光纖差動保護原理分析培訓講學

1、光纖差動保護原理分析光纖電流差動保護是在電流差動保護的基礎上演化而來的， 基本 保護原理也是基于克?；舴蚧倦娏鞫?， 它能夠理想地使保護實現(xiàn) 單元化，原理簡單，不受運行方式變化的影響，而且由于兩側(cè)的保護 裝置沒有電聯(lián)系， 提高了運行的可靠性。 目前電流差動保護在電力系 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、能適應電力系統(tǒng)震蕩、 非全相運行等優(yōu)點是其他保護形式所無 法比擬的。光纖電流差動保護在繼承了電流差動保護的這些優(yōu)點的同 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借助于線路光纖通道， 實時地向

2、對側(cè)傳遞 采樣數(shù)據(jù)， 同時接收對側(cè)的采樣數(shù)據(jù)， 各側(cè)保護利用本地和對側(cè)電流 數(shù)據(jù)按相進行差動電流計算。 根據(jù)電流差動保護的制動特性方程進行 判別，判為區(qū)內(nèi)故障時動作跳閘，判為區(qū)外故障時保護不動作。光纖 電流差動保護系統(tǒng)的典型構(gòu)成如圖 1 所示。QF TATAQF>c-BAMT1£y a 1-e R1JI纖道字信端備 數(shù)通鏤蟆y a 1e RImaecIniab.c圖i光纖電涼差動保護系材威示意圖當線路在正常運行或發(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M側(cè)為送電端，N側(cè)為受電端，貝y, 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

3、反，此時線路兩側(cè)的差電流為零；當線路發(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， 當其滿足電流差動保護的動作特性方程時， 保護裝置發(fā)出跳閘令快速 將故障相切除。Is2IS1血圖E光纖電瀟差動保護的制動特性對于光纖分相電流差動保護而言， 其差動保護一般采用如圖 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

4、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行時產(chǎn)生 的充電電容電流等因素， 差動保護在利用本地和對側(cè)電流數(shù)據(jù)按相進 行實時差電流計算時，其值并不為零，也即存在一定的不平衡電流。 光差動保護必須按躲過此電流值進行整定，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 對差動保護的影響， 不同類型的保護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行整定， 即將在正常運行中保護裝置測量 到的差電流作為被保護線路的純電容電流， 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

5、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。2 對通信系統(tǒng)的要求光纖電流差動保護借助于通信通道雙向傳輸電流數(shù)據(jù)，供兩側(cè)保護進行實時計算。其一般采用兩種通信方式：一種是保護裝置以 64Kbps/2Mbps速率，按ITU-T建議G.703規(guī)定于數(shù)字通信系統(tǒng)復用 器的64Kbps/2Mbps數(shù)據(jù)通道同向接口，即復用PCM方式；另一種是 保護裝置的數(shù)據(jù)通信以64Kbps/ 2Mbps速率采用專用光纖芯進行雙 向傳輸，即專用光纖方式。（詳見圖3）1星甲方式矗丄去yRelayCOM-2FCMPCMCOM-2遺信接口戮芋

6、克耳設畜垓字傳簡設岳數(shù)空愴輪設胃數(shù)字復甲遼備通信摟口怦剛偌護號怡N創(chuàng)裸護裝JSii專用方式S3光纖差動保護與通信柔統(tǒng)的連接示意團光纖電流差動保護要求線路兩側(cè)的保護裝置的采樣同時、同步， 因此時鐘同步對光纖電流差動保護至關重要。當電流差動保護采用專 用光纖通道時，保護裝置的同步時鐘一般采用 "主-從"方式，即兩側(cè) 保護中一側(cè)采用內(nèi)部時鐘作為主時鐘，另一側(cè)保護則應設置成從時鐘 方式。設置為從時鐘側(cè)的保護裝置，其時鐘信號從對側(cè)保護傳來的信 息編碼中提取，從而保證與對側(cè)的時鐘同步。當采用復用PCM方式時, 復用數(shù)字通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道作為主時鐘， 兩側(cè)保護裝置均應設置為 從時鐘方式，

7、 即均從復用數(shù)字通信系統(tǒng)中提取同步時鐘信號： 否則保 護裝置將無法與通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道進行復接。3 實例介紹 我公司月湖變貴月 1 2 線保護是由許昌繼電器廠 生產(chǎn)的GXH803-10理微機保護（命名為B套）和南京電力自動化研 究院生產(chǎn)的GPSL603-621型微機保護（命名為A套）組成的雙光纖微 機快速保護，兩者主保護均為分相電流差動保護和零序電流差動保 護，以距離和零序方向電流保護為后備保護（以GPSL603保護為例）PSL603光纖分相電流差動保護裝置以分相電流差動保護作為縱 聯(lián)保護。分相電流差動保護可以通過64KB/S數(shù)字同向接口復接終端，2M 數(shù)字或者專用光纜作為通道， 傳送三相電流及

8、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,極大的提高了保護的性能， 并采用內(nèi)置式光端機 , 不需要任何光電轉(zhuǎn)換設備即可獨立完成光電轉(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，確保跳閘時間小于25ms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 保護大大提高了整個裝置的靈敏度，增強了耐過渡電阻能力。分相電流差動保護主要由差動 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，

9、另外專門加裝的PCM復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啟動元件邏輯框圖 I >IQD相電流突變量啟動元件保護啟動元件用于啟動故障處理程序及開放保護跳閘出口繼電器的負電源，各個保護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 >IQX 1。25A I

