光纖差動(dòng)保護(hù)原理分析

1、光纖差動(dòng)保護(hù)原理分析光纖電流差動(dòng)保護(hù)是在電流差動(dòng)保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來(lái)的， 基本保護(hù)原理也是基于克?；舴蚧倦娏鞫?， 它能夠理想地使保護(hù)實(shí)現(xiàn)單元化，原理簡(jiǎn)單，不受運(yùn)行方式變化的影響，而且由于兩側(cè)的保護(hù)裝置沒(méi)有電聯(lián)系， 提高了運(yùn)行的可靠性。 目前電流差動(dòng)保護(hù)在電力系統(tǒng)的主變壓器、線(xiàn)路和母線(xiàn)上大量使用，其靈敏度高、動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠快速、 能適應(yīng)電力系統(tǒng)震蕩、 非全相運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)是其他保護(hù)形式所無(wú)法比擬的。 光纖電流差動(dòng)保護(hù)在繼承了電流差動(dòng)保護(hù)的這些優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)， 以其可靠穩(wěn)定的光纖傳輸通道保證了傳送電流的幅值和相位正確可靠地傳送到對(duì)側(cè)1 原理介紹光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)借助于線(xiàn)路光纖通道， 實(shí)時(shí)地向?qū)?cè)傳遞采

2、樣數(shù)據(jù)， 同時(shí)接收對(duì)側(cè)的采樣數(shù)據(jù)， 各側(cè)保護(hù)利用本地和對(duì)側(cè)電流數(shù)據(jù)按相進(jìn)行差動(dòng)電流計(jì)算。 根據(jù)電流差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性方程進(jìn)行判別，判為區(qū)內(nèi)故障時(shí)動(dòng)作跳閘，判為區(qū)外故障時(shí)保護(hù)不動(dòng)作。光纖電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的典型構(gòu)成如圖 1 所示。15 / 15Relay字信湍備數(shù)逋終設(shè)光纖 一通道字信端密Relay圖1光纖電流差動(dòng)保護(hù)系構(gòu)成示意圖當(dāng)線(xiàn)路在正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，線(xiàn)路兩側(cè)電流相位是反向 的。如圖所示，假設(shè)M側(cè)為送電端，N側(cè)為受電端，則，M側(cè)電流為 母線(xiàn)流向線(xiàn)路，N側(cè)電流為線(xiàn)路流向母線(xiàn)，兩側(cè)電流大小相等方向相 反，此時(shí)線(xiàn)路兩側(cè)的差電流為零；當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，故障電流 都是由母線(xiàn)流向線(xiàn)路，方向相同

3、，線(xiàn)路兩側(cè)電流的差電流不再為零， 當(dāng)其滿(mǎn)足電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性方程時(shí)， 保護(hù)裝置發(fā)出跳閘令快速 將故障相切除。圖2光纖申，流差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性對(duì)于光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)而言， 其差動(dòng)保護(hù)一般采用如圖 2 所示的雙斜率制動(dòng)特性，以保證發(fā)生穿越故障時(shí)的穩(wěn)定性。圖中， Id表示差動(dòng)電流， Ir 表示制動(dòng)電流， K1、 K2 分別表示不同的制動(dòng)斜率。采用這樣的制動(dòng)特性曲線(xiàn)，可以保證在小電流時(shí)有較高的靈敏度， 而在電流大時(shí)具有較高的可靠性， 即當(dāng)線(xiàn)路末端發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，因電流互感器發(fā)生飽和產(chǎn)生傳變誤差， 此時(shí)采用較高斜率的制動(dòng)特性更為可靠。由于線(xiàn)路兩側(cè)電流互感器的測(cè)量誤差和超高壓線(xiàn)路運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的充電電容

4、電流等因素， 差動(dòng)保護(hù)在利用本地和對(duì)側(cè)電流數(shù)據(jù)按相進(jìn)行實(shí)時(shí)差電流計(jì)算時(shí)，其值并不為零，也即存在一定的不平衡電流。光差動(dòng)保護(hù)必須按躲過(guò)此電流值進(jìn)行整定，這也是在上面所示的圖 2中最小差電流整定值Isl 不為零的原因所在。 如何躲過(guò)該不平衡電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響， 不同類(lèi)型的保護(hù)裝置其采用的整定方法也不盡相同， 一般采用固定門(mén)坎法進(jìn)行整定， 即將在正常運(yùn)行中保護(hù)裝置測(cè)量到的差電流作為被保護(hù)線(xiàn)路的純電容電流， 并將該電流值乘以一系數(shù)（ 一般為 2-3） 作為差動(dòng)電流的動(dòng)作門(mén)坎。當(dāng)差動(dòng)元件判為區(qū)內(nèi)故障發(fā)出跳閘命令時(shí)， 除跳開(kāi)線(xiàn)路本側(cè)斷路器外， 還借助于光纖通道向線(xiàn)路對(duì)側(cè)發(fā)出聯(lián)跳信號(hào)， 使得對(duì)側(cè)斷路器快速

