光纖差動保護(hù)原理

1、光纖差動保護(hù)原理分析光纖電流差動保護(hù)是在電流差動保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來的，基本保護(hù)原理也是基于克希霍夫基本電流定律，它能夠理想地使保護(hù)實(shí)現(xiàn)單元化，原理簡單，不受運(yùn)行方式變化的影響，而且由于兩側(cè)的保護(hù)裝置沒有電聯(lián)系，提高了運(yùn)行的可靠性。目前電流差動保護(hù)在電力系統(tǒng)的主變壓器、線路和母線上大量使用，其靈敏度高、動作簡單可靠快速、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)形式所無法比擬的。光纖電流差動保護(hù)在繼承了電流差動保護(hù)的這些優(yōu)點(diǎn)的同時，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側(cè)1原理介紹光纖分相電流差動保護(hù)借助于線路光纖通道，實(shí)時地向?qū)?cè)傳遞采樣數(shù)據(jù)，同時接收對側(cè)

2、的采樣數(shù)據(jù)，各側(cè)保護(hù)利用本地和對側(cè)電流數(shù)據(jù)按相進(jìn)行差動電流計(jì)算。根據(jù)電流差動保護(hù)的制動特性方程進(jìn)行判別，判為區(qū)內(nèi)故障時動作跳閘，判為區(qū)外故障時保護(hù)不動作。光纖電流差動保護(hù)系統(tǒng)的典型構(gòu)成如圖1所示。QFQF3字信端備數(shù)逋終設(shè)纖道番字信端備數(shù)通終設(shè)圖i光纖電流差動保護(hù)系構(gòu)成示意圖當(dāng)線路在正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外故障時，線路兩側(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)電流為母線流向線路，N側(cè)電流為線路流向母線，兩側(cè)電流大小相等方向相反，此時線路兩側(cè)的差電流為零；當(dāng)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，故障電流都是由母線流向線路，方向相同，線路兩側(cè)電流的差電流不再為零，當(dāng)其滿足電流差動保護(hù)的動作特

3、性方程時，保護(hù)裝置發(fā)出跳閘令快速將故障相切除。AIr圖2光纖電流差動保護(hù)的制動特性對于光纖分相電流差動保護(hù)而言，其差動保護(hù)一般采用如圖2所示的雙斜率制動特性，以保證發(fā)生穿越故障時的穩(wěn)定性。圖中，Id表示差動電流，Ir表示制動電流，K1、K2分別表示不同的制動斜率。采用這樣的制動特性曲線，可以保證在小電流時有較高的靈敏度，而在電流大時具有較高的可靠性，即當(dāng)線路末端發(fā)生區(qū)外故障時，因電流互感器發(fā)生飽和產(chǎn)生傳變誤差，此時采用較高斜率的制動特性更為可靠。由于線路兩側(cè)電流互感器的測量誤差和超高壓線路運(yùn)行時產(chǎn)生的充電電容電流等因素，差動保護(hù)在利用本地和對側(cè)電流數(shù)據(jù)按相進(jìn)行實(shí)時差電流計(jì)算時，具值并不為零，也

4、即存在一定的不平衡電流。光差動保護(hù)必須按躲過此電流值進(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。如何躲過該不平衡電流對差動保護(hù)的影響，不同類型的保護(hù)裝置其采用的整定方法也不盡相同，一般采用固定門坎法進(jìn)行整定，即將在正常運(yùn)行中保護(hù)裝置測量到的差電流作為被保護(hù)線路的純電容電流，并將該電流值乘以一系數(shù)（一般為2-3）作為差動電流的動作門坎。當(dāng)差動元件判為區(qū)內(nèi)故障發(fā)出跳閘命令時，除跳開線路本側(cè)斷路器外，還借助于光纖通道向線路對側(cè)發(fā)出聯(lián)跳信號，使得對側(cè)斷路器快速跳閘。對通信系統(tǒng)的要求光纖電流差動保護(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)時計(jì)算。其一般采用兩種通信方

5、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速率采用專用光纖芯進(jìn)行雙向傳輸，即專用光纖方式。（詳見圖3）復(fù)用方式K占layRelayCOM-2FCMPCMCOM-2曲信接口數(shù)字復(fù)用設(shè)備鼓字性輸設(shè)備數(shù)字傳輸圖備軟字亶用猿備通信摟口用惻保護(hù)裝置W閘保爐裝置ii）專用方式匾1盯跖工期I-.Q-ICO1C0M-1L-u專用先戰(zhàn)M制吊護(hù)奘版M閽胃護(hù)笠百S3光纖差動保護(hù)與通信系統(tǒng)的連接示急圖光纖電流差動保護(hù)要求線路兩側(cè)的保護(hù)裝置的采樣同時、

