光纤差动保护启动分析（通用7篇）
光纤差动保护启动分析 篇1
1 前言
光纤通信有着传输容量大、损耗小、抗电磁干扰能力强、安全性好等优点。因此, 由光纤通道构成的保护, 其运行可靠性更高。以微波通道和载波通道传输保护信息的“双高频”保护配置模式虽仍在电网内大量使用, 但已不是保护的发展趋势, 以光纤通讯传输信息的数字化保护正逐步占据主导地位, 在云南电网最近几年的新建、扩建、改造工程中, 逐步采用并形成了光纤纵联保护的组合配置模式, 应用最广的是光纤电流差动保护与高频保护构成的双套快速主保护。
2 光纤差动保护的典型问题
2.1 数据同步处理
电流纵差保护是将两侧电流进行实时的同步比较以判断故障范围。不仅要求本侧保护对三相电流进行同步采样, 而且要保证线路两侧保护采样同步, 还要补偿信号沿通道传输的延时。常见的同步方法有:
1) 采样数据修正法。
2) 时钟同步法。
3) 相位同步法。
4) GPS同步法。
2.2 有较好的制动特性
电流纵差保护的制动特性决定了区内故障与区外故障的动作边界, 反映在量上就是制动斜率的大小。制动特性应能保证区内故障时保护快速开放, 而区外故障时保护可靠闭锁。同时为防止在区外故障时不平衡电流增大造成保护误动, 保护应根据线路电流的大小自动采取不同的制动斜率, 从而达到更好的制动效果。
2.3 线路电容电流对保护的影响
超高压、长距离输电线路分布电容大, 电容电流对电流纵差保护的影响也不能被忽略, 应在保护装置中采取有效的电容电流补偿措施。
2.4 对CT饱和及CT断线的处理
CT断线会在保护装置中形成差流, 处理不当, 就可能造成保护出口误动跳闸。电流纵差保护应有相应的电流判据去闭锁保护。区外故障时会造成线路一侧CT严重饱和, 使一次电流不能正常传变到二次侧, 差动保护出现差流, 如果制动电流不是很大, CT 饱和产生的差流可能会导致差动保护误动。这也是电流纵差保护应该考虑的问题。
3 PSL-603型光纤差动保护
3.1 保护配置情况
PSL-603型光纤差动保护装置以分相电流差动保护合零序电流差动保护作为全线速动主保护, 以距离保护和零序方向电流保护作为后备保护。表1中列举了PSL-603系列几种保护的配置情况。
3.2 分相电流差动保护原理
PSL-603光纤分相电流差动保护装置以分相电流差动作为纵联保护。差动保护启动元件除了相电流突变量启动元件、零序电流辅助启动元件, 增加了低电压启动元件和利用TWJ的辅助启动元件。低电压启动元件作为弱馈负荷侧的辅助启动元件, 在对侧启动而本侧不启动的情况下投入, 低电压元件启动后本侧即参与故障处理;利用TWJ的辅助启动元件作为手合于故障时, 一侧启动另一侧不启动时, 未合侧保护装置的启动元件。
分相差动保护的动作判据为:
undefined
或者
undefined
其中Ib=IINT* (KBL2-KBL1) /KBL1
为常数。KBL1, KBL2为差动比例系数, 其中KBL1为0.5, KBL2为0.7;ICD为整定值 (差动启动电流定值) ;IINT为四倍额定电流。比例差动特性见图1。
3.3 数据同步
采用数值同步方法可灵活快速同步, 数据同步只需要3个点, 不需要额外数据调整算法和过程。
3.4 对CT断线及CT饱和的处理
PSL-603分相电流差动保护中采用零序差流来识别CT断线, 并且可以识别出断线相。由于PSL-603A采用电流突变量作为启动元件, 负荷电流情况下的一侧CT断线只引起断线侧保护启动, 而不会引起非断线侧启动, 而且只有在两侧差动继电器同时动作时才出口跳闸, 因此保护不会误动作, 这就实现了对CT断线的识别。
在处理CT饱和的问题上, PSL-603A采用了自适应比率制动的全电流差动继电器, 通过制动系数自适应调整使得差动保护在提高区外故障时安全性的同时保证了区内故障时动作的可靠性。
4 结束语
光纤纵差保护以其原理简单, 性能可靠的优点广泛应用于云南电网高压线路的继电保护中。随着电网的发展和继电保护技术的发展, 保护功能将会日趋完善, 保护配置也将会日趋优化、合理, 光差保护无疑将为云南电网做出更大的贡献。
参考文献
[1]PSL603 (A、C、D) 型数字式线路保护装置技术说明书[R].国电南京自动化股份有限公司, 2003年3月.
