光纤差动保护的通道选择及应用探讨

张鸿飞，陈琳灿，康 权，徐重酉

（宁波电业局， 浙江 宁波 315016）

光纤差动保护的通道选择及应用探讨

张鸿飞，陈琳灿，康 权，徐重酉

（宁波电业局， 浙江 宁波 315016）

随着通信技术的发展，以光纤为通道的继电保护得到越来越多的应用。介绍了光纤差动保护的基本原理，分析了运行中可能存在的问题，最后提出了提高光纤保护可靠性的措施。

光纤；通道；保护；可靠性

作为一种新型传输介质，光纤具有传输容量大、频带宽、衰耗小、抗干扰能力强等特点。近年来，随着光纤通信技术的快速发展，光纤在继电保护中得到越来越广泛的应用。

在实际应用中要根据保护原理来考虑光纤通道的选择、调试以及实际中可能遇到的各种不确定因素等问题，提高光纤保护的可靠性。

1 光纤差动保护通道的选择

1.1 光纤差动保护的基本原理

光纤电流差动保护基于基本电流定律，通过计算线路两侧电流有无差值，从而判别区内或区外故障。当线路正常运行或发生区外故障时，流过差动继电器的电流为零，而当线路发生区内故障时，线路两侧电流的差电流不再为零，满足电流差动保护的动作特性方程，保护装置出口快速将故障相切除。它能够理想地使保护实现单元化，原理简单，不受运行方式变化的影响，而且由于两侧的保护装置没有电联系，提高了运行的可靠性。

1.2 专用光纤通道

专用通道方式需为保护敷设专用的独立光纤通道，在专用光纤通道中只传输继电保护信息。专用方式的优点是不需附加其他设备，不涉及通信调度，管理比较方便。但由于光发收功率和光纤衰耗的限制， 专用方式的通信距离一般在 100 km 以内。 此外，由于采用专用光纤，其可靠性依赖于站点间直通光缆的性能，当光缆断开时，保护远传信号全部中断，无替代传输路由。专用通道的工作示意图如图1所示。

1.3 复用光纤通道

图1 专用光纤通道工作示意图

当传输保护信号的线路较长时，必须采用复用光纤通道。复用通道方式利用数字脉码调制（PCM）复接技术， 利用现有的光纤通道和微波通道，对继电保护的信息进行传输，在保护控制室的保护装置光纤出口通过光缆连接到通信室内的数字复用接口设备，再通过复用接口设备和数字复用设备相连接。复用通道方式主要用于长距离输电线路的保护。复用通道方式不但节省了光缆及施工费用， 而且利用了同步数字体系（SDH）自愈环的高可靠性，在电力系统中的应用正逐渐增多。专用通道的工作示意图如图2所示。

图2 复用光纤通道工作示意图

1.4 光纤保护的通道联调

光纤保护使用专用光纤通道时，由于通道单一，所以出现的问题相对较少，解决起来也较为方便。通道联调的项目一般为用光功率计进行线路两侧的收、发光功率检测。

复用 PCM 通道则由于传输中间环节多、 时延长，出现问题的概率也大得多，鉴于此，在通道联调之前，建议先用误码仪进行通道测试，以确定通道是否能用，尽量减少通道联调中可能出现的问题。

2 光纤差动保护中需考虑的问题

2.1 TA 饱和

在差动保护中，TA 饱和是必须考虑的一个问题。TA 饱和可分为两类： 一类是由稳态对称短路电流引起的稳态饱和，其主要特点是畸变的二次电流呈脉冲形，正负半波大体对称，畸变开始时间较短，二次电流有效值将低于未饱和情况。另一类是由短路电流的非周期分量引起的暂态饱和，非周期分量导致的互感器暂态饱和，其二次电流波形是不对称的，开始饱和的时间较长。当铁芯有剩磁时，将加重饱和程度和缩短开始饱和的时间。

不同的厂家针对 TA饱和采用不同的应对策略。 有的采用 TA 饱和检测器以提高制动特性、有的采用自适应制动特性，但这些方法均影响了保护动作的灵敏度。目前较为有效的方法就是在线路两侧接入 2 组 TA 绕组进行制动 （用最大电流进行制动）。 这样可以在不影响原保护灵敏度的前提下，区外故障且 TA 饱和时，提高保护抗误动的能力。

2.2 TA断线的判别

对于电流纵差保护来说，TA 断线的判别是很重要的一个环节，若处理不当，就有可能造成保护误动。 现运行的纵差保护中对于TA断线的判别有 2 种方式：一是引入另一个 TA 或同一 TA的不同绕组， 与工作 TA 绕组电流进行比较 （如：零序电流）， 若不一致则为 TA 断线， 闭锁保护。一致则开放保护。另一种是利用通道交换线路两侧的零序电流情况。相对而言后一种方式比较好，它充分利用了光纤通道的优势，又减少了装置外部的接线。

