基于EPON通信探析智能配电网馈线差动保护

摘要：传统的配电网保护以及馈线自动化已经无法满足智能电网的自愈要求，需要采取更加有效的保护措施。文章以电流差动保护为基础，结合EPON通信，提出了一种适用于智能配电网的差动保护装置，实践证明明，基于EPON通信的差动保护装置可以准确动作，满足配电网对于差动保护精度和动作时间的要求，具有良好的可行性。

关键词：EPON通信；智能配电网；馈线差动保护

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）27-0111-02

随着社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，也使得社会对于电力的需求不断增加，各种先进技术的应用，带动了智能电网的不断建设和完善，极大地提高了电网供电的安全性和可靠性。但是，在智能电网飞速发展的情况下，传统的配电网保护以及馈线自动化暴露出许多的不足和问题，无法满足智能电网的自愈要求，需要进行改进和创新。本文基于EPON通信，对智能配电网的馈线差动保护进行了分析和探讨，希望可以对以上问题进行解决，促进智能电网的安全稳定运行。

1 智能电网与EPON

智能电网，就是电网的智能化，是指以集成的、高速双向的通信网络为基础，结合先进的传感技术、测量技术、设备技术以及控制方法等，实现电网的安全、可靠、经济、高效运行。智能电网的主要特征，包括激励、自愈、抵御攻击等。可以有效提高电能质量，实现不同发电形式的接入，实现资产的优化配置。可以说，智能电网是电网建设发展的必然趋势，对于我国电力行业的发展有着至关重要的作用。

EPON（Ethernet Passive Optical Network）指以太无源光网络，是一种新型的光纤接入网技术，采用点到多点的结构，无源光纤传输，可以在以太网上提供多种业务。该网络在链路层上使用了以太网协议，而在物理层方面则采用了PON技术，利用PON的拓扑结构，实现了以太网的接入。因此，EPON可以说综合了以太网和PON技术的特点，如成本低、带宽高、扩展性强、服务重组灵活快速等，而且具备以太网的兼容性，管理方便。

EPON网络主要由中心侧的光线路终端（OLT）、用户侧的光网络单元（ONU）以及无源光分路器（ODN）组成，EPON中在一根纤芯上传送上下行两个波段。在下行方向，数据传输由OLT到ONU，则OLT发送的信号会经过一个1∶n的无源分光器，然后达到各个ONU；在上行方向，一个ONU发送的信号会直接到达OLT。为了避免数据之间的相互冲突，提高网络的利用效率，上行数据传输时，采用的是时分多址接入方式，同时通过OLT，对每个ONU发送的数据进行仲裁。

2 基于EPON通信的智能配电网馈线差动保护

2.1 差动保护

差动保护是依据基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或者区域外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流与流出的电流相等，差动继电器不动作；当变压器内部故障时，两侧或者三侧向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和正比于故障点电流，则差动继电器动作，对相应的设备进行保护。同时，如果差动保护区域内存在无条件接入的T接分支线路，则分支线路中配电变压器产生的合闸励磁涌流很可能会引发差动保护装置的误动，因此需要设置相应的二次谐波励磁涌流识别判据，即：

Id_2nd>K2xbId_1st

其中，Id_2nd表示差流中的二次谐波；Id_1st表示差流基波；K2xb代表二次谐波闭锁系数，为固定值。当差流二次谐波满足上式判据时，则闭锁差动保护。

从目前的发展情况看，采用国际标准化组织（ISO）/IEC 8002-3帧格式的IEC 61850-9-2保温具有良好的灵活性、开放性和扩展性，可以组播传送，因此在EPON上能够实现。因此，这里采用IEC 61850-9-2传输差动保护SV，每个工频周期采用80点。