光纤差动保护启动分析 篇2
光纤电流差动保护以原理简单、动作快速、可靠性高等优点在超高压线路中得到越来越广泛的应用。官地水电站500kV高压电缆保护采用光纤电流差动保护, 在#2机组投运前进行主变冲击受电试验时, 该高压电缆保护发生误动作, 且一侧保护装置动作跳闸, 而另一侧保护装置闭锁动作。本文通过现场检查和分析, 找出了故障原因并排除了故障, 同时给出该类保护装置的运维建议。
1 原理介绍
官地水电站500kV高压电缆是从主变高压侧敷设至GIS开关站, 长约800m。为实现对该高压电缆的保护, 在高压电缆两侧安装有国电南自的PSL 603U型保护装置, 如图1所示。
PSL 603U型保护装置以纵联电流差动 (分相电流差动和零序电流差动) 为全线速动保护, 借助专用光纤通道, 实时对高压电缆两侧进行采样数据的传递交换, 利用本地和对侧电流数据分相进行差动电流计算。根据常规电流差动继电器的动作方程, 在高压电缆发生区内故障时, 保护动作发三相跳闸令, 由主变侧保护装置跳开发电机出口开关, GIS侧保护装置跳开主变高压侧两侧开关。
2 事件过程
某年5月25日, 对官地水电站#2主变进行冲击受电试验, 冲击前系统运行方式为500kV IM、IIM运行, #2主变高压侧两个开关均在热备用状态。当日1时18分, 合上靠IIM侧500kV开关, 由系统对#2主变进行冲击受电试验, 此时监控系统报“500kV#2电缆保护1 (主变侧) 光纤差动动作”。现场检查500kV#2电缆保护1 (主变侧) 装置跳闸指示灯点亮, 500kV#2电缆保护1 (GIS侧) 、500kV#2电缆保护2均未动作, 一次设备无异常。
根据现场打印的保护动作报告可知, 该年5月25日1时18分9秒714毫秒, 500kV#2电缆保护1 (主变侧) 启动, 选相A, 差流为0.127A, 大于差动动作定值0.05A, 79ms后纵差保护出口;500kV#2电缆保护1 (GIS侧) 启动, 6 075ms后光纤通道异常。
3 事件分析
根据保护装置故障波形, 在保护启动时刻, 主变侧保护装置接收到的GIS侧A相电流明显小于本侧 (如图2所示) , 而GIS侧保护装置采集的A相电流也明显小于主变侧 (如图3所示) , 且比较三相电流, 也可看出GIS侧A相电流明显小于B、C相。结合第二套保护装置未启动且一次设备无异常, 可判断GIS侧保护装置A相电流采集回路存在问题。
现场检查发现, 500kV#2电缆保护1 (GIS侧) 装置背板后的交流模拟量模件上A相电流端子伴随有放电现象。经查该接线端子虚接未紧固, 造成保护装置采集电流不稳定产生差流, 从而导致保护装置误动作。
随之而来的问题是:纵联保护两侧装置均已检测出差流且两侧装置均已启动, 两侧保护装置均应动作出口, 但现场只有主变侧电缆保护动作, 而GIS侧并没有动作。
检查GIS侧保护装置动作报告, 发现GIS侧保护装置CPU启动后6s报“光纤通道异常”, 通道异常编码为“10”。众所周知, 作为纵联电流差动保护数据传输的载体, 光纤通道的可靠性不容忽视。PSL 603U保护装置时刻对光纤通道的通信进行监视, 每帧数据进行CRC校验, 错误舍弃, 错误帧数大于一定值时, 报通道失效;通信为恒速率, 每秒收到的帧数为恒定值, 如果丢失帧数大于某给定值, 报通道中断;对通道的误码率要求参照DL/T 5062—1996《微波电路传输继电保护信息设计技术规定》中有关条款, 当通道误码率大于10-6时, 闭锁采样值差动, 报通道异常, 编码为“10”。由此可判断发生故障时GIS侧保护装置所监测的光纤通道发生异常且误码率大于规定值。
由图3可知, GIS保护装置接收到主变侧的电流波形相比主变侧保护装置本身所采集的电流波形有明显畸变现象, 如K1、K2处。考虑到CT虚接时的放电现象, 再结合PSL 603U保护装置背板 (如图4所示) , PSL 603U保
护装置的交流模拟量模件和保护CPU模件相邻, 其中保护CPU模件亦实现光纤通道的收发工作。由此证明了上述判断, 即GIS侧保护装置背板交流模拟量模件A相电流端子发生虚接放电, 导致回路产生了高压, 严重干扰了其相邻光纤传输模块, 使其接收信息的误码率超出规定值, 以致发生通道异常闭锁GIS侧差动, 引起保护拒动。
现场将虚接的GIS侧PSL 603U保护装置背板后交流模拟量模件的A相电流端子紧固。在之后进行的多次主变冲击试验中, 两侧装置采样均正常, 通道数据收发亦正常, 误码率为0, 两侧高压电缆保护未再误动。
4 防范措施
从此次事件可看出, 光纤通道虽然较以往所采用的常规通道形式抗干扰能力强, 但也会因一些特殊情况而影响其传输品质。为了防止此类事件再次发生, 继保人员在运维中应做好防范措施。
(1) 对于新投运或二次回路有较大变动的保护装置, 必须用一次电流进行检验并判断CT二次接线是否正确可靠。
(2) 在对CT二次回路接线的检查中不能只关注从CT端子箱至保护装置端子排的接线, CT本体引出线、保护装置背板的接线可靠性均要检查确认到位, 以防止CT二次回路开路、虚接。
(3) 在光纤通道投运前, 定检及调整时应对其进行严格的检查测试, 尤其是检查熔接头、连接头等处是否接触良好, 不发光功率、接受灵敏度通道延时、误码率等指标是否满足运行要求。
(4) 在运行中要利用保护装置加强对光纤通道的监视, 发现误码、中断等异常情况应及时检查、排除。
5 结束语
光纤电流差动保护涉及继电保护和通信两个专业, 在工作的界面和衔接环节上不可避免地存在交叉或空白。继保人员应避免仅重视保护性能试验, 而忽视对光纤通道的检查分析, 从而影响了保护功能。
摘要：针对一起光纤电流差动保护误动作事故, 介绍了光纤电流差动保护的基本原理, 并通过分析保护装置故障录波图找出了故障原因, 同时为避免再发同类事故, 提出了该类保护装置的运维防范措施。
关键词：电流差动,CT开路,通道误码,干扰
参考文献
[1]许庆强, 张勇刚, 周栋骥, 等.光纤通道传输品质对线路保护PSL-603U影响的试验研究[J].电力系统保护与控制, 2010, 38 (11) :75~80
[2]贺家李, 宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社, 2004
