基于光纤通道的双端保护联调

李 波 邢素娟 莫杰锋 黄 妍 高鹏宇

（1.广西电网公司梧州供电局，广西 梧州 543002； 2.北京博电新力电气股份有限公司，北京 100098）

继电保护在电力系统的安全稳定运行中占有举足轻重的地位，而我国电网构架复杂、发展迅速，对于继电保护等二次设备的依赖更为迫切。在继电保护的发展历程中，在上世纪初基于双端电流的电流差动保护原理就已出现，相比于仅反应线路一侧电气量的保护来说，解决了不能区分本线末端和对侧母线（或相邻线始端）故障的技术难题，达到有选择性地快速切除全线故障的目的。而在20 世纪80年代，光纤技术的完善和实际应用又为双端电流的电流差动保护原理的实现提供了新的途径——光纤纵差保护诞生了，为线路两端的保护提供了快速、可靠的通信方式。

图1 光纤纵差保护原理示意图

光纤纵差保护利用光纤通道将线路一侧电气量的信息传输到另一侧去，通过比较两侧模拟量的幅值、相位来决定其动作行为，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系。因此光纤纵差保护是由位于被保护线路两端、分别位于两个变电站之中的两套保护共同构成。由于距离上的限制，现阶段220kV线路纵联保护的联调仅是针对主保护的允许或者闭锁接点信号进行收发的试验，无法实现两侧保护测试仪的通信，也无法解决纵联主保护在联调中存在的上述问题。而GPS 双端同步触发方式虽然可以实现双端的故障同步触发，但是容易受天气的影响，又往往因为两个GPS 之间的时间误差，而造成试验无法正常进行。利用220kV 线路纵联保护现有的光纤通道，以自定义对时方式对两侧测试设备进行输出同步和对时同步，实现两侧保护测试仪的即时通信和同步，进而实现保护测试仪对线路两侧纵联保护的同步联调以及同步故障仿真调试是一个创新。

1 光纤差动保护原理

图2 正常运行情况

线路保护的正方向规定如下：以母线流向线路，即流出的电流方向为规定的电流正方向。

图3 区内故障情况

区内故障时，两侧实际短路电流都是由母线流向线路，和参考方向一致，都是正值，差动电流就很大Id≫Ir，满足差动方程，差流元件动作。凡是在线路内部有流出的电流，都成为动作电流。区外故障时，一侧电流由母线流向线路，为正值，另一侧电流由线路流向母线，为负值，两电流大小相同，方向相反，所以差动电流为零，差流元件不动作。

图4 区外故障情况

2 光纤通道连接方式

差动保护所采用的光纤通道主要有两种方式，一是为保护装置敷设专用的光纤通道，二是复用现有的数字通信网络。相应的系统连接方式有专用方式和复用方式

专用方式需为继电保护敷设专用的光纤通道，在此通道中只传输继电保护的信息。此方式由于受光端机光发送功率和接收灵敏度的限制和敷设光缆费用的制约，专用方式的通信距离一般在80km 以内。优点是光缆终端箱直接接入保护装置的光端机，不需要附加其他设备，可靠性高，由于不涉及通信调度，管理方便。目前，专用方式主要应用于距离较短的城网线路保护以及发电厂与电力系统之间的短联络线路保护。

图5 专用方式系统连接图

复用方式则是利用数字复接技术，利用现有的光纤通道对继电保护的信息进行传输。复用方式利用64Kbit/s 的数字接口经PCM 终端设备或利用2M接口直接接入现有数字用户网络系统PDH/SDH。不需要再敷设光缆。传输距离大大提高，可延伸到数字用户网络的每一个通信接点。保护装置采用复用方式时，需在通信室内增加数字复用接口设备并和数字复用设备相连接。复用方式主要用于长距离输电线路的保护。

图6 复用方式系统连接图

3 如何利用保护光纤通道进行双端联调

在光纤通道复用的情况下，测试仪可以考虑和纵联主保护共同使用2M 带宽的通道，也可给测试仪单独开一个2M 通道。测保护试仪以串接方式接入纵联主保护的光纤通道，这样可以不必增加光纤通道的光口。

开发两台新保护测试仪及其对时同步软件，利用纵联主保护的光纤通道，通过自定义对时格式，先实现通信握手，然后实现双端对时，测试仪先模拟故障前状态，双端对时同步后，按照保护人员预先设定的简单或复杂故障，实现线路两侧保护区内和区外故障的同时触发和同时模拟。具体实施方案有两种：

方案一：使用一根备用光纤实现双端同步，由主机控制从机同步双端模拟量的输出，并同步触发故障。由光纤传递同步信号，测试数据由双端电脑分别设置。

图7 方案一原理示意图

方案二：需要两根备用光纤实现双端测试数据的传输，可由主机实现同时对主机和从机的控制，测试数据均由主机电脑设置控制输出，光纤同时传输同步控制信号和测试数据。

图8 方案二原理示意图

测试时，保护测试仪需要在开始输出后利用统一的通信规约进行两侧同步，测出通道延时并予以消除。

由于长距离传输的需要，现场使用的均为单模光纤，考虑到光纤传输中的材料色散和波导色散，测试仪的主机端发送功率要满足长距离传输的需求，而从机的接收端也要有足够的灵敏度。而从信息传输的延时等实际问题考虑，方案一更切合现场长距离测试的实际需要。

双端联调时，可以指定任意位置为故障点，通过两端阻抗和电流相位的设置而准确模拟线路上任何一点的故障情况，既可模拟区内故障，又可模拟区外故障。而各种类型故障的灵活设置又可实现各种复杂故障的测试。

4 结论

该技术由于保护测试仪是利用纵联主保护的光纤通道进行同步及联调，因此保护调试工作不会受到天气和其他外部的因素影响，保护的调试工作可以确保实现快捷简单和高可靠性的要求。通过项目的实施，一是可以简化纵联主保护的联合调试工作量；二是可以真正实现纵联主保护的双端同步联调，也可以实现对220kV 线路复杂故障和过渡性故障的仿真。

[1] 许继电气股份有限公司.WXH-803A 微机线路保护装置技术说明书.

[2] 李玉海,等.电力系统主设备继电保护试验[M].北京:中国电力出版社,2005.

[3] 王大鹏.电力系统继电保护测试技术[M].北京: 中国电力出版社,2006.