10、t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任一相電流突變量連續(xù)三次大于啟動門檻時，保護啟動3.1.2 零序電流輔助啟動元件為了防止遠距離故障或者經(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 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,

11、 不能滿足差動保護雙端同時啟動才能出口的必要條件, 因此可能拒動）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)保護裝置 的啟動元件3 .2 分相差動原理動作判據(jù)如下：IM+IN>lcd (1)IM+IN |>4lc (2)IM+IN |三 lint (3)(4)IM+IN >KBL IM-INKBL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 護作用. 原理同分相差動 , 零序差動比例系數(shù)保護內(nèi)部固定為 KOBL=0.8,Ic 為正常運行時計算得到

12、的電容電流3.3 通信可靠性光纖差動保護中通信可靠性是影響保護性能至關重要的因素 , 因 此對通信進行了嚴密細致的監(jiān)視 ,沒幀數(shù)據(jù)進行 crc 校驗, 錯誤舍棄 , 錯誤幀數(shù)達到一定值時 , 報通道失效 ; 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 , 一旦通信恢復 , 則自動恢復保護 .3.4 跳閘邏輯3.4.1 差動保護可分相跳閘 ,區(qū)內(nèi)單相故障時 ,單獨將該相切除 ,保 護發(fā)跳閘命令后250ms故障相仍有電流，補發(fā)三跳令；三跳發(fā)出后 250ms故障相仍有電流，補發(fā)永跳令3.4.2 兩相以上區(qū)

13、內(nèi)故障時 , 跳三相3.4.3 當控制字采用三相跳閘時任何時候均跳三相344零序電流差動具有兩段，1段延時60ms選相跳閘，11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)遠跳命令發(fā)永跳3.5 手合故障處理手動合閘時 ， 差動保護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誤動3.6 永跳遠傳功能本功能是當本側(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 關重合于故障.保護收到光纖通道遠傳令后發(fā) 60ms永跳出口信號.本 功能可經(jīng)過控制字投退3.7 遠跳遠

14、傳功能本裝置具備遠跳功能及兩路遠傳信號通道 , 可用于實現(xiàn)遠跳及遠 傳信號功能用于遠跳的開入連續(xù)8ms確認后，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,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, 解碼提取遠跳信號 , 而且只有連續(xù)三 次收到對側(cè)遠跳信號才確認出口跳閘 . 遠跳用于直接跳閘時 , 可經(jīng)過 就地啟動閉鎖 , 當保護控制字整定為遠跳經(jīng)本地啟動閉鎖時 , 收到對 側(cè)遠跳信號500ms保護沒有跳閘，保護發(fā)“跳信號長期不復歸”報文.同時,用于遠傳信號的開入連續(xù)5ms確認后,再過遠跳信號同樣的 處理傳送至對側(cè) .運行注意事項1) 根據(jù)兩套保護的配置 ,只

15、要有一套保護在投入運行 , 則要求兩 套保護的操作電源(在保護屏)均在投入位置，原因在于GPSL60保護 只配置斷路器控制裝置而WXH-80猱護裝置只配置操作箱，因為這兩 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全停時，應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、定值出 錯和采樣錯誤等同時閉鎖保護出口回路的 +24V電源,強烈建議將次故 障信號作為緊急缺陷，通知調(diào)度或有關繼電保護人員以便做出處理 .3）差動保護的投入退出，兩側(cè)保護應同時進行.通道異?；蚬收蠒r 應將兩側(cè)差動保護退出.如果只退出一側(cè)差動壓板，另一側(cè)將給出“對

16、側(cè)縱差退出”報文，并閉鎖對側(cè)保護.4）裝置重合閘退出時，只斷開重合閘出口壓板，且重合方式應與另一套運行的重合閘的重合方式一致，不允許單獨置于 “停用”位置.GPSL603裝置運行異常判斷和處理正常運行時，“運行”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RAM昔誤告警，呼喚，閉鎖保護EPR 0錨誤EEPRO錯誤開出異常AD錯誤處理措施備注停機檢修零漂越限定值區(qū)無效切換到有效定值區(qū)定值校驗錯誤重新輸入正確定值閃存錯誤呼喚停機檢修內(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

17、 喚W(wǎng)XH80裝置異常告警及其處理正常時“運行”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行不發(fā)光通訊中斷，無報1)接口1)關斷裝置告打印，但不影程序紊亂直流電源響保護運行和或丟失2)按面板上出口跳閘2)接口復位按鈕板芯片壞3)重新寫程序4)更換接口板通信告警發(fā)紅光接口板與某一接口板與保1)更換接口保護板不通訊護板通訊中板斷2)更換保護板告警1發(fā)紅光發(fā)本地及中央1)硬件更換保護板告警信號切斷異常保護出口回路2)定值+ 24V電源錯3)采樣錯告警II發(fā)紅光發(fā)本地及中央1)TV 斷1)檢查交流告警信號線2) 開關量錯3) TA 斷線回路是否異常2)檢杳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杳光纖、通道出現(xiàn)上述信號時，運行值班人員應詳細記錄各指示燈顯示情況和 有關事件打印報告，并及時向調(diào)度和繼電保護人員反映異常情況， 以 便及時做出相應處理。關于旁路光纖保護在旁路帶路的問題旁路光纖保護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