[3]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京:中国电力出版社, 1999
[4]贺家李, 李永丽, 董新洲, 等.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社, 2010
光纤电流差动保护联调方案 篇3
近年来,随着通信技术的发展和光缆的使用,光纤分相电流差动保护作为线路的主保护之一得到了越来越广泛的应用。而且这种保护在超高压线路的各种保护中,具有原理简单,不受系统振荡、线路串补电容、平行互感、系统非全相、单侧电源等方式的影响,动作速度快,选择性好,能可靠地反应线路上各种类型故障等突出优点。
目前由于时间、地域、通信等条件限制,继电人员常常无法密切配合进行两侧纵联差动保护功能联调,造成联调项目简化,甚至省略的现象时有发生,这样极为不利于继电人员对保护功能的细致了解,因此本文将结合南瑞RCS-931和四方CSC-103型光纤差动保护装置简要说明两侧差动保护联调的试验步骤。
1 光纤分相电流差动保护基本原理
光纤分相电流差动保护借助于线路光纤通道,实时地向对侧传递采样数据,各侧保护利用本侧和对侧电流数据按相进行差动电流计算。
动作电流(差动电流)为:
制动电流为:Ires=︱IM-IN︱
比例制动特性动作方程为:
式中:IM、IN分别为线路两侧同名相相电流,并以由母线流向线路为正方向;ICD为差动保护动作门槛;K为比例制动系数,一般K<1。
线路内部故障时,两侧电流相位相同,动作电流远大于制动电流,保护动作;线路正常运行或区外故障时,两侧电流相位反向,动作电流为零,远小于制动电流,保护不动作。
南瑞公司的RCS-931采用此种动作特性,四方公司的CSC-103采用双斜率制动特性,如图1,可以保证在小电流时有较高的灵敏度,而在电流大时具有较高的可靠性,即区外故障时因CT特性恶化或饱和产生传变误差,此时采用较高斜率的制动特性更为可靠[1]。
2 光纤通道联调
将保护使用的光纤通道连接可靠,通道调试好后保护装置没有“通道异常”告警,装置面板上“通道异常”或“通道告警”灯应不亮。
2.1 检查两侧电流及差流
由于线路两侧CT变比可能不同,保护装置需要人为设定变比系数或补偿系数,使理想状态下两侧的二次电流在区外故障和正常运行时大小一致,差流为零。
假设M侧保护的“CT补偿系数”定值整定为km,二次额定电流为Inm,N侧保护的“CT补偿系数”定值整定为kn,二次额定电流为Inn,若在M侧加电流IM,N侧显示的对侧电流为IM×km×Inn/kn×Inm,若在N侧加电流IN,N侧显示的对侧电流为IN×kn×Inm/km×Inn。南瑞RCS-931和四方CSC-103通常设CT一次额定电流大的装置系数为1,小的一侧装置系数整定为其CT一次额定电流除以对侧一次额定电流。
2.2 模拟线路空充时故障或空载时发生故障
差动保护只有在两侧压板都处于投入状态时才能动作,两侧压板互为闭锁。同时在正常运行情况下,只有两侧起动元件均起动,两侧差动继电器都动作的条件下才能出口跳闸,而且每一侧差动继电器动作后都要向对侧发一个允许信号。可存在如果线路充电时故障,开关断开侧电流起动元件不动作,开关合闸侧差动保护也就无法动作的情况,因此就产生了通过开关跳闸位置起动使差动保护动作的功能,跳位起动方式如图2。
试验方法就是N侧开关在分闸位置,M侧开关在合闸位置,两侧主保护压板均投入,在M侧模拟各种故障,故障电流大于差动保护定值,M侧差动保护动作,N侧不动作。
2.3 模拟弱馈功能
当线路一侧为弱电源侧或无电源侧,内部短路时流过无电源侧的电流可能很小,因此其起动元件可能不动作。保护装置不能向对侧发送允许信号,导致电源侧差动保护拒动。为此,南瑞RCS-931和四方CSC-103都采用使用单端电压量进行辅助判别来解决这个问题,弱馈起动方式如图3[2]。
试验方法是两侧开关均在合闸位置,主保护压板均投入,在N侧加小于60%Un,在M侧模拟各种故障,故障电流大于差动保护定值,两侧差动保护均动作跳闸。这种判据可以减少PT断线对差动保护的影响,即使当弱馈侧PT断线,也不会因无法起动而闭锁差动保护[3]。
2.4 远方跳闸功能
母线故障及开关与CT之间故障时,两侧电流方向相反,差流很小,差动保护不动作,为使对侧保护快速跳闸,只有在故障侧起动元件起动情况下,向对侧传送母差、失灵等保护的动作信号,驱动对侧保护永跳。
试验方法是使M侧开关在合闸位置,“远跳受本侧控制”或“远跳受起动元件控制”控制字置0,在N侧使保护装置只要有远跳开入,M侧保护就能跳闸;在M侧将“远跳受本侧控制”或“远跳受起动元件控制”控制字置1,在N侧使保护装置有远跳开入的同时,只有使M侧装置起动,M侧保护才能跳闸。
3 需要注意的问题
保护装置定检时,两侧保护都处于PT断线状态,如果在光纤通道正常的情况下试验差动功能,恰巧此时对侧差动保护也投入,而且对侧保护没有跳位开入,若本侧加入大于差动保护定值的故障电流,则与弱馈故障的情况一致,就会使对侧保护动作,如果对侧开关确实在合闸位置,就可能使对侧开关跳闸,同理本侧开关也可能被对侧跳开,这可能会损伤人身或设备,应该避免发生。因此在保护定检前,一定要做好这方面的安全措施,就是断开光纤通道,防止弱馈起动或远跳起动造成开关误跳闸。
4 结论
各型号的光纤电流差动保护有各自的特点,通过联调试验能更好地掌握各型号光纤差动保护的性能,因此这方面的试验也不容忽视。
参考文献
[1]廖晓玉,臧睿,胡家跃.光纤电流差动保护及整定计算[J].继电器,2006,34(21):9-13.LIAO Xiao-yu,ZANG Rui,HU Jia-yue.Line Fiber Optical Differential Protection and Its Setting Calculation[J].Relay,2006,34(21):9-13.
[2]王尔寒,王强,路光辉,等.浅析电压量在高压线路光纤差动保护中的作用[J].继电器,2004,32(23):66-76.WANG Er-han,WANG Qiang,LU Guang-hui,et al.Brief Analysis of Voltage Effect on HV Differential Protection Based on Optical Fiber[J].Relay,2004,32(23):66-76.
