纵联保护对光纤通道适应性的研究

周兴龙

（国网宁夏电力有限公司 固原供电公司，宁夏 固原 756000）

0 引 言

随着我国经济的快速发展，各种工厂不断将大量生活用品和工业用品推出市场，电网建设也在如火如荼地进行着。然而由于电网供电覆盖范围较广，一旦出现系统性的故障不能及时处理，则必然会危及到整个电网的安全运行。线路纵联保护具备良好的可靠性、稳定性以及灵敏性，如今已经得到了广泛应用。虽然使用通道具有多种形式，但是光纤通道的优点比较明显，具有质量高和抗干扰能力强等特点，尤其是在长距离的特高压传输中得到了广泛应用。另外，随着我国工业制造技术的不断提升，如今电网保护所使用的通道大多数都是以光纤为主，虽然具有诸多优点，如可靠性得到成倍提升等，但缺点也比较明显，接头在经过多次插拔后容易损坏，而且经过长时间的使用，设备严重老化导致误码率增加。

1 光纤通道连接方式

在大多数情况下，高压电力系统从稳定性进行考虑多会配备双套配置，且对于单套保护装置而言还需要配备两套独立的信息传输通道。双通道专用和2M复用光纤通道链接方式如图1所示。

图1 双通道专用和2M复用光纤通道链接方式

这种连接方式不仅可以满足纵联保护对于速动及可靠性的要求，而且也能够有效兼顾对通道利用率和经济性的要求。大多数情况下，很多工程中都会采用专用或者是2M复用通道相结合的方式。该方式从原理上可以划分为方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护两种，前者将测量计算所得到的相关参数，如功率的大小及阻抗的高低等信息传送到本侧保护装置，以此判断故障到底是在区域内还是区域外。但需要注意逻辑信号并不是实时传输电流，因此对于其通道的要求相对较低。后者则是需要判断通过线路两端口电流量的变化是否处于合理区间，假如超过了一定的数值，那么就可以判断出现了故障[1]。可是在实际工作效率来看，应用的过程中也存在很多不足，具体表现为延时和误码率很有可能会对纵联保护的性能产生明显影响。

2 通道延时带来的影响

2.1 对称延时对纵联保护影响

对称延时对纵联保护的影响中，最明显的特点在于速动性出现大幅度降低。纵联距离方向保护动作逻辑如图2所示。

图2 纵联距离方向保护动作逻辑

对于线路纵联距离方向保护，从图2中可以发现必须要满足两个条件。首先就是本侧保护装置启动且判断是区内故障，但在这里有一个前提就是必须要实现信号接收，大部分的设备只要没有出现任何故障基本上都能够满足。另外还需要考虑到纵联差动保护所满足的条件在于两侧电流之和有差值。此外还需要考虑到如果延时太长，那么也会在很大程度上影响设备同步调整和保护的速度，需及时调整时间。

2.2 收发不一致延时对纵联保护的影响

近些年，随着OPGW的大规模使用和SDH扩容等相关技术的不断发展和革新，使得迂回通道能够起到备用的作用。光纤通道迂回通道示意如图3所示。

图3 光纤通道迂回通道示意图

就可靠性而言，在大多数情况下，由于通道切换以及通道路径长度的不同将会使得通道延时增加，必然会导致在信息接收的过程中出现保护装置收信和发信所存在的延时时间点不一致现象，因此也就在很大程度上影响到了保护的速度和可靠性。此外还需要注意在长距离传输的过程当中也会出现不同程度的延时情况，而出现这种情况主要还是由产品本身的状态所决定。

2.3 收发不一致致使延时引起的同步偏差

纵联差动保护的线路两端电流是同一采样值，考虑到传输通道客观存在，因此就需要对其进行同步调整。通道延时测量示意如图4所示，假如通道双向延时相等，在t1从N侧保护主机发送测试报文到M侧保护主机，那么就可以将接收的时间设置为t2，而t3则是从M侧向N侧发送报文的时长，至于N侧可将接收的时间设置为t4。