5、跳閘。對(duì)通信系統(tǒng)的要求光纖電流差動(dòng)保護(hù)借助于通信通道雙向傳輸電流數(shù)據(jù)， 供兩側(cè)保護(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。其一般采用兩種通信方式：一種是保護(hù)裝置以64Kbps/2Mbps速率，按ITU-T建議G.703規(guī)定于數(shù)字通信系統(tǒng)復(fù)用器的64Kbps/2Mbps數(shù)據(jù)通道同向接口，即復(fù)用PC昉式；另一種是保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)通信以64Kbps/ 2Mbps速率采用專(zhuān)用光纖芯進(jìn)行雙向傳輸，即專(zhuān)用光纖方式。（詳見(jiàn)圖3）RelayC0M-2C0M-1接口逋道64kb 接口通信接口數(shù)字復(fù)聞設(shè)備 數(shù)字將愉度備 數(shù)字傳輸設(shè)備 數(shù)字復(fù)用由備 通信接口C0M-2C0M-1M陀厚護(hù)枝聲黑網(wǎng)集爐式茂S3光纖差動(dòng)保護(hù)與通信系統(tǒng)的連接示意圖用保

6、井裝法ib專(zhuān)用方式:,登用方式 Relay光纖電流差動(dòng)保護(hù)要求線(xiàn)路兩側(cè)的保護(hù)裝置的采樣同時(shí)、同步， 因此時(shí)鐘同步對(duì)光纖電流差動(dòng)保護(hù)至關(guān)重要。當(dāng)電流差動(dòng)保護(hù)采用專(zhuān) 用光纖通道時(shí)，保護(hù)裝置的同步時(shí)鐘一般采用 "主-從"方式，即兩側(cè) 保護(hù)中一側(cè)采用內(nèi)部時(shí)鐘作為主時(shí)鐘，另一側(cè)保護(hù)則應(yīng)設(shè)置成從時(shí)鐘 方式。設(shè)置為從時(shí)鐘側(cè)的保護(hù)裝置，其時(shí)鐘信號(hào)從對(duì)側(cè)保護(hù)傳來(lái)的信 息編碼中提取，從而保證與對(duì)側(cè)的時(shí)鐘同步。當(dāng)采用復(fù)用PC昉式時(shí),復(fù)用數(shù)字通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道作為主時(shí)鐘， 兩側(cè)保護(hù)裝置均應(yīng)設(shè)置為從時(shí)鐘方式， 即均從復(fù)用數(shù)字通信系統(tǒng)中提取同步時(shí)鐘信號(hào)： 否則保護(hù)裝置將無(wú)法與通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道進(jìn)行復(fù)接。

7、3 實(shí)例介紹 我公司月湖變貴月 1 2 線(xiàn)保護(hù)是由許昌繼電器廠(chǎng)生產(chǎn)的GXH803-10理微機(jī)保護(hù)（命名為B套）和南京電力自動(dòng)化研究院生產(chǎn)的GPSL603-621型微機(jī)保護(hù)（命名為A套）組成的雙光纖微 機(jī)快速保護(hù)，兩者主保護(hù)均為分相電流差動(dòng)保護(hù)和零序電流差動(dòng)保護(hù)，以距離和零序方向電流保護(hù)為后備保護(hù)（以GPSL60娓護(hù)為例）PSL603光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)裝置以分相電流差動(dòng)保護(hù)作為縱聯(lián)保護(hù)。分相電流差動(dòng)保護(hù)可以通過(guò)64KB/S數(shù)字同向接口復(fù)接終端，2M 數(shù)字或者專(zhuān)用光纜作為通道，傳送三相電流及其他數(shù)字信號(hào)。使用專(zhuān)用光纖作為通信媒介時(shí)采用了 1Mbps的傳送速率，極大的提高了保護(hù)的性能，并采用內(nèi)置式