光纤差动保护启动分析 篇4
继电保护的通道有载波通道、微波通道、光纤通道和导引线通道四种。随着光纤通信技术的迅速发展, 光纤通道作为继电保护通道得到了大量的应用。光纤作为继电保护的通道介质, 具有防电磁干扰能力强、绝缘性能好、频带宽和衰耗低等优点。
光纤电流差动保护原理简单, 不受系统振荡、线路串补电容、平行互感、系统非全相运行、单侧电源运行方式等影响, 其优势正逐步取代传统的保护。差动保护本身具有选相能力、保护动作速度快等优点, 因而最适合作为主保护[1]。但随着应用范围的不断扩大, 运行中的光纤电流差动保护由于通道的原因暴露出许多问题, 经常因通道异常而退出运行, 给系统的安全稳定运行带来隐患。在云南电网最近几年的新建、扩建、改造工程中, 逐步采用并形成了光纤纵联保护的组合配置模式[2]。以下针对云南电网内发生的纵联保护未动作事件, 分析光纤通道异常及光纤差动保护拒动的原因, 并提出可行有效的改进方案, 使电网中继电保护更准确和迅速, 从而实现电网安全、稳定、可靠、有效地运行。
2 光纤电流差动保护存在的问题
光纤电流差动保护采用基于基本电流定律的保护原理, 继承了电流差动保护的优点, 采用可靠稳定的光纤传输通道, 确保了传送电流的幅值和相位能正确可靠地传送到对侧。光纤通道在光纤电流差动保护中起重要作用, 保护通道的异常影响着光纤电流差动保护, 因此须对通信通道中的各个环节包括光端机、通道衰耗、复用接口盒、时钟设置以及现场的复用设备等进行详细检查, 防止由于通信通道导致保护不能正常工作。常见问题包括:
1) 保护装置的技术指标主要包括:光收发功率、接收灵敏度、光收发模块的稳定性, 由于接触不良、老化等原因不能满足技术指标要求。在运行过程中, 若不检查装置的这些指标, 会因接触不良、接头有灰尘、温度老化方面的因素降低通道指标, 造成误码率增大, 保护动作行为受影响。
2) 光纤电流差动保护定检主要基于通道完好的情况, 如采用尾纤连接定检试验, 实际误码率低。随着保护装置的运行, 光器件老化、通道接触、光纤老化, 会造成通道衰减和误码率增大。须考虑正常误码及许可误码情况下保护装置的动作行为, 确保装置在许可误码内保护装置能正确动作。
3) 由于光纤电流差动保护是基于通道的纵联保护, 通道的时延、间断对保护性能产生影响。采用双通道的光纤电流差动保护, 须检查双通道保护动作情况及单通道的动作情况。采用复接PCM设备时, 有条件时应检查PCM的其他业务对光纤电流差动保护的影响。在目前的光纤电流差动保护定检中均未考虑这些影响[3]。
3 实例分析
某220kV某线路Ⅱ回线C相故障。保护配置为主一保护:RCS-931BM (通道:光纤) ;主二保护:RCS902BFZ (通道:光纤 (允许式) +收发信机 (闭锁式) ) , 如图1所示。相关专业工作人员对保护动作报告进行了分析并到现场进行检查和事故分析。
从动作报告可以看出:主一光纤差动保护未动作, 主二光纤纵联距离、光纤纵联零序保护未动作。查看保护录波报告, 主一保护启动时差动保护处于退出状态, 主二保护启动后每侧保护判断正方向后长发信, 但对侧光纤通道收信时有时无, 可见光纤传输通道存在异常。
录波图显示:甲变侧C相故障电流消失后, 甲变侧和乙变侧的光纤收信都恢复正常, 而乙变侧的故障电流在收信正常后仍持续了约5mS才消失。
检查RCS-931BM的告警记录时发现, 当时差动保护也有退出记录。查系统事故记录, 该时刻500kV另一线路II回C相发生接地故障, 甲变保护测距11.6kM。
检查两侧通信机房和通道状况。乙变两套保护装置与接口装置的光功率收、发均正常, 故障前5天内通道状态均良好, 没有误码和异常, 故障期间误码和报文异常数增加比较多。检查通信机房, 通信接口屏有接地线至电缆沟中的100mm2接地铜牌, 通信设备SDH也有接地线至接地铜牌, 2M同轴电缆配线架没有专用的接地线至电缆沟中接地铜牌, 仅与屏相连, 通过屏接地。
甲变两套保护装置与接口装置的光功率收、发均正常, 故障期间误码和报文有异常记录。甲变的220kV此线路II回通信接口屏安装在220kV通信机房内, 该机房内的保护使用设备只有220kV此线路I、II回线路保护通信接口屏 (其它220kV线路保护未使用光纤通道) , 屏内从MUX-2MC引出的同轴电缆经电缆井接至500kV通信机房内的SDH设备, 长度约40米, 电缆井内有强电电缆。且屏柜底下并没有铺设接地铜牌, 屏柜内的接地铜牌连接到槽钢上。而安装在500kV通信机房内其余保护的通信接口屏、SDH设备底下均有接地铜牌。机柜内的铜牌和机柜底下 (地网) 的接地铜牌是用专用接地线连接的。
4 解决方案
针对此220kV某线路II回光纤差动保护两次记录的通道异常状况都是发生在系统出现接地故障, 且故障点距离甲变较近的时刻。考虑到同轴电缆的信号传输要依靠地网, 且其传输信号较弱 (约1V左右) , 地电位的变化、传输距离长以及其它信号的窜入对信号有较大的影响, 初步断定此220kV某线路II回线路光纤纵联保护的未动作和甲变侧的通道工作环境不理想有直接的关系。因此提出以下方案以解决保护通道存在的问题:
1) 增加接地铜牌来优化通道的工作环境, 以解决通道干扰。
2) 增加接地铜牌的方法只解决了抗干扰的部分问题。要缩短光纤信号的传输距离, 减少电磁干扰, 还需把保护通信接口屏放置在距离通信设备 (SDH) 较近的地方。
5 光纤差动保护装置改进方案
5.1 对通道的要求
光纤电流差动保护传输电流的瞬时值以及电流相量的实部和虚部, 在求动作电流和制动电流时是同一时间的两端电流的相量和相量之差, 要求两端同步采样;要求工作在收发路由一致 (对称) 的传输通道中。通道正常运行或通道切换后, 双向路由须一致, 光纤电流差动保护的传输通道大多为固定路由通道, 不具有自愈功能, 不进行自动的通道切换。而光纤距离保护装置传输的是逻辑命令信号, 不要求传输通道的对称性。不仅可工作在任何传输通道, 也能工作在任何形式的光纤自愈环网中。两种保护装置对通道的要求不同, 这对改进保护装置来说, 是一个很好的契机, 特别是针对最近几年用的最多的光纤电流差动保护装置, 对改进装置的性能和扩大装置的使用范围上都有很大的促进作用。