图4 通道延时测量示意图

按照上述方法经过多次循环后得出方程式，设定X为循环次数，可以得到延时Td(X)为：

当Td=Td(X+1)≈Td(X)时，试验测得的通道传输延时已接近实际状态。

3 应用中存在的相关问题和解决措施

测算电流差动的原理相对比较简单，可以通过计算线路两侧电流的差值判断故障。在故障产生后，首先要想到是区域内部还是外部的问题，如果是区域内部问题，在具体特点方面来看，电流会流向两侧的故障点。实际应用过程中基本都是三相电流采样值，直接传送到对侧进行比对。对比动作特性方面基本都是应用比例制动原理，但由于厂家不同设备的具体特性不完全一致，有时可分为两段式，有时也可分为其他段式。基于设备实际运转角度而言，还存在以下不同方面的问题[4]。

3.1 保护之间的连接问题

考虑到实际应用期间输电线差动保护和通信设备之间的连接有严格标准，同时显现出明显的特点。相比常规的保护动作也有很大的区别，常规期间允许信号或直跳信号的传输，属于单一的数字量纵连电流。

差动保护涉及多组数字量，指向同一侧的三相电流采样值经过设备内部转换后传送至对侧，由此可以明确具体的差值数据。技术人员可凭借这一特性，应用以下方式实现合理连接。一是直接连接。很多保护装备具备光接口，可以直接实现光纤相连，一般需要选择850 nm型号材料，特点是经济实用性较强。但材料自身具有消耗大的缺点，当传输距离超过10 km时，数据信号的传输将有一定的延时性，这会限制大规模的使用。除此之外，还要注意保护装置方面有相应的接口才可以实现直接相连。缺点在于光接口的抗干扰性能较差，在较长距离传输过程中，数据处理存在一些问题，因而在多数情况下不会使用这种方法。二是复用方式。该方法的特点在于光信号的抗干扰能力相对较强，适用于变电站内部的连接，同时可以实现信号切换，由于操作起来较简单并且稳定性较高，因而被广泛使用[5-8]

3.2 同步问题

应用复用接口的过程中，需要在保障稳定性和高效率的基础上同时考虑到部分设备需要应用反向接口，为避免出现误差问题，有必要应用主从同步的模式将信号同时传送至不同节点，凭借CRC直接找出具体的故障[9]。此外，对接口一般没有硬性要求，同时两端保护装置在对差流数值进行计算过程中需要保持同步，避免发生错误问题。

对于纵联电流差动保护装置而言，其内部存在不同的连接方式可供选择，如光纤直连等。此外，在实际应用期间还会出现其他问题，如在检修过程中更换插件时，为快速完成检修任务并没有核对跳线，结果出现CRC校验误码，这也是因数据不同步所造成的问题，需要引起检修人员的重视[10]。

3.3 差动TA断线判别

对于电流纵差保护而言，TA断线的判别是非常重要的方面。处理不当就会有可能导致出现保护误动，而在目前所运行的所有纵差保护中，有以下两种方式能够有效解决TA断线的判别问题。第一种是直接引入TA，如果同组的TA类型不一致，那么就可以判别为断线需要进行闭锁保护，反之则可以判定为系统故障，需要进行开放保护。第二种则是利用通道交换线路两侧的连续电流量值，而在具体的判别方法上，可利用所检测电压变化率或者是连续电压闭锁保护装置等。结合目前的实际情况来看，利用通道比较两端的连续电流方式效果较好，原因就在于充分利用了光纤通道的优势。而对于采用电压变化量闭锁，考虑到造成电压产生波动的因素比较多，而且高阻接地时电压的实际变化量并不是很大，因此在国产保护装置当中，还没有用电压变化量来开放保护的方式。

4 结 论

随着社会经济的快速发展，各地区电网建设不断增加。光纤作为继电保护的介质，光纤通道的充分利用满足了电压长距离线路保护的要求，但是也面临着通道延时和通道误码等问题。为了避免造成纵联保护动作延时过大，需要不断加大对这方面的研究力度。