8、光端機(jī), 不需要任何光電轉(zhuǎn)換設(shè)備即可獨(dú)立完成光電轉(zhuǎn)換過(guò)程 .差動(dòng)繼電器動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠，動(dòng)作速度快，在故障電流超過(guò)額定電 流時(shí)，確保跳閘時(shí)間小于25mg即使在經(jīng)過(guò)大接地電阻故障，故障 電流小于額定電流時(shí)，也能在 30ms以?xún)?nèi)正確動(dòng)作，而零序電流差動(dòng)保護(hù)大大提高了整個(gè)裝置的靈敏度，增強(qiáng)了耐過(guò)渡電阻能力。分相電流差動(dòng)保護(hù)主要由差動(dòng) cpu模件及通信接口組成，差動(dòng) cpu模件完成采樣數(shù)據(jù)讀取、濾波、數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、數(shù)據(jù)同步、故 障判斷、跳閘邏輯出口；通信接口完成與光纖的光電物理接口功能， 另外專(zhuān)門(mén)加裝的PCMfi接接口裝置則完成數(shù)據(jù)碼型轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘提取等 同向接口功能3.1 啟動(dòng)元件差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)元件包括相

9、電流突變量啟動(dòng)元件，零序輔助啟動(dòng)元 件，低電壓?jiǎn)?dòng)元件和利用TWJ的輔助啟動(dòng)元件分相電流差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)元件邏輯框圖 I >IQD3.1.1 相電流突變量啟動(dòng)元件保護(hù)啟動(dòng)元件用于啟動(dòng)故障處理程序及開(kāi)放保護(hù)跳閘出口 繼電器的負(fù)電源，各個(gè)保護(hù)模件以相電流突變量為主要的啟動(dòng)元 件，啟動(dòng)門(mén)檻由突變量啟動(dòng)定值加上浮動(dòng)門(mén)檻，在系統(tǒng)振蕩時(shí)自 動(dòng)抬高突變量啟動(dòng)元件的門(mén)檻。零序電流啟動(dòng)元件、靜穩(wěn)破壞檢 測(cè)元件為輔助啟動(dòng)元件。延時(shí)30ms以確保相電流突變量元件的優(yōu) 先動(dòng)作判據(jù)為： I >IQA 1。25A It其中a、b、c三種相別，T為20ms I為相電流突變量 It為相電流不平衡量的最大值當(dāng)任一相電流

10、突變量連續(xù)三次大于啟動(dòng)門(mén)檻時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)3.1.2 零序電流輔助啟動(dòng)元件為了防止遠(yuǎn)距離故障或者經(jīng)過(guò)大電阻故障時(shí)相電流突變量啟動(dòng)元件靈敏度不夠而設(shè)置。該元件在零序電流大于啟動(dòng)門(mén)檻并持續(xù)30ms后動(dòng)作3.1.3 低電壓輔助啟動(dòng)元件用于弱饋負(fù)荷側(cè)的輔助啟動(dòng)元件, 該元件在對(duì)側(cè)啟動(dòng)而本側(cè)未啟動(dòng)的情況下投入，相電壓52V或者相間電壓90V時(shí)本側(cè)被對(duì)側(cè)拉入故障處理（ 簡(jiǎn)要說(shuō)明 , 對(duì)于單電源供電或者一側(cè)大電源一側(cè)小電源系統(tǒng) , 當(dāng)發(fā)生故障時(shí), 無(wú)電源或弱電源側(cè)相電流突變量啟動(dòng)元件靈敏度可能不夠 , 不能滿(mǎn)足差動(dòng)保護(hù)雙端同時(shí)啟動(dòng)才能出口的必要條件 , 因此可能拒動(dòng) ）3.1.4 利用TWJ的輔助啟動(dòng)元件作為手

11、合故障時(shí), 一側(cè)啟動(dòng)而另外一側(cè)不啟動(dòng)時(shí), 未合側(cè)保護(hù)裝置的啟動(dòng)元件3 .2 分相差動(dòng)原理 動(dòng)作判據(jù)如下：IM+IN>Icd (1)IM+IN |>4Ic (2)IM+IN |三 Iint (3)IM+IN >KBI_ IM-IN (4)KBL為差動(dòng)比例系數(shù)系數(shù)，內(nèi)部固定為0.5,Icd為整定值（差動(dòng)啟 動(dòng)電流值）;Iint為四倍額定電流；零序差動(dòng)對(duì)高阻接地故障起輔助保 護(hù)作用.原理同分相差動(dòng)，零序差動(dòng)比例系數(shù)保護(hù)內(nèi)部固定為 KOBL=0.8,Ic為正常運(yùn)行時(shí)計(jì)算得到的電容電流3.3 通信可靠性光纖差動(dòng)保護(hù)中通信可靠性是影響保護(hù)性能至關(guān)重要的因素，因 此對(duì)通信進(jìn)行了嚴(yán)密細(xì)致的監(jiān)