5.2 改进方案
目前国内外保护厂家都研发了双光纤通道的电流差动保护, 正常运行时, 两个光纤通道的数据被分别存放在缓存区中, 两个通道的数据互为备用, 当其中一个通道中断时或数据帧丢失时, 可实现数据的无缝切换, 对于两个通道的数据如何使用, 不同的厂家有不同的做法, 主要有单保护模块和双保护模块两种[4][5], 如图2所示。以下介绍220kv某线路Ⅱ回线用的是单保护模块。
考虑到可以扩大光纤电流差动保护装置的适用范围, 在光纤电流差动保护装置中增加光纤距离保护功能。在光纤差动保护装置中增加光纤距离保护功能, 软件修改的难度不大, 但就如何运行则有不同的方案。
方案一:将目前双光纤电流差动保护改为一个光纤电流差动和一个光纤距离保护, 光纤电流差动和光纤距离保护相互独立。
方案二:在双光纤电流差动保护的基础上增加光纤距离保护的功能。正常运行时光纤电流差动保护工作, 光纤距离保护功能退出, 当通道中出现干扰, 通道工作环境不理想, 可能导致光纤电流差动保护无法正常工作, 此时将保护装置切换至光纤距离保护模式。
两种方案各有利弊, 采用方案一:可以弥补正常运行时光纤电流差动保护对通道质量要求高的不足, 即使出现通道质量欠佳, 光纤距离保护仍可使用, 主保护不至于完全退出运行;采用方案二:对装置在正常进行时的性能和可靠性几乎没有影响, 由于光纤电流差动保护和光纤距离保护的帧结构不同, 保护装置应能适应通信接口的变化。
两种方案的提出对于光纤电流差动保护装置来说, 解决了两侧保护装置的采样同步的问题, 进一步扩大了光纤电流差动保护装置的适用范围。对于通道中出现干扰, 造成采样不同步, 对光纤距离保护功能没有影响, 所以改进后的保护装置还可以继续工作在此光纤通道, 继续维护电网的安全稳定运行。
6 结 论
光纤通信技术的发展及其在继电保护中的广泛应用, 使得光纤电流差动保护成为220kv及以上电压等级线路保护的首选配置。本文就如何处理光纤通道的异常及光纤电流差动保护拒动提出了解决方案, 结合通信、保护各专业之间的协调、沟通, 对现场设备进行调整及改进。同时解决方案中提出的光纤电流差动保护与其他保护的配合使用, 受到相关人员的关注, 对解决好光纤通道的干扰问题起到了关键的作用。
参考文献
[1]李瑞生, 王强, 文明浩, 王尔寒.WXH-803光纤电流差动保护的研究[J].继电器, 2004, 32 (2) :40-43.
[2]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.
[3]倪伟东, 李瑞生, 李峥峰.光纤电流差动保护通道试验及研究[J].继电器, 2005, 33 (8) :68-70.
[4]赵曼勇, 周红阳, 余江, 杨晋柏.光纤电流差动保护在应对冰灾期间采用公用通信网通道的改进措施[J].南方电网术, 2008, 2 (2) :27-30.
光纤差动保护启动分析 篇5
关键词：光纤,电流差动保护,调试
1 光纤电流差动保护的原理
光纤电流差动保护原理是基于基尔霍夫电流第一定律, 利用光纤作为数据传输通道将所保护的输电线路一侧的电流值传送至另一侧, 然后保护装置通过计算线路两侧的电流值来判断是否发生了故障。可以说在理想状态下 (即不考虑输电线路的分布电容、电导以及并联电抗器等因素的影响) , 电流差动保护对任何线路故障的检测都有效。由于电流差动保护所需要传输的信息量很大, 包括了电流的幅值以及相位等信息, 因此其对数据传输通道的要求较高。而光纤具有抗电磁干扰性能良好以及数据传输量大等优点, 正好可以满足上述要求。图1是光纤电流差动保护原理图, 定义从母线流向本保护线路的方向为电流正方向, 则动作电流Id=|IM+IN|, 制动电流Ir=|IM-IN|。
比例制动特性方程为:
Id>Iqd (1)
Id>K×Ir (2)
式中, Iqd为差动继电器的启动电流;K为比率制动系数。
若动作电流同时满足上述方程, 则差动保护动作切除故障[1]。
图2是比率制动特性图, 若输电线路内部发生故障, 则Id很大, 而Ir却很小, 工作点处于动作区内, 保护动作;如果输电线路外部发生故障, 则流过该输电线路的Id很小, 而Ir却很大, 工作点处于非动作区, 保护不动作。
2 光纤电流差动保护的优点及存在的缺陷
2.1 光纤电流差动保护的优点
光纤电流差动保护具有以下优点:以基尔霍夫定律为基础, 原理简单且具备天然的选相功能;能够迅速对故障进行响应并将其快速切除;能够自动适应系统运行方式的变化, 不会受到振荡的影响;PT断线不会对其造成影响。此外, 光纤电流差动保护还不受功率逆向的影响, 适用于短线路和串补线路。
2.2 光纤电流差动保护存在的缺陷
光纤电流差动保护存在的缺陷主要有:其对于光纤传输通道有很强的依赖性, 不仅要求传输不能中断, 还要求很低的误码率;此外, 不同的光纤差动保护所需要的通道也不同, 只能和相同型号的光纤差动保护构成整套保护。
虽然光纤电流差动保护存在一定的缺陷, 但其所具有的种种优点使其在输电线路保护领域有着极为广泛的应用。
3 光纤电流差动保护对光纤通道的要求
