光纤差动保护在超高压线路保护中的应用与调试

贾 玉，李湘韶

（徐州华润电力有限公司，江苏徐州 221000）

0 引言

在超高压线路的线路保护工作中，工程设计时要使用输电电缆，采用光纤分项电流保护装置可以起到很好的保护作用。光纤分项电流保护装置应用方便，同时具有很高的安全性，使用时不容易受到串补等方面的影响，能够对线路输电过程出现的故障产生快速反应，因此广泛应用于电力企业输变电工程。

1 光纤电流差动保护原理

在机电系统中，光纤可以承受超高压和雷电等电磁干扰，还能对电场绝缘，保护原理简单，因此在应用中可以免受振荡作用和平行互感，对单侧电源的运行方式也不会产生影响，具有极高的应用价值。同时，光纤还具有相应的选项功能，因此在超高压线路中极适合做主要的保护装置。近年来，随着我国科技术水平的提升，光纤技术得到快速发展，对光纤差动保护装置的应用起到了极大的促进作用。

图1 光纤电流差动保护制动特性

光纤电流差动保护主要采用双斜率制动方式，应用时能有效预防穿越故障，避免对系统产生不利影响。而且其具有的制动特性曲线（图1），能确保电流较小时具有一定的灵敏度，从而进行快速反应，以保障大电流输电过程的安全性。通过采用这种方式，一旦线路末端出现问题，电流互感器可以发生饱和，并传递传变误差，因此采用差动保护具有极高的可靠性。此外，一旦线路两侧的电流互感器出现测量误差或者超高压线路运行过程中出现充电电容等现象，差动保护装置可以快速计算本地和对侧的电流数据，从而得出差电流，而且数值不为0，说明其具有一定的不平衡电流。保护装置可以依据电流值进行整定，确保最小差电流的数值同样保持不为0 的状态。对于防止不平衡电流的影响，差动保护装置根据自身类型选择整定方法。一般可以使用固定门槛法，当系统正常运行时，可以将测量到的差电流看做线路的纯电容电流，将电流值和系数相乘，并将其作为差动电流的动作门槛。当在元件范围内出现故障时发出跳闸命令，除了对本侧断路器以外的相关线路能够进行断开之外，还能通过光纤通道发出联跳信号，对侧电路也产生相应的影响。

光纤差动保护装置对电路两侧进行保护具有一定的要求，需要做到同时、同步，因此差动保护装置运行中，需要重视时钟同步的运用。光纤通道应用电流差动保护同时，保护装置中的同步时钟应采用主从关系，将其中一侧定义为主时钟，另一侧则为从时钟。而从时钟一侧的保护装置能提取信息编码中的时钟信号，并和主时钟保持一致。在使用复用PCM（Pulse Code Modulation，脉冲编码调制）方式时，可以将数据通道作为整体保护系统的主时钟，两侧的保护则采用从时钟的方式，可以从复用数字通信系统中同步提取相关信号，避免保护装置无法完成复接过程。

2 光纤电流差动保护分析

2.1 三种差动保护的配合使用

故障分量电流差动保护在具体应用中可以不受相关负荷电流的影响，而且还具有着极高的灵敏度，但必须要注意到，这种电流差动保护时间较短，而且会受到过渡电阻等影响，进而降低自身灵敏度，可以在全相或非全相过程中使用。而零序电流差动只对接地故障发挥作用，一旦出现接地故障，应确认故障分量差流和零序差流为相等的状态，零序差动保护灵敏度并不高于故障分量电流差动。在相关场合中，如果无法使用故障分量电流差动保护机制，如故障频繁和间隔短等，在这种情况下使用，可以有效弥补全电流差动保护灵敏度不够高的缺陷。零序差动保护装置需要一定的延迟时间，从而避免受到相关因素的影响。至于后备保护，可以采取具体的方法进行保护，并以此构成后备保护系统，同时需要配置自动重合闸，对于故障的解决具有着十分重要的作用。因此，在超高压线路运行中，可以通过三种差动保护的配合使用来解决故障问题，保障供电的安全性和有效性。

