线路光纤差动保护装置
刘雍
摘 要：光纤差动保护由于其灵敏度高，动作速度快，安全可靠，不受系统运行方式影响等特点而在超高压线路保护中有着日益广泛的应用。本文介绍了光纤差动保护的基本软硬件原理、通信机制原理及光纤通道调试方法。
关键词：光纤差动保护；调试方法；光纤通道
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0131-03
随着光纤通信技术的快速发展，光纤通道作为继电保护通道得到了大量的应用。和其它通信方式相比，光纤通信有以下明显的优点：通信容量大；中继距离长；不受电磁干扰；资源丰富；重量轻；体积小等。光纤通道作为纵联保护的通道方式在220kV及以上电压等级的超高压线路保护中得到了推广使用。光纤差动保护由于其原理简单、性能可靠等优点在超高压线路保护中得到了广泛应用。[1]500kV线路双光纤差动保护配置已列入反措规定要求执行。光纤差动保护的通道调试也成为了实际运行维护中的重点。[2]
1 光纤差动保护的原理及特点
光纤电流差动保护是将线路两端的电流量通过实时采样进行同步比较以确定故障范围。其典型的保护配置有：变化量差动；稳态差动I段；稳态差动II段；零序电流差动。
两侧的电流差动保护必须一侧设为主机方式，另一侧设为从机方式。两侧装置一侧作为同步端，另一侧作为参考端。以同步方式交换两侧信息，参考端采样间隔固定，并在每一采样间隔中固定向对侧发送一帧信息。同步端随时调整采样间隔至误差允许范围内，如果满足同步条件，就向对侧传输三相电流采样值；否则启动同步过程，直到满足同步条件为止。[3]
差动保护采用两侧差动继电器交换允许信号的方式，安全性高。对于较长的输电线路，电容电流较大，为提高经大过度电阻时的灵敏度，需进行电容电流补偿。当发生区外故障时，TA可能会暂态饱和，可采用较高的制动系数和自适应浮动制动门槛，保证在较严重的饱和情况下不误动。装置异常或TA断线，本侧的启动元件和差动继电器可能动作，但对侧不會向本侧发允许信号，从而保证差动保护不会误动。变化量差动继电器，由于只反映故障分量，不反映负荷电流，因此灵敏度高，动作速度快。零序电流差动保护引入了低制动系数、经电容电流补偿的稳态相差动选相元件，灵敏度高，在长线经高阻接地时也能选相跳闸。[4]
2 光纤差动保护的光纤通道组成方式
目前500kV线路双光纤通道有以下三种方式：两路专用光纤芯；一路专用光纤芯加一路复用光纤；两路复用光纤。
2.1 两路专用光纤芯
通常只在两厂站间线路距离较短（小于20km）且具有直通的两路不同物理路由的光缆条件下才采用这种通道方式。这种通道方式具有如下特点：（1）通道组织相对简单，与通信专业界面清晰；（2）占用通信资源较多。在较长的线路上由于经济性和技术性的原因不能采用该方式。
2.2 一路专用光纤芯加一路复用光纤
一般在两厂站间只有一路直通光纤路由和一路迂回光纤路由的情况下，会考虑采用这种通道方式。这种通道方式有如下特点：（1）保证了继电保护设备使用了两路不同物理路由的光纤通道，通道可靠性强；（2）从继电保护设备厂家提供光设备的性能和使用寿命综合考虑，建议线路长度在60km以下时可使用该方式。
2.3 两路复用光纤
在两个厂站之间距离比较长，且具备直通和迂回的光纤路由的情况下，应考虑采用该方式。这种通道方式有如下特点：（1）通道同时采用了光缆和同轴电缆的连接。（2）通道接口较多，中间环节容易出现问题，可靠性降低。（3）保护专业与通信专业间重叠的地方较多，容易出现设计和施工的盲区。
工程应用实例：某站500kV XX线线路长度为102km，如采用专用通道，按光缆0.3dB/km的衰耗计算，则线路衰耗0.3dB/km*102km=30.6dB，一般保护装置的接受灵敏度为-35dB左右。故采用了两路复用光纤通道。如图1所示。
该变电站SDH网络有两个，SDH1在主控楼通信机房，SDH2在继保室。由于500kV继保室离通信机房比较远，而尾纤的传输距离有限制，故通道一在继保室经ODF架转为光缆连接至通信机房的ODF架。
3 光纤差动保护的通道传输光功率测试
3.1 专用光纤方式