2.2 IEEE 1588 V2时钟同步在EPON的应用

要确保差动保护的有效性和可靠性，必须采取相应的措施，保证采样数据的同步。目前，高压输电线路中的光纤差动保护，在数据同步中采用的是“乒乓法”或者GPS同步法，前者是在通信收发延时对称的前提下实现的，而基于EPON保温的传输延时较大，而且收发不对称，因此并不适用。而后者需要安装专用的GPS接收装置和天线设备，对于处于室外环境下的智能配电网而言，不仅施工困难，成本较高，而且存在一定的安全隐患，因此同样不适用。针对这种情况，在充分考虑可行性和经济性的前提下，这里选择了一种以IEEE 1588 V2时钟同步协议，实现EPON差动保护采样同步的方法，通过相应的措施，克服了EPON系统延时不对称对于数据同步精度的影响，使得数据同步精度能够满足差动保护的要求。

2.3 基于EPON的差动保护

为了对差动保护装置的可行性和动作特性进行分析和验证，确保差动保护装置功能的有效发挥，这里设计了相应的测试实验。测试需要用到的设备包括：EPON设备、继电保护测试仪、IEEE 1588时钟源等。在测试时，将两台差动保护装置分别与两台ONU进行对接，以EPON为基础，实现保护之间的SV交换，然后利用IEEE 1588网络对时，实现不同差动保护之间的采样同步。测试结果表明，基于EPON通信的差动保护装置，可以准确动作，而且所有的动作点都能够满足精度要求。在考虑继电器固有动作时间的前提下，差动保护装置的保护最长动作时间也仅为34ms，可以充分满足差动保护速动性的需求。

以智能配电网中合环运行的配电线路为例，对差动保护装置的应用情况进行简单分析。在配电线路中，差动保护装置位于馈线的开关位置，由相邻的开关构成一个个差动保护区域。当馈线分段开关之间存在T接分支线路时，如果条件允许（有保护电流互感器，且具备安装差动保护装置的空间），则应该安装差动保护装置，同时确保其与主干线的相邻的分段开关共同构成三端差动保护，对支线线路进行保护，确保线路的运行安全。如果分支线路没有安装差动保护装置的必要条件，则应该采用熔丝保护，由主干线相邻分段开关之间构成不完全差动保护。endprint

另外，为了避免分支线路故障引起的差动保护装置误动，需要采取以下处理措施：（1）结合具体情况，对差动保护的最小动作门槛进行设置，确保其可以躲过分支线的最大负荷以及最大负荷启动冲击电流；（2）将二次谐波涌流闭锁的判断依据投入到差动保护中；（3）如果差动保护的动作存在延时，应该确保延时可以与熔丝时限相互配合。

在实际应用过程中，一旦EPON的通信终端或者异常导致某个区域的差动保护装置无法接收对侧SV数据，则应该迅速闭锁该区域内的差动保护，直到通信恢复正常后，才能重新开放，以避免差动保护装置的误动。在保护装置闭锁期间，如果区域内出现线路故障，应该由变电站出线的过流后备保护装置，对故障进行切除。将本文提到的EPON差动保护与常规的光纤差动保护进行对比，可以看出两种保护装置都可以满足速动性的要求，光纤差动保护的动作时间在20～35ms，EPON差动保护的动作时间则为25～40ms，两者相差不大；从经济性方面分析，光纤差动保护需要铺设专用的保护光纤，因此投资较大，成本相对较高，而EPON差动保护则可以复用EPON通信网络，成本相对较低，更加经济；从适应性方面分析，光纤差动保护的适应性较差，在线路各侧的差动保护必须采用相同厂家生产的同类型同型号的设备，而EPON差动保护采用IEC 61850-9-2 协议传输 SV，具有良好的适应性，可以实现不同厂家差动保护设备之间的互联互通。

3 结语

本文从当前智能电网的发展入手，针对传统的配电网保护以及馈线自动化暴露出的不足和问题，提出了一种基于EPON通信网络的智能配电网馈线差动保护方案，可以在差动保护动作时，对故障进行准确定位和及时隔离，同时向配网区域的保护控制装置发送命令，实现网络的重构和恢复。相关测试表明，基于EPON通信的差动保护装置可以准确动作，能够满足配电网对于差动保护精度和动作时间的要求，具有良好的可行性，应该得到相关部门的重视和推广。

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作者简介：李杨（1983-），女，湖北孝感人，湖北电力公司孝感供电公司检修分公司工程师，研究方向：智能配网。endprint