光纖差動保護(hù)原理分析培訓(xùn)講學(xué)

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?；舴蚧倦娏鞫桑?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(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(shí)地向

2、對側(cè)傳遞 采樣數(shù)據(jù)， 同時(shí)接收對側(cè)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(shí)動作跳閘，判為區(qū)外故障時(shí)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。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(hù)系材威示意圖當(dāng)線路在正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，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，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(shí)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(shí)，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)的動作特性方程時(shí)， 保護(hù)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(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(shí)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(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

4、差， 此時(shí)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(shí)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(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)

5、差動元件判為區(qū)內(nèi)故障發(fā)出跳閘命令時(shí)， 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(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PCM方式；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）1星甲方式矗丄去yRelayCOM-2FCMPCMCOM-2遺信接口戮芋

6、克耳設(shè)畜垓字傳簡設(shè)岳數(shù)空愴輪設(shè)胃數(shù)字復(fù)甲遼備通信摟口怦剛偌護(hù)號怡N創(chuàng)裸護(hù)裝JSii專用方式S3光纖差動保護(hù)與通信柔統(tǒng)的連接示意團(tuán)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(shí)、同步， 因此時(shí)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(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(shí)鐘同步。當(dāng)采用復(fù)用PCM方式時(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，

7、 即均從復(fù)用數(shù)字通信系統(tǒng)中提取同步時(shí)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 1 2 線保護(hù)是由許昌繼電器廠 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GPSL603保護(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

8、其他數(shù)字信號。 使用專用光纖作 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(shí)，確保跳閘時(shí)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(shí)，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(gè)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，

9、另外專門加裝的PCM復(fù)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 >IQD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(gè)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(shí)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(shí)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(dāng)任一相電流突變量連續(xù)三次大于啟動門檻時(shí)，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(shí)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(shí)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(shí) , 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(hù)雙端同時(shí)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(shí) , 一側(cè)啟動而另外一側(cè)不啟動時(shí) , 未合側(cè)保護(hù)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(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(shí)計(jì)算得到

12、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(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(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)

13、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344零序電流差動具有兩段，1段延時(shí)60ms選相跳閘，11段延時(shí)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 手合故障處理手動合閘時(shí) ， 差動保護(hù)自動抬高至額定電流 In， 以防止正常合閘時(shí) 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(shí)發(fā)永跳出 口， 這時(shí)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)

14、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)跳信號才確認(rèn)出口跳閘 . 遠(yuǎn)跳用于直接跳閘時(shí) , 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(shí) , 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(shí),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

15、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保護(hù) 只配置斷路器控制裝置而WXH-80猱護(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(shí)，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(shí)一般為硬件異常、定值出 錯和采樣錯誤等同時(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(shí)進(jìn)行.通道異?；蚬收蠒r(shí) 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

16、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(shí)，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.GPSL603裝置運(yùn)行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裝置反映RAM昔誤告警，呼喚，閉鎖保護(hù)EPR 0錨誤EEPRO錯誤開出異常AD錯誤處理措施備注停機(jī)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(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

17、 喚W(wǎng)XH80裝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1發(fā)紅光發(fā)本地及中央1)硬件更換保護(hù)板告警信號切斷異常保護(hù)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(guān)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(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試， 而且經(jīng)常性拔插也容易造 成活接頭的損壞，因