6、同步，因此時鐘同步對光纖電流差動保護(hù)至關(guān)重要。當(dāng)電流差動保護(hù)采用專用光纖通道時，保護(hù)裝置的同步時鐘一般采用"主-從"方式，即兩側(cè)保護(hù)中一側(cè)采用內(nèi)部時鐘作為主時鐘，另一側(cè)保護(hù)則應(yīng)設(shè)置成從時鐘方式。設(shè)置為從時鐘側(cè)的保護(hù)裝置，其時鐘信號從對側(cè)保護(hù)傳來的信息編碼中提取，從而保證與對側(cè)的時鐘同步。當(dāng)采用復(fù)用PC昉式時，復(fù)用數(shù)字通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道作為主時鐘，兩側(cè)保護(hù)裝置均應(yīng)設(shè)置為從時鐘方式，即均從復(fù)用數(shù)字通信系統(tǒng)中提取同步時鐘信號：否則保護(hù)裝置將無法與通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道進(jìn)行復(fù)接。3實(shí)例介紹我公司月湖變貴月12線保護(hù)是由許昌繼電器廠生產(chǎn)的GXH803-1021微機(jī)保護(hù)（命名為B套）和南京電

7、力自動化研究院生產(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)均為分相電流差動保護(hù)和零序電流差動保護(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光纖分相電流差動保護(hù)裝置以分相電流差動保護(hù)作為縱聯(lián)保護(hù)。分相電流差動保護(hù)可以通過64KB/S數(shù)字同向接口復(fù)接終端，2M數(shù)字或者專用光纜作為通道，傳送三相電流及其他數(shù)字信號。使用專用光纖作為通信媒介時采用了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)換過程.差動繼電器動作簡單可靠，動作速度快，在故障電流超過額定電流時，確保跳

8、閘時間小于25mg即使在經(jīng)過大接地電阻故障，故障電流小于額定電流時，也能在30ms以內(nèi)正確動作，而零序電流差動保護(hù)大大提高了整個裝置的靈敏度，增強(qiáng)了耐過渡電阻能力。分相電流差動保護(hù)主要由差動cpu模件及通信接口組成，差動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，另外專門加裝的PC膜接接口裝置則完成數(shù)據(jù)碼型轉(zhuǎn)換，時鐘提取等同向接口功能3.1 啟動元件差動保護(hù)啟動元件包括相電流突變量啟動元件，零序輔助啟動元件，低電壓啟動元件和利用TWJ的輔助啟動元件分相電流差動保護(hù)啟動元件邏輯框圖I>IQDIo>IoIVS

9、Oms-OmsU<52V三1nUl<90V對側(cè)啟動TWJATWJBTWJC&三1本側(cè)啟動信息發(fā)往對側(cè)QDS=13.1.1 相電流突變量啟動元件保護(hù)啟動元件用于啟動故障處理程序及開放保護(hù)跳閘出口繼電器的負(fù)電源，各個保護(hù)模件以相電流突變量為主要的啟動元件，啟動門檻由突變量啟動定值加上浮動門檻，在系統(tǒng)振蕩時自動抬高突變量啟動元件的門檻。零序電流啟動元件、靜穩(wěn)破壞檢測元件為輔助啟動元件。延時30ms以確保相電流突變量元件的優(yōu)先動作判據(jù)為：I>IQA1。25AIt其中a、b、c三種相別，T為20msI為相電流突變量It為相電流不平衡量的最大值當(dāng)任一相電流突變量連續(xù)三次大于啟動門

10、檻時，保護(hù)啟動3.1.2 零序電流輔助啟動元件為了防止遠(yuǎn)距離故障或者經(jīng)過大電阻故障時相電流突變量啟動元件靈敏度不夠而設(shè)置。該元件在零序電流大于啟動門檻并持續(xù)30ms后動作3.1.3 低電壓輔助啟動元件用于弱饋負(fù)荷側(cè)的輔助啟動元件，該元件在對側(cè)啟動而本側(cè)未啟動的情況下投入，相電壓52V或者相間電壓90V時本側(cè)被對側(cè)拉入故障處理（簡要說明，對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，無電源或弱電源側(cè)相電流突變量啟動元件靈敏度可能不夠，不能滿足差動保護(hù)雙端同時啟動才能出口的必要條件，因此可能拒動）3.1.4 利用TWJ的輔助啟動元件作為手合故障時，一側(cè)啟動而另外一側(cè)不啟動時,未合側(cè)保護(hù)

11、裝置的啟動元件3.1.5 .2分相差動原理動作判據(jù)如下:IM+IN>Icd(1)IIM+IN|>4Ic(2)IIM+IN|三Iint(3)IIM+IN|>KBI_|IM-IN|(4)KBL為差動比例系數(shù)系數(shù)，內(nèi)部固定為0.5,Icd為整定值(差動啟動電流值);Iint為四倍額定電流；零序差動對高阻接地故障起輔助保護(hù)作用.原理同分相差動，零序差動比例系數(shù)保護(hù)內(nèi)部固定為KOBL=0.8,Ic為正常運(yùn)行時計(jì)算得到的電容電流3.3 通信可靠性光纖差動保護(hù)中通信可靠性是影響保護(hù)性能至關(guān)重要的因素，因此對通信進(jìn)行了嚴(yán)密細(xì)致的監(jiān)視，沒幀數(shù)據(jù)進(jìn)行crc校驗(yàn)，錯誤舍棄，錯誤幀數(shù)達(dá)到一定值時，報(bào)