专用光纤方式的光纤通道由于通道单一，实际应用中故障少，问题易解决，通道连接如图2所示。调试时用光功率计测试两端的保护装置及保护通信接口装置发光功率和接收功率，并记录测试值。可按照图示进行测试，，分别用光功率计测量保护装置发信端（TX）尾纤的光功率——保护装置的发光功率和保护装置收信端（RX）尾纤的光功率——保护装置接收到的光功率。测试时应了解保护装置和保护通信接口装置的发光功率是否在厂家的给定围内，同时测试尾纤及接头是否完好。测试时应保证对侧光纤通道的完好性，本侧的接收电平与对侧的发光功率相比较，两者差值=0.3dB*线路长（km）+1-3dB。常用保护装置的发光功率及接收灵敏度见表1，若测试光功率损耗较大时，应与保护装置的生产厂家确认保护装置的发光功率。差动保护的通道延时可在保护装置上查看。
目前保护采用的为单模光纤（黄色），（安稳从机与主机的连接，采用多模光纤，尾纤颜色为（橙色）。
单模光纤的传输衰耗为0.2-0.8dB/km，计算中，一般取为0.3dB/km，连接器衰耗（FC接口）为0.2-1dB，一般取 0.5 dB熔接点衰耗为0.2dB.假定一专用通道的保护，线路长度为30km，对侧保护的发光功率为-12dB，则本侧保护实际接收电平该为：
（一般通道测试时，可以由上述公式计算下保护的接收电平，然后再与实测接收电平计较，一般都很接近的，相差不大）。
3.2 复用通道方式
复用传输通道由于中间环节多，时延长，出现问题的概率比专用纤芯大，通道连接如图3所示。在进行光纤保护通道联调前必须先进行通道调试，确定通道的信号传输性能，减少联调中可能出现的问题。测试时注意事项：（1）在测试点1、测试点2进行测试时对侧应保证通道的完好性。（2）应注意保护装置的时钟设置是否正确。
复用通道光纤保护装置或光电转换装置的接受电平=复接接口装置发光功率+连接器衰耗（FC接口），连接器衰耗较小，经验值一般小于1dB。若误差较大，原因一般是光纤接口接触不良。[5]
4 光电转换装置测试、光纤传输通道测试
纵联保护及远跳信号使用的光纤通道主要分为专用光纤芯和复用SDH两种，通道连接分别如图4、图5所示。
测试时应测试光纤通道的传输延时。测试方法：（1）对侧开关三相分位，若收信、发信有接录波器，模拟主保护动作，直接从录波器查看收信、发信时间差T，通道延时=T/2；（2）对侧开关三相分位，利用发信、收信接點作停时/计时接点，时间差T，通道延时=T/2；（3）对侧开关三相分位，本侧保护装置收发信报文的时间差T，从而计算通道延时=T/2。光纤电流差动保护通道时延可在保护装置面板上进行查看。[4]
光电转换装置通道传输时整个光纤通道的传输延时一般情况下应不大于12ms，并注意与通信专业测试的通道延时比对。若通道延时超过12ms，应向相应保护厂家核实保护通道延时是否满足功率倒向延时要求。[6]
5 结语
光纤差动保护作为500kV超高压线路的主保护，在电力系统安全稳定运行中具有重要地位。光纤差动保护涉及继电保护和通信两个专业，这对继电保护专业技术人员的专业技能提出了更高的要求，随着数字化变电站等电力技术的发展，在实际调试和运行维护中需要越来越多的对继电保护和通信都精通的专业技术人员，熟练掌握光纤差动保护的调试方法，确保电力系统安全稳定运行。
参考文献
[1]广东省电力调度通信中心.广东省电力系统继电保护反事故措施及释义，2007版[M].北京：中国电力出版社，2007.
[2]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009.
[3]张丽丽.云南电网光纤差动保护应用分析[J].云南电力技术，2009，37（2）：27-28.
[4]RCS-931系列超高压线路成套保护装置技术和使用说明书[Z].南京：南京南瑞继保电气有限公司.2004.
[5]CSC-103A（B）数字式超高压线路保护装置说明书系列超高压线路成套保护装置技术和使用说明书[Z]. 北京：北京四方继保自动化股份有限公司，2006.
[6]石恒初，王珍意.光纤差动保护远跳功能的应用与分析[J].云南电力技术，2011，（6）：28-29+32.