光纤传输通道对于光纤电流差动保护极为重要, 电流信息的传输是完全依赖光纤通道来进行的, 因此光纤传输通道的安全性和可靠性就显得尤为重要。由于纵差保护一般都是用作高压输电线路的主保护, 而光纤传输通道在纤芯受潮或断芯等故障情况下会导致传输数据出现大量误码甚至传输中断, 为了保证高压输电线路和电网的安全稳定运行, 必须确保纵差保护不会因为光纤传输通道问题而退出运行。因此, 为纵差保护配置备用光纤通道是十分有必要的。在进行电力通信工程的设计时, 无论是采用复用光纤通道还是专用光纤通道, 都要考虑光纤通道的双重化配置, 所敷设的光缆要预留一定的备用纤芯。如果采用普通光缆则要求敷设2根光缆, 且2根光缆最好要分开2个管道敷设;而采用OPWG光缆, 由于其安全性较高, 所以可以只配置1根光缆, 但要增加备用纤芯, 以确保通道的冗余。在确定备用通道所需纤芯数时, 应按100%后备考虑, 即1根工作纤芯就要同时配置1根备用纤芯[2]。
4 光纤电流差动保护运行维护中的注意事项
对于采用复用PCM通道的光纤电流差动保护, 其与复用PCM之间并无直接联系。正常运行情况下, 可通过环路试验来检查保护装置与光电转换接口之间光纤连接的完好性;可通过光纤网管系统来对PCM设备进行实时检查。但是当光纤转换接口—数字配线架—复用PCM之间的连接出现问题而导致光纤通道告警或者保护退出运行时, 由于运行维护人员缺乏处理故障的经验和有效的检测手段, 往往难以及时发现问题, 使得电流差动保护无法恢复正常运行, 从而影响到电网的安全与稳定。而对于专用光纤通道, 其也会存在断芯、光纤受潮、熔纤工艺不良、接头松动或积灰导致损耗增大等问题, 这些都是运行维护过程中容易忽视的地方。例如, 在实际现场敷设光缆时, 需要经过光缆终端箱, 通过熔纤工序和尾纤熔接在一起, 再和光纤跳线与保护的光纤接口连接。但在实际操作过程中, 往往在熔纤后是将工作通道和备用通道的尾纤都捆放在一起, 需要哪个通道就将哪个通道的尾纤接至保护装置。这种做法容易导致尾纤折断, 并混淆通道, 在操作上也十分不方便, 需要予以纠正[3]。
5 光纤电流差动保护的现场调试
高压输电线路的光纤电流差动保护现场调试工作一直以来难度都比较大, 输电线路两端的距离使得两侧保护不能调用相位处于同一基准的试验电源, 所以难以定量模拟分析线路区内及区外故障。因此, 调试过程中一般都是定性做故障的跳闸试验, 由断路器的跳闸来判断保护是否正确动作[4]。
(1) 在图1的M侧光纤电流差动保护加入三相电流并让N侧保护接收, 如果接收所显示的三相电流有效值处于误差范围以内, 则停止继续加电流;然后再换由N侧加电流, 由M侧接收并查看电流有效值是否符合要求。 (2) 将图1中M侧的断路器合闸, 而N侧断路器则处于分闸位置, 然后往M侧光纤差动电流保护中加入模拟的故障电流信号, 使得其保护动作并造成M侧断路器跳闸;再把M侧和N侧的断路器都合上, 并往N侧PT的二次回路中加入正常电压, 往M侧光纤差动电流保护中加入模拟的故障电流, M侧保护装置应动作但断路器不跳闸;继续保持M侧及N侧断路器处于合闸状态, 然后在N侧将PT二次回路所加的电压去掉, 并向其发送PT断线信号, 同时在M侧光纤差动电流保护中加入模拟的故障电流, 使得保护动作且M侧和N侧的断路器都跳闸。上述调试步骤都完成后再换由N侧重复进行, 直到断路器动作都正确无误, 才结束对光纤电流差动保护的调试。
6 结语
作为在高压输电线路主保护中有着广泛应用的保护装置, 光纤电流差动保护以基尔霍夫电流定律为基础, 能够有效而可靠地对区内和区外故障进行判断, 快速响应并将故障切除。而在实际的运行维护与调试过程中, 继保人员除了要集中精力做好保护装置本身的运维及调试之外, 还要积极与通信系统专业进行沟通与对接, 充分认识到光纤传输通道的安全对保证光纤电流差动保护可靠运行的重要意义, 要重视光纤通道以及备用通道的日常检修工作, 以保证电网的安全稳定运行。
参考文献
[1]刘小利, 姚宗溥, 祝石厚.光纤电流差动保护在固原电网中的应用[J].继电器, 2007 (10) :68～71
[2]夏建矿.关于输电线路光纤电流差动保护的若干问题讨论[J].电力系统保护与控制, 2010 (5) :141～144
[3]陈昌黎, 杨斌.GPS技术在光纤差动保护调试中的应用[J].湖北电力, 2010 (6) :16～17
基于光纤通信的电流差动保护装置 篇6
随着技术的进步, 光纤凭借自身良好的抗干扰性成为传导载体的重要载体, 通过广信进行传导, 信号大大增强, 继电器的保护动作十分迅速。随着新的光纤技术以及通信技术的发展, 通信成本逐渐下降, 电力通信网络化的发展以及光纤的大规模普及都为光纤的广泛应用提供了条件。当前我国的大部分电网都是采用光纤作为保护通道, 在应用中, 光纤保护在发生故障时都可以十分迅速地对故障作出判断并快速反应。
差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的, 根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理, 差动保护石将电器设备在保护装置中看做一个点, 正常的运行中流入和流出的电流应该是没有差别的, 那么差动电流就是零, 继电器就不需要保护行动。而如果设备出现故障, 流入的电流与流出的电流不一致, 保护动作就会将断路器跳开, 从而切断电源, 发挥保护作用。
二、光纤纵联差动保护的基本工作原理
光纤差动的保护原理与普通的联动保护原理大体一致, 都是需要通过计算三相电流的变化, 从而判断电流的流量是否是零, 并依此来确定是否发挥保护动作, 当电流互感器的二次侧电流继电器中有电流经过达到需要发挥保护的动作值, 那么保护装置就会发生反应, 自动跳开故障路线的开关, 从而保护电路。实际上不同的电流差动是需要借助光纤通道的, 即时地向对侧传递数据, 同时接受对方数据, 电流的采样信号经过编码形成光纤信号然后传递给对侧的保护装置, 当保护装置收到信号之后, 可以转换为电信号, 各侧保护利用本地和对侧电流数据按相进行差流计算。根据电流差动保护的特点来对故障进行判断, 判断故障是否是区内故障, 这时保护装置会自动跳闸, 如果是区外问题, 那么保护装置不需要任何动作。