12、視，沒(méi)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行crc校驗(yàn)，錯(cuò)誤舍棄， 錯(cuò)誤幀數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，報(bào)通道失效；通信位恒速率，每秒鐘收到的幀 數(shù)未恒定，如果丟失幀數(shù)大于給定值，報(bào)通道中斷，以上兩種情況發(fā)生 后，發(fā)出告警信號(hào)并閉鎖保護(hù)，一旦通信恢復(fù)，則自動(dòng)恢復(fù)保護(hù).3.4 跳閘邏輯3.4.1 差動(dòng)保護(hù)可分相跳閘，區(qū)內(nèi)單相故障時(shí)，單獨(dú)將該相切除，保 護(hù)發(fā)跳閘命令后250ms故障相仍有電流，補(bǔ)發(fā)三跳令；三跳發(fā)出后 250ms故障相仍有電流，補(bǔ)發(fā)永跳令3.4.2 兩相以上區(qū)內(nèi)故障時(shí), 跳三相3.4.3 當(dāng)控制字采用三相跳閘時(shí)任何時(shí)候均跳三相3.4.4 零序電流差動(dòng)具有兩段，1段延時(shí)60ms選相跳閘，II段延時(shí)150ms三跳3.4.5 兩側(cè)

13、差動(dòng)都動(dòng)作才確定為本相區(qū)內(nèi)故障3.4.6 收到對(duì)側(cè)遠(yuǎn)跳命令發(fā)永跳3.5 手合故障處理手動(dòng)合閘時(shí), 差動(dòng)保護(hù)自動(dòng)抬高至額定電流In, 以防止正常合閘時(shí)線(xiàn)路充電電流造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)3.6 永跳遠(yuǎn)傳功能本功能是當(dāng)本側(cè)由于永久性故障或者重合于永久故障時(shí)發(fā)永跳出口, 這時(shí)永跳命令通過(guò)光纖傳送到對(duì)側(cè) , 閉鎖對(duì)側(cè)重合閘 , 防止對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)重合于故障.保護(hù)收到光纖通道遠(yuǎn)傳令后發(fā)60ms永跳出口信號(hào).本功能可經(jīng)過(guò)控制字投退3.7 遠(yuǎn)跳遠(yuǎn)傳功能本裝置具備遠(yuǎn)跳功能及兩路遠(yuǎn)傳信號(hào)通道, 可用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)跳及遠(yuǎn)傳信號(hào)功能.用于遠(yuǎn)跳的開(kāi)入連續(xù)8ms確認(rèn)后，作為數(shù)字信息和采樣數(shù)據(jù)一起打包, 經(jīng)過(guò)編碼 ,crc 校驗(yàn) , 再由光

14、電轉(zhuǎn)換后發(fā)送至對(duì)側(cè) . 同樣收到對(duì)側(cè)數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò)crc 校驗(yàn) , 解碼提取遠(yuǎn)跳信號(hào), 而且只有連續(xù)三次收到對(duì)側(cè)遠(yuǎn)跳信號(hào)才確認(rèn)出口跳閘 . 遠(yuǎn)跳用于直接跳閘時(shí), 可經(jīng)過(guò)就地啟動(dòng)閉鎖 , 當(dāng)保護(hù)控制字整定為遠(yuǎn)跳經(jīng)本地啟動(dòng)閉鎖時(shí), 收到對(duì)側(cè)遠(yuǎn)跳信號(hào)500ms保護(hù)沒(méi)有跳閘，保護(hù)發(fā)“跳信號(hào)長(zhǎng)期不復(fù)歸”報(bào)文.同時(shí)，用于遠(yuǎn)傳信號(hào)的開(kāi)入連續(xù)5ms確認(rèn)后，再過(guò)遠(yuǎn)跳信號(hào)同樣的 處理傳送至對(duì)側(cè) .運(yùn)行注意事項(xiàng)1) 根據(jù)兩套保護(hù)的配置, 只要有一套保護(hù)在投入運(yùn)行, 則要求兩套保護(hù)的操作電源(在保護(hù)屏)均在投入位置，原因在于GPSL60浜護(hù) 只配置斷路器控制裝置而WXH-80娓護(hù)裝置只配置操作箱，因?yàn)檫@兩 者的不可分割性

