线路光纤差动保护原理与试验

熊恒昌

摘要：阐述线路光纤差动保护的工作原理，以其在某电厂输电线路中的实际应用，介绍了线路光纤差动保护的动作原理以及比率制动特性。

关键词：线路光纤差动;保护原理

引言

随着我国工业行业电力输配电系统不断发展，长距离输电线路数量逐渐增加， 确保电力系统安全平稳运行显得尤为重要， 对继电保护设施也提出了更高的要求。 线路光纤差动保护通过比较线路侧及负荷侧两端的电流矢量差实现线路保护功能。 通过比率制动方程实现区内动作区外闭锁的特性， 能够迅速切断故障; 同时运行过程中不会因系统振荡、非全相运行导致保护误动作， 对各类型的故障均能较好地起到保护作用， 具有较高的灵敏度， 因此线路光纤差动保护常被选为线路主保护。 此外由于光纤通信技术与材料日趋完善， 具有光纤通道容量大、 敷设方便、 抗电磁干扰能力强及大容量传输数据等优势， 同时微机保护能够实现等电磁式保护无法实现的功能， 因此微机式差动保护在电力系统中得到了广泛的应用。

1线路光纤差动保护的原理

传统的线路差动保护通过电磁式继电器将两侧采集到的电流、 电压、 功率的幅值及方向等电气量进行相互传输， 通过对两端的电气量进行计算， 判断线路故障是否在保护动作区内， 从而决定是否需要切断被保护线路。 线路光纤差动保护与传统的线路差动保护原理相同， 采用主、 从时钟通信方式，将其中一台保护装置设为主时钟， 对侧的保护装置设为从时钟， 时钟间通过光纤通道相互收发信息，同时实时更新时间， 从而实现系统时钟同步。

2改造后的保护变动

2.1继电保护信息子站

线路保护装置改造完成后，需在继电保护信息子站进行相关配置。配置完成后，利用继电保护仪，依次模拟纵联差动、距离保护、零序保护，使603U保护装置动作，跳A出口、跳B出口、跳C出口、重合闸出口等动作，验证信号上送的正确性。

2.2 开入/开出回路

改造时，需要对保护装置的功能开入压板进行重新规划和接线，要注意区分DC24 V和DC220 V的工作范围，避免误接线，造成装置损坏;对于信号启动开关站故障录波和信号上送开关站LCU，需要对更改后的信号名称进行重新定义。

3线路光纤差动保护调试

线路光纤差动保护试验通常采用双电源法， 即在两侧保护装置外接试验仪模拟电气量。 然而在实际调试过程中， 由于试验仪间缺乏有效的对时方式， 试验仪所模拟的电流源难以实现同步输入， 导致保护调试过程中经常出现保护误动作或拒动作的现象; 同时保护装置调试大纲也缺少起动元件校验相关内容。 为了解决上述问题， 试验前首先在两侧保护装置内通入幅值相同的初始电流， 通过调节一侧初始电流相位角的方式模拟电流同相位运行状态， 再通过调整电流幅值步长的方式模拟差动保护区内外故障。 本文以某输电线路的差动保护调试过程为例， 对上述方法进行论述。

3.1模拟流变起动

试验前合上负荷侧及线路侧开关， 检查两侧装置 “投差动保护” 功能压板均已投入， 两侧保护装置三相电压输入正常。 用电流测试仪在负荷侧与母线侧输入 0. 2 A 的初始电流， 通过调节任一侧电流相位模拟线路侧与负荷侧电流同相位状态。 随后调整线路侧电流测试仪电流输出步长为流变电流起动定值， 调整负荷侧电流测试仪电流输出步长模拟比率制动方程区间内及区间外两种情况。

3.2 模拟相电流起动

试验前合上负荷侧及线路侧开关， 检查两侧“投差动保护” 8 功能压板均投入， 两侧保护装置三相电压输入正常。 用电流测试仪在负荷侧与母线侧分别加 0. 2 A 的初始电流， 模拟线路侧与负荷侧电流同相位。 随后调整两侧电流测试仪的步长使线路侧电流输入值达到相电流起动定值， 负荷侧模拟比率制動方程区间内及区间外两种情况， 注意电流测试仪的步长调节不能超过流变电流起动定值。

3.3模拟辅助电压起动

试验前将两侧开关置于合闸位置， 两侧差动保护功能压板均投入， 在弱馈线侧首先加三相正序电压 Un， 在线路侧加电流模拟差动保护动作方式，保证故障电流大于差动保护定值， 随后降低负荷侧电压低于 70%Un。

3.4. 模拟线路空充起动

试验前合上负荷侧开关， 拉开线路侧开关， 同时投入两侧 “投差动保护” 功能压板。 在线路侧输入电流模拟差动保护区内故障， 保证故障电流大于差动保护定值。

4通道联调及实验数据

光纤电流差动保护利用流入线路和流出线路的电流相量和进行选择（即基尔霍夫电流定理），通过光纤通道将两侧TA连接在一起，从而将整个线路当成像变压器或发电机一样的元件来完成差动保护。

4.1对侧电流及差流检查

由于线路两侧CT存在变比差异，保护装置需要设置本侧实际的变比，保证正常运行状态下保护装置的差流为零。对于CT变比不一致的线路，将两侧保护装置的“CT一次额定值”定值整定一致，本侧三相不加电流，在对侧加入三相对称的电流，大小为额定电流，要求本侧保护装置不启动，观察本侧、对侧的三相电流、三相差流为额定电流。

4.2远方跳闸

远跳不经本侧启动闭锁的试验：N侧开关在合位，保护装置中将“远跳受启动元件控制”控制字置“0”，在M侧启动TJR使保护远跳开入，N侧保护在收到对侧远跳信号后立即跳闸。远跳经本侧启动闭锁的试验：N侧开关在合位，保护装置中将“远跳受启动元件控制”控制字置“1”;同样在M侧启动TJR使保护远跳开入，N侧保护在收到对侧远跳信号，同时N侧保护装置有故障元件启动的情况下，N侧保护才能跳闸[1]。

5线路光纤差动保护的应用

某电厂总变电所 6 kV 母线下属共计 24 条馈线均为长距离输电线路， 全部采用 PCS-9613D 型微机保护作为输电线路的主保护。 PCS-9613D 差动保护功能由比率差动元件和保护起动元件共同作用实现。 当差动保护动作时， 均向对侧发送允许动作信号。 只有当保护装置两侧的起动元件和保护元件同时动作且两侧保护装置同时收发到允许动作信号后， 差动保护装置出口才能够正常开放[2] 。

结束语

光纤差动保护是长距离输电线路中十分重要的一种保护方式。 通过对光纤差动保护调试方法的研究与改进能更好地掌握光纤差动保护相关动作原理。 为现场运行、 维护人员进行该保护的调试和学习提供了参考与建议[3] 。

参考文献

[1]吴锐.220 kV线路光纤差动保护改造[J].机电信息，2021（20）：13-14.

[2]周明琨.线路光纤差动保护原理与试验[J].电气时代，2021（07）：49-51.

[3]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京：中国电力出版社，1995.