2.3 电容电流的补偿

在 500 kV 超高压电网中， 纵联电流差动应用比较广泛。考虑超高压、长距离输电线路电容电流的影响，通常采取以下3种措施：

（1）差流整定值躲过电容电流的影响。

（2）保护实测电容电流， 因为电容电流是正常运行时差流的重要组成部分。

（3）采用电压测量来补偿电容电流。

现在进口保护通常是在定值项中对电容值（或充电电流）进行设定。 但是作为限制一次过电压的一种手段， 500 kV 线路普遍装设了高压电抗器，对线路电容进行一定的补偿。但是，当电抗器因故退出运行时，保护内预设的充电电流值不但失去了意义，而且影响了保护的动作性能，现场必须重新进行定值的整定，给运行带来不便。为此可考虑采用一个开入量，如用高压电抗器的刀闸辅助接点来控制此项定值的切换。这样，运行方式切换时就可避免预设充电电流的影响。

2.4 复用通道对电流差动保护的影响

光纤电流差动保护所比较的是线路两端的电流相量或采样值，而线路两端保护装置的电流采样是各自独立进行的。为了保证差动保护算法的正确性，必须比较同一时刻两端的电流值。这就要求线路两端对各电流数据进行同步化处理。

当线路较长时，差动保护只能采用复用通道传输，两侧保护采样值是否同步对电流差动保护能否正确动作起到了关键的作用。目前多数电流差动保护均采用基于光纤通道收、发延时相等的等腰梯形算法即“乒乓算法”进行通道传输延时的自动补偿，实现两侧的保护采样同步。

现有的 SDH 光系统基本上都是光环网结构，能够为继电保护信号提供冗余的通信路由，使得通道的安全性、可靠性大大提高。传输通道发信支路和收信支路路径是否一致， 对纵联方向/距离保护的命令信号没有什么影响，但对于纵联电流差动保护却是至关重要。如果不一致，意味着纵联方向/距离的 2M 传输通道， 可以使用 SDH光环网的业务自愈切换功能，纵联电流差动保护的 2M 通道则不能使用 SDH 光环网的自愈切换功能。 如要使用 SDH 光环网， 必须进行收发路径是否一致的确认，否则，只能使用点到点无路由保护的 2M 通道，不可以使用自愈功能。

2.5 通道备用

为了保证纵联保护通道的可靠运行，无论是复用光纤通道还是专用光纤通道，绝大多数都提供了主备两条通道，但是只有少数通道是热备用状态，能够实现主备自动切换，多数通道为冷备用，不能进行主备用的自动切换，通道故障后要到现场进行通道倒换，备用效果不好。可考虑研发具有自动切换主备通道功能的接口装置，缩短故障时间，发挥备用通道作用。

2.6 数据包中地址信息加载

从本侧保护到对侧保护光纤保护的通道环节多，任何一个环节出差错，都会导致通道出问题。特别是在通道割接后，很容易造成通道的交叉。对于同杆双回线而言，出现通道交叉的概率相当高。平时通道中传输的帧信息只包含流进两侧保护装置的电流的大小和相角，发生通道交叉后，装置不会发出任何的告警信号。如果在通道联调中工作人员不注意，投运后会带来严重后果。在帧信息中加载保护地址的信息，可以有效地解决通道交叉的问题。如果出现通道的交叉，保护装置将会因为传输的两侧装置地址的不一致而发出告警信号。

3 结语

作为高压线路的主保护，光纤电流差动保护已较多地应用于电网中，但许多问题还有待进一步的研究和改进。相信随着通信技术和电力技术的不断发展，它将得到越来越广泛的应用与发展。

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[7]毛锦庆.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京：中国电力出版社，2000.

（本文编辑：杨 勇）

Discussion on Channel Selection and App lication of Optical Fiber Differential Protection

ZHANG Hong-fei，CHEN Ling-can，KANGQuan， XU Chong-you
（Ningbo Electric Power Bureau， Ningbo Zhejiang 315016， China）

Along with the rapid development of communication technology,optical fiber ismore and more put into application as channel for relay protection.The paper introduces the basic theory of the optical fiber differential protection,analyzes possible problems in operation and puts forward measures to improve the reliability of optical fiber protection.

optical fiber； channel； protection； reliability

TM773

： B

： 1007-1881（2010）07-0017-03

2009-12-13

张鸿飞 （1977-）， 男， 浙江宁波人， 工程师， 从事继电保护检修维护工作。