15、, 所以有上述要求2)WXH80裝置有故障或需將保護(hù)全停時(shí)，應(yīng)先斷開(kāi)跳閘出口壓板，再斷開(kāi)直流電源. 裝置發(fā) “告警 I ”信號(hào)時(shí)一般為硬件異常、定值出錯(cuò)和采樣錯(cuò)誤等同時(shí)閉鎖保護(hù)出口回路的+24V電源，強(qiáng)烈建議將次故障信號(hào)作為緊急缺陷，通知調(diào)度或有關(guān)繼電保護(hù)人員以便做出處理.3) 差動(dòng)保護(hù)的投入退出 , 兩側(cè)保護(hù)應(yīng)同時(shí)進(jìn)行. 通道異?；蚬收蠒r(shí)應(yīng)將兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)退出 . 如果只退出一側(cè)差動(dòng)壓板, 另一側(cè)將給出“對(duì)側(cè)縱差退出”報(bào)文, 并閉鎖對(duì)側(cè)保護(hù).4) 裝置重合閘退出時(shí) , 只斷開(kāi)重合閘出口壓板, 且重合方式應(yīng)與另一套運(yùn)行的重合閘的重合方式一致, 不允許單獨(dú)置于 “停用”位置.GPSL603g置運(yùn)行

16、異常判斷和處理正常運(yùn)行時(shí)，“運(yùn)行”指示燈發(fā)平光，其他指示燈滅。裝置告警的原因及處理方式如下事件名稱(chēng)裝置反映處理措施備注RAM昔誤告警，呼喚，閉鎖保護(hù)停機(jī)檢修EPROM!誤EEPROM 誤開(kāi)出異常AD錯(cuò)誤零漂越限定值區(qū)無(wú)效切換到有效定值區(qū)定值校驗(yàn)錯(cuò)誤重新輸入正確定值閃存錯(cuò)誤呼喚停機(jī)檢修內(nèi)部電源偏低PT反序檢修PT回路CT不平衡檢修CT回路CT反序負(fù)載不對(duì)稱(chēng)PT斷線(xiàn)PT斷線(xiàn)燈亮，呼喚檢修PT回路PT三相失壓PT斷線(xiàn)燈亮，呼喚W(wǎng)XH803I置異常告警及其處理正常時(shí)“運(yùn)行”燈發(fā)綠光，常亮；“告警I ” “告警II ”及其它跳閘燈均不亮。裝置異常告警的原因及其處理措施可歸納如表所示信號(hào)燈顯示故障現(xiàn)象故障

17、原因異常處理運(yùn)行不發(fā)光通訊中斷，無(wú)報(bào)1) 接口1)關(guān)斷裝置告打印，但不影程序紊亂直流電源響保護(hù)運(yùn)行和或丟失2) 按面板上出口跳閘2)接口復(fù)位按鈕板芯片壞3) 重新寫(xiě)程序4)更換接口板通信告警發(fā)紅光接口板與某一接口板與保1) 更換接口保護(hù)板不通訊護(hù)板通訊中板斷2)更換保護(hù)板告警I發(fā)紅光發(fā)本地及中央 告警信號(hào)切斷 保護(hù)出口回路+ 24V電源1) 硬件異常2) 定值錯(cuò)3) 采樣錯(cuò)更換保護(hù)板告警II發(fā)紅光發(fā)本地及中央告警信號(hào)1) TV 斷線(xiàn)2) 開(kāi)關(guān)量錯(cuò)3) TA 斷線(xiàn)1) 檢查交流回路是否異常2) 檢查開(kāi)入是否異常通道異常燈發(fā)紅光發(fā)本地及中央告警信號(hào)通道中斷或誤碼率高檢查光纖、通道出現(xiàn)上述信號(hào)時(shí)，運(yùn)行值班人員應(yīng)詳細(xì)記錄各指示燈顯示情況和 有關(guān)事件打印報(bào)告，并及時(shí)向調(diào)度和繼電保護(hù)人員反映異常情況， 以 便及時(shí)做出相應(yīng)處理。關(guān)于旁路光纖保護(hù)在旁路帶路的問(wèn)題旁路光纖保護(hù)在旁路代路時(shí)不方便操作，由于光纖活接頭不能隨便拔插， 每次拔插都需要重新作衰耗測(cè)試， 而且經(jīng)常性拔插也容易造成活接頭的損壞， 因此不宜使