光纤电流差动保护石在电流差动保护的机场上逐渐地发展而形成的, 在使用过程中, 发挥保护作用的原理是根据基本的电流定律, 能够迅速促进单元化, 同时不受运行方式的影响。
在实际的应用中, 光纤纵联差动保护是将被保护的电流的大小和相位传送到对侧然后进行比较的过程, 通过比较来判断线路内部是否存在故障的可能性, 同时针对性的进行保护动作。因为这种保护在运行的过程中不需要与相邻的线路进行配合, 所以可以全线速动也无需其他的保护, 这就降低了几点保护的难度, 方便了计算人员的工作开展。
三、光纤电流差动保护的应用
应用中, 光纤的电流差动微机保护装置时通过高性能的硬件、模块化的软件以及十分灵活的通讯系统来实现的, 这一系统是数字式传输的保护装置, 在我国220kV及以上输电线路的主保护及后备保护中发挥了很重要的作用。
3.1光纤电流差动保护装置的组成。
光纤电路差动保护的装置是由分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护, 这一保护装置是通过三段式距离保护、四段式零序电流保护构成的全套后备保护装置, 同时还拥有综合重合闸功能, 不仅如此, 该保护装置还具备断路器分相操作箱及能够实现交流电压切换的回路。
3.2光纤电流差动保护装置性能特点:
(1) 在光纤的电流差动保护装置中, 界面十分友好, 文字易懂, 方便打印。 (2) 高速的通信接口和两侧数据的同步, 也是光纤电流差动保护的一大特点。 (3) 通信方式十分灵活, 拥有RS485通信接口及以太网接口等独特优势。 (4) 在光纤保护装置中电路板使用表面贴装技术, 提高可靠性。 (5) 在这一保护装置中, 可靠地振荡闭锁功能能够保证发生故障时可靠闭锁, 从而切除故障。 (6) 光纤电流差动保护装置是各种保护原理的统一体。
结束语
光纤电路差动保护装置具有十分优越的功能, 可以确保电力系统保护的准确和速动, 在高压和超高压电路中都得到了十分广泛地应用。随着技术的不断发展, 通过不断进行技术改进, 到目前, 光纤保护的性能及稳定性极大提高, 保证了电网运行的可靠性。
摘要：当前在我国很多地区都已经开始启用光纤保护装置, 但是在应用的过程中, 如何对使用中的光纤进行保护是摆在当前光纤系统面前的难题, 根据光纤系统发挥作用的原理可以将其分为光纤电流差动保护和光纤纵联保护两种, 本文对光纤通信系统的电流保护装置进行解析。
关键词：光纤,电流差动保护原理
参考文献
[1]丁琰, 郑玉平, 唐国庆, 吴通华.自适应短数据窗抗电流互感器饱和线路差动保护算法[J].电力系统自动化, 2005 (21) .
[2]刘峰, 裘峰源, 刘健.光纤通道对光纤差动保护影响的试验研究[J].电力系统自动化, 2005 (13) .
光纤差动保护启动分析 篇7
光纤电流差动保护主要是依赖于通道,使线路两端的保护装置进行故障信息的交换,进而判别出是本线故障,还是区外故障,由此可以看出差动保护对通道的依赖性很强,通道的可靠性直接影响光纤差动保护的可靠性及电力系统的安全运行,因此光纤通道的可靠性显的尤为重要。但是,由于缺少相应的技术和设备,目前对通道的测试很困难。为了解决此问题,更加充分地暴露光纤电流差动保护通道存在的问题,保证保护可靠性及电力系统的安全运行,我们利用继电保护通道检测平台,制定了新的通道测试方法,它能够方便、准确的对通道延时、误码及中断等实现量化测试。
1 光纤通道测试现状
目前光纤电流差动保护在投运及定检时对保护装置性能的检验较多,考核的也充分,但对通道测试少,或者由于条件限制,对通道测试不充分。大部分只是对通道的光功率进行简单测量,部分网、省局主要是通过采用运行的通讯设备(SDH)对通道进行试验,此方法虽然具有真实、系统性强的优点,但往往试验周期长,测试不全面,通道的关键指标不能量化测试。对通道延时,尤其是收发通道的不对称延时、严重误码、中断等方面对保护性能的影响不能进行充分的测试,给电力系统的安全运行带来严重隐患。而利用继电保护通道检测平台的新型通道测试方法就能对光纤电流差动保护的通道进行充分的测试,避免通道给保护和系统带来的隐患。
2 继电保护检测平台的主要功能
继电保护通道检测平台是一种可以定量模拟64 kbps和2 Mbps信道干扰的设备,其原理框图如图1所示,它具有双2 M和64 k接口。测试时只要将光纤电流差动保护的通道接入继电保护通道检测平台中,通过改变其设置就能很方便地模拟现场通道出现的误码、延时和中断等各种异常情况。
继电保护通道检测平台可以实现以下功能。
2.1 通道叠加延时
继电保护通道检测平台可以实现收发通道两路同时叠加不同的延时,延时范围为0~50 ms,最小步长为0.5 ms,精度为±10%或±0.05 ms。
光纤电流差动保护都是基于通道收发延时相等的“等腰梯形”算法,进行保护装置同步调整,若通道收发延时不一致,就会影响保护同步调整精度,进而影响光纤电流差动保护灵敏度。通道延时过长,影响保护动作速度和同步调整,使光纤电流差动保护不能正常工作。一般要求当通道单向延时小于20 ms或通道收发双向不对称延时小于1 ms时,模拟区内典型故障,保护动作行为应正确,且符合各技术指标的要求。
2.2 通道叠加误码
继电保护通道检测平台可以实现收发通道两路同时叠加不同的误码,范围为0~1E+9可调,输入规则为n E+m(0≤n<10,1
误码对光纤电流差动保护的影响很大,这是由于一帧信息中有一位错误或多位错误对保护来说都是不能使用的,根本原因在于对保护实时性要求很高,既没有时间对出错的信息帧重发,也没有能力进行数据帧的修复,只好丢弃数据帧。每丢一帧数据,就相当于保护延时一帧数据判别。一般要求当通道误码率优于1E-6时,保护功能应正确,且符合各技术指标的要求;通道误码率约为1E-4时,模拟区内外故障保护应正确反应,区内故障保护动作在正常时间基础上不超过20 ms延时。