2.2 保护中差动继电器的特点

多数情况下，故障附加网络中电源只有一个，在其区域内发生故障后，两侧电流变化量方向基本相同，矢量则接近二者之和。差动继电器在使用中可以不用受负荷电流的影响，因此不会由于故障而出现制动电流，同时对过渡电阻的影响也不高。在具体串联回路中，电源线路两侧产生的电流变化量与过度电阻呈现线性关系。一旦单侧电源线路出现短路，只有在此前有负荷电流，当其短路后会产生负荷电流，并逐渐形成动作电流。正是因为这一原因，差动继电器在使用过程中十分灵敏，而且使重负荷线路发生经高电阻短路时的灵敏度也得到了明显提升。因此，当线路出现短路后，可以通过差动继电器进行处理，而且具有极高的灵敏度，可以快速解决故障问题。

2.3 零序差动继电器的主要特点

零序差动继电器是零序差动保护装置中十分重要的部件。由于其所具有的独特性，继电器内的负荷电流不会形成制动电流，因此，零序差动继电器对过度电阻的影响也相对较小，能在使用中更好地发挥作用。因此，当重负荷线路中出现经高电阻短路故障时，零序差动继电器具有极高的灵敏度，能够进行快速反应，有效解决故障问题，保障线路的正常运行。

3 对通信系统的要求

在光纤差动电流保护过程中，光纤是重要的通道介质，而通信通道是完成差动电流保护装置的重要渠道。因此，应对通信系统进行分析，探讨其在差动保护中应该符合哪些要求，从而更好地设计通信系统，使其更加完善，在光纤电流差动保护中更好地发挥作用，提升故障的解决能力。

光纤差动保护装置在应用过程中需要采用通信通道，从而完成电流数据的双向传输，并需要实时计算。而差动保护装置采用的通信方式包括两种类型。首先是将保护装置按照一定的速率和相关规定，采用专用光纤进行双向传输。该方式只能在时钟同步的前提下实现，并进行同步采样。而差动保护往往针对两侧进行保护，而且在应用过程中还需要对其进行正确划分，分别为参考端和同步端。其中，可以将参考端看做进行参考的基准，通过同步调整同步端，使二者保持一致。

详细来说，为了保证两端能够进行同步采样，需要对其中一方进行设定，具体过程为同步端可以向参考端发送相关的请求命令和采样标号，参考端收到命令后会向同步端返回一帧数据，里面应该包含相关的标号和时间等信息。同步端收到数据后，通过对通信传输延时和两侧采样时间差进行计算，从而得出具体的调整次数，经过调整处理后，确认两侧采样时间差为0，则实现了两侧同步采样的目标。

需要注意，通信通道专用光纤或复用PCM 通道需要将其一侧作为参考端，同时另一侧设置为同步端。而采用复用PCM 过程中，差动保护装置与其并非直联关系，其所采用的连接方式为：依次连接保护装置、光电转换接口、数字配线架以及复用光纤通道。运行中，可以通过环路实验对差动保护装置和光电转换接口的连接完好性做相关的检查工作。而在采用复用PCM 设备后，工作人员可以使用光纤网管来开展检查工作。由于这种连接方式具有一定的不可靠性，因此容易发生光纤通道告警等现象，且在故障发生后，相关维修人员缺乏处理该问题的经验，而且也没有应用先进的检测手段，将无法顺利恢复光纤差动保护装置，也无法快速找到问题所在。

4 结束语

光纤差动保护是超高压线路中十分重要的一种保护方式。然而在系统的调试和运行维护中，技术人员往往在保护装置本身投入更多的精力，而忽视对保护装置和通信系统的有效对接，而一旦在光纤保护过程中，相关通道出现异常现象或者发生故障，会导致超高压线路的运行受到影响。因此，对于从事继电保护专业的相关技术人员来说，一方面需要掌握相关的专业知识，同时还应了解通信专业方面的知识，以便能更好地解决故障问题。