12、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)出告警信號并閉鎖保護(hù)，一旦通信恢復(fù)，則自動恢復(fù)保護(hù).3.4 跳閘邏輯3.4.1 差動保護(hù)可分相跳閘，區(qū)內(nèi)單相故障時，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，跳三相3.4.3 當(dāng)控制字采用三相跳閘時任何時候均跳三相3.4.4 零序電流差動具有兩段,1段延時60ms選相跳閘,II段延時150ms三跳3.4.5 兩側(cè)差動都動作才確定為本相區(qū)內(nèi)故障3.4.6 收到對側(cè)遠(yuǎn)跳命令發(fā)永跳3.5 手

13、合故障處理手動合閘時，差動保護(hù)自動抬高至額定電流In,以防止正常合閘時線路充電電流造成差動保護(hù)誤動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發(fā)永跳出口,這時永跳命令通過光纖傳送到對側(cè)，閉鎖對側(cè)重合閘，防止對側(cè)開關(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.本功能可經(jīng)過控制字投退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)傳信號通道，可用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)跳及遠(yuǎn)傳信號功能.用于遠(yuǎn)跳的開入連續(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)過編碼,crc校驗(yàn),再由光電轉(zhuǎn)換后發(fā)送至對側(cè).同樣收到對側(cè)數(shù)據(jù)后經(jīng)過crc校驗(yàn)，解碼提取遠(yuǎn)跳信號，而且只有連續(xù)三次收到對側(cè)遠(yuǎn)跳

14、信號才確認(rèn)出口跳閘.遠(yuǎn)跳用于直接跳閘時,可經(jīng)過就地啟動閉鎖，當(dāng)保護(hù)控制字整定為遠(yuǎn)跳經(jīng)本地啟動閉鎖時，收到對側(cè)遠(yuǎn)跳信號500ms保護(hù)沒有跳閘，保護(hù)發(fā)“跳信號長期不復(fù)歸”報(bào)文.同時，用于遠(yuǎn)傳信號的開入連續(xù)5ms確認(rèn)后，再過遠(yuǎn)跳信號同樣的處理傳送至對側(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，所以有上述要求2）WXH80裝置有故障或需將保護(hù)全停時，應(yīng)先斷開跳閘出口壓板，再斷開直流電源.裝置發(fā)“告警I”信號時一般為硬件異常、定值

15、出錯和采樣錯誤等同時閉鎖保護(hù)出口回路的+24V電源，強(qiáng)烈建議將次故障信號作為緊急缺陷，通知調(diào)度或有關(guān)繼電保護(hù)人員以便做出處理.3）差動保護(hù)的投入退出，兩側(cè)保護(hù)應(yīng)同時進(jìn)行.通道異?；蚬收蠒r應(yīng)將兩側(cè)差動保護(hù)退出.如果只退出一側(cè)差動壓板，另一側(cè)將給出“對側(cè)縱差退出”報(bào)文，并閉鎖對側(cè)保護(hù).4）裝置重合閘退出時，只斷開重合閘出口壓板，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)行異常判斷和處理正常運(yùn)行時，“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EPRO跳誤EEPR

16、O糙誤開出異常AD錯誤零漂越限定值區(qū)無效切換到有效定值區(qū)定值校驗(yàn)錯誤重新輸入正確定值閃存錯誤呼喚停機(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)載不對稱PT斷線PT斷線燈亮，呼喚檢修PT回路PT三相失壓PT斷線燈亮，呼喚W(wǎng)XH80裝置異常告警及其處理正常時“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燈顯示故障現(xiàn)象故障原因異常處理運(yùn)行不發(fā)光通訊中斷，無報(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)重新寫程序4)更換接口板通信告警發(fā)紅

17、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切斷保護(hù)出口回路+24V電源1) 硬件異常2) 定值錯3) 采樣錯更換保護(hù)板告警II發(fā)紅光發(fā)本地及中央告警信號1) TV斷線2) 開關(guān)量錯3) TA斷線1) 檢查交流回路是否異常2) 檢查開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通道中斷或誤碼率高檢查光纖、通道出現(xiàn)上述信號時，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，并及時向調(diào)度和繼電保護(hù)人員反映異常情況，以便及時做出相應(yīng)處理。關(guān)于旁路光纖保護(hù)在旁路帶路的問題旁路光纖保護(hù)在旁路代路時不方便操作，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試，而且經(jīng)常性拔插也容易造成活接頭的損壞，因此