2.3 模拟通道中断
继电保护通道检测平台可以实现不同延时的通道中断,其范围为0~30 s之间任意值,精度为±10%或±2 ms(通道中断为每10 s内出现的通道中断)。
模拟通道中断主要是测试保护通道监视功能的正确性,对于单通道模式,当通道中断时间较大如:通道中断延时为5 s时,保护给出告警报文,闭锁保护,同时点告警灯;当采用双通道模式时,在任一通道误码达到1E-4时,装置自动切换到另一正常通道,选择正确的数据,不影响保护功能和性能。
由于其实现了对通道的量化考核,因此在考核通道延时、误码和通道中断时,我们能更准确,更方便的考核光纤通道对保护的影响,避免了使用光衰耗器准确度不够。这样就能给设计提供准确的数据。
3 继电保护通道检测平台在WXH-803A光纤差动保护测试中的应用
以昌南公司生产的TWM-1(G703)通信误码发生仪(其技术指标通过Sunlite E1测试仪的测试均满足其所提的精度要求)为例,说明继电保护通道检测平台在WXH-803A光纤差动保护通道测试中的应用。此平台在2006年10~12月WXH-803A保护通道的测试中得到了很好的应用。并在2007年2月的南方电网汉字编码试验中,方便地实现了对五大厂家光纤差动保护通道延时、误码和中断的测试,其准确度和方便性得到了大家的认可。
3.1 测试方案
以WXH-803A光纤差动保护通道的复用方式为例,在测试中将TWM-1(G703)通信误码发生仪串入光纤电流差动保护的通道中,通过它改变光纤电流差动保护通道的误码、延时和中断时间来考核保护的性能。接线图如图2所示。
3.2 通道异常时WXH-803A光纤差动保护应满足的要求
1)通道延时小于20 ms时,模拟区内故障保护应能正确动作,模拟区外故障保护应正确不动作;当通道延时大于20 ms时,保护应告警并闭锁保护。
2)通道误码率优于1E-4时,模拟区内故障保护应能正确动作,模拟区外故障保护应正确不动作;当通道误码大于1E-4时,保护应告警并闭锁保护。
3)通道中断时间大于5 s时,接受端保护给出告警报文,闭锁保护,同时点告警灯。
3.3 测试情况
3.3.1 通道叠加延时测试
通过设置TWM-1(G703)通信误码发生仪改变WXH-803A光纤差动保护通道的延时。
a)在通道收发延时一致的情况下,模拟区内,外各种故障考核保护的动作行为。具体测试结果如表1所示。
b)在通道收发延时不一致的情况下,模拟区内、外各种故障考核保护的动作行为。同时还应注意观察差动保护两侧电流采样值的角度是否满足要求。具体测试结果如表2所示。
3.3.2 通道叠加误码测试
通过设置TWM-1(G703)通信误码发生仪改变WXH-803A光纤差动保护通道的误码,在不同误码下,模拟区内、外各种故障考核保护的动作行为。具体测试结果如表3所示。
3.3.3 模拟通道中断测试
通过设置TWM-1(G703)通信误码发生仪模拟WXH-803A光纤差动保护通道中断。在不同中断下,模拟区内、外各种故障考核保护的动作行为。具体测试结果如表4所示。
3.3.4 模拟通道连续误码
通过设置TWM-1(G703)通信误码发生仪模拟WXH-803A光纤差动保护通道中的连续误码个数。在不同连续误码个数下,模拟区内、外各种故障考核保护的动作行为。具体测试结果如表5所示。
测试结果证明这些在传统测试方法中无法完成的测试项目在这里可以很方便快捷准确地完成。并能很好地满足用户对通道测试的需求。
4 结论
本文介绍了利用继电保护通道检测平台对光纤电流差动保护通道考核的方法,此方法不需要利用现场设备,模拟的通道延时、误码和中断准确度高。目前,该测试已经在许继电气股份有限公司的光纤差动保护的测试中广泛应用,在提高光纤差动保护及通道可靠性方面发挥了重要作用。
摘要：光纤通道的可靠性直接影响光纤差动保护的可靠性及电力系统的安全运行,但目前由于技术和设备的限制,对通道延时、误码以及中断缺少一种方便、快捷、有效的测试方法,针对光纤通道测试的实际情况,结合现有的通道测试技术,利用继电保护通道检测平台,制定了新的通道测试方法,并介绍了其实现的功能和应用情况,对光纤差动保护相关的通道测试部分有一定的指导意义。
关键词：光纤差动保护,通道测试,误码发生仪
参考文献
[1]李瑞生.光纤电流差动保护与通道试验技术[M].北京:中国电力出版社,2006.LI Rui-sheng.Optical Fiber Channel in Current Differential Protection and Experimen-tation on Channel[M].Beijing:China Electric Power Press,2006.
[2]倪伟东,李瑞生,李峥峰.光纤电流差动保护通道试验及研究[J].继电器,2005,33(8):68-70.NI Wei-dong,LI Rui-sheng,LI Zheng-feng.Experimen-tation and Research on Optical Fiber Channel in Current Differential Protection System[J].Relay,2005,33(8):68-70.
[3]唐成虹,付建明,刘宏君,等.光纤纵差保护装置中光纤数字接口的设计新方法[J].电力系统自动化,2005,29(2):83-85.TANG Cheng-hong,FU Jian-ming,LIU Hong-jun,et al.A New Method for the Design of the Fiber-optical Digital Interface in Current Differential Protection[J].Automation of Electric Power Systems,2005,29(2):83-85.