保护是较为简单的，也是最为有效的保护方式。通过计算线路两侧电流的差值的有无，从而判别区内或区外故障。区外故障时：故障电流为穿越性电流，两侧电流的差值为零;区内故障时：故障电流由线路两侧向故障点流，两侧电流差值为两侧故障电流的和。在实际应用中，220KV以上系统保护多要求采用分相电流差动保护方式，，它是把本侧的三相电流采样值传送到对侧，进行同步比较，从而计算出电流差值，，经一定逻辑后，做出跳闸与否的选择。在动作特性上，均采用比例制动原理，只是各家的制动特性不一样，有两段式，也有三段式。

3.1保护之间的连接问题。

纵联电流差动保护与通信设备的连接有自身的特点，与常规保护不一样。常规保护传输的允许信号、直跳信号可以说是传输的是命令，是开关量（或0或1）。而纵联电流差动保护传输的主要是数字量（也含开关量），它是把本侧的三相电流采样值（分相式差动）传送到对侧，进行同步比较，从而计算出电流差值，经一定逻辑后，做出跳闸与否的选择。针对这个特点，纵联电流差动保护必须采用特殊的连接方式与设备，才能达到目的。通常，有以下几种连接方式：

（1）直接相连方式：A：保护装置具有光接口，保护与保护之间通过光纤直接相连。此种方式可靠性高。B： 在保护装置之间，通过双绞线或同轴电缆，进行电接口直接相连的方式。但这种方式抗干扰能力差，一般不使用这种方式。

（2）复用方式：A：保护装置电接口通过双绞线或同轴电缆，与通信PCM设备64kbps接口直接相连，然后上通道进行传输。B：保护装置光接口通过光纤与光电转换设备相连，然后光电转换设备与通信PCM复用设备64kbps接口依照G703协议进行连接,这种方式被广泛的采用。

3.2 同步问题。

在复用接口与通信设备连接时，大部分接口均支持G703同向方式（也有些设备要求提供反向接口）。为了满足64kbps数据通道收发数据同步复接的要求，必须采用主从时钟方式。否则，将因时钟不同步，造成滑码的出现，保护装置反映出的就是CRC校验码告警。在某些保护装置中，对接口没有做出要求，但时钟必须设为主从方式，因为两端保护装置在计算差流时，必须保证同步，否则，对差流的计算就会造成误差.

4 结束语

纵联电流差动保护涉及通道设备、通信方式较多，现在运行中的有专用光纤保护、复用光纤保护、复用微波保护，这些保护与通常的只传输命令信号的允许式复用、专用保护要求不一样。它要对通道的方式做出一些要求，比如：要对光纤直联还是经光电转换连接上光纤或微波、通信主设备的同步方式、误码率等指标进行规定。正是由于在通道上的技术环节较多，造成保护装置通道告警后（有时是瞬时的），不容易分辨是保护的问题，还是通信的问题。所以，对现场维护人员来说，要把继电保护工作做好，就要加强保护专业与通信专业之间的沟通。