光纖差動(dòng)保護(hù)原理分析培訓(xùn)講學(xué)

1、光纖差動(dòng)保護(hù)原理分析光纖電流差動(dòng)保護(hù)是在電流差動(dòng)保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來(lái)的， 基本 保護(hù)原理也是基于克?；舴蚧倦娏鞫?， 它能夠理想地使保護(hù)實(shí)現(xiàn) 單元化，原理簡(jiǎn)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(méi)有電聯(lián)系， 提高了運(yùn)行的可靠性。 目前電流差動(dòng)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(dòng)作簡(jiǎn)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(wú) 法比擬的。光纖電流差動(dòng)保護(hù)在繼承了電流差動(dòng)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(duì)側(cè)1 原理介紹光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)借助于線路光纖通道， 實(shí)時(shí)地向

2、對(duì)側(cè)傳遞 采樣數(shù)據(jù)， 同時(shí)接收對(duì)側(cè)的采樣數(shù)據(jù)， 各側(cè)保護(hù)利用本地和對(duì)側(cè)電流 數(shù)據(jù)按相進(jìn)行差動(dòng)電流計(jì)算。 根據(jù)電流差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性方程進(jìn)行 判別，判為區(qū)內(nèi)故障時(shí)動(dòng)作跳閘，判為區(qū)外故障時(shí)保護(hù)不動(dòng)作。光纖 電流差動(dòng)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(dòng)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(dòng)保護(hù)的動(dòng)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(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性對(duì)于光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)而言， 其差動(dòng)保護(hù)一般采用如圖 2 所 示的雙斜率制動(dòng)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(dòng)電流， Ir 表示制動(dòng)電流， K1、K2 分別表示不同的制動(dòng)斜率。采用這樣的制動(dòng)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(dòng)特性 更為可靠。由于線路兩側(cè)電流互感器的測(cè)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(dòng)保護(hù)在利用本地和對(duì)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(dòng)保護(hù)必須按躲過(guò)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(guò)該不平衡電流 對(duì)差動(dòng)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(cè)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(dòng)電流的動(dòng)作門坎。當(dāng)

5、差動(dòng)元件判為區(qū)內(nèi)故障發(fā)出跳閘命令時(shí)， 除跳開(kāi)線路本側(cè)斷路 器外，還借助于光纖通道向線路對(duì)側(cè)發(fā)出聯(lián)跳信號(hào)， 使得對(duì)側(cè)斷路器 快速跳閘。2 對(duì)通信系統(tǒng)的要求光纖電流差動(dòng)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(jiàn)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(jiǎn)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(hào)怡N創(chuàng)裸護(hù)裝JSii專用方式S3光纖差動(dòng)保護(hù)與通信柔統(tǒng)的連接示意團(tuán)光纖電流差動(dòng)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(duì)光纖電流差動(dòng)保護(hù)至關(guān)重要。當(dāng)電流差動(dòng)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(hào)從對(duì)側(cè)保護(hù)傳來(lái)的信 息編碼中提取，從而保證與對(duì)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(hào)： 否則保 護(hù)裝置將無(wú)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(dòng)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(dòng)保護(hù)和零序電流差動(dòng)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(dòng)保護(hù)裝置以分相電流差動(dòng)保護(hù)作為縱 聯(lián)保護(hù)。分相電流差動(dòng)保護(hù)可以通過(guò)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(hào)。 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(guò)程.差動(dòng)繼電器動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠，動(dòng)作速度快，在故障電流超過(guò)額定電 流時(shí)，確保跳閘時(shí)間小于25ms即使在經(jīng)過(guò)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(dòng)作，而零序電流差動(dòng) 保護(hù)大大提高了整個(gè)裝置的靈敏度，增強(qiáng)了耐過(guò)渡電阻能力。分相電流差動(dòng)保護(hù)主要由差動(dòng) cpu模件及通信接口組成，差動(dòng) 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(dòng)元件差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)元件包括相電流突變量啟動(dòng)元件，零序輔助啟動(dòng)元 件，低電壓?jiǎn)?dòng)元件和利用TWJ的輔助啟動(dòng)元件分相電流差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)元件邏輯框圖 I >IQD相電流突變量啟動(dòng)元件保護(hù)啟動(dòng)元件用于啟動(dòng)故障處理程序及開(kāi)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(dòng)元 件，啟動(dòng)門檻由突變量啟動(dòng)定值加上浮動(dòng)門檻，在系統(tǒng)振蕩時(shí)自 動(dòng)抬高突變量啟動(dòng)元件的門檻。零序電流啟動(dòng)元件、靜穩(wěn)破壞檢 測(cè)元件為輔助啟動(dòng)元件。延時(shí)30ms以確保相電流突變量元件的優(yōu) 先動(dòng)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(dòng)門檻時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)3.1.2 零序電流輔助啟動(dòng)元件為了防止遠(yuǎn)距離故障或者經(jīng)過(guò)大電阻故障時(shí)相電流突變量啟動(dòng)元 件靈敏度不夠而設(shè)置。該元件在零序電流大于啟動(dòng)門檻并持續(xù) 30ms 后動(dòng)作3.1.3 低電壓輔助啟動(dòng)元件用于弱饋負(fù)荷側(cè)的輔助啟動(dòng)元件 , 該元件在對(duì)側(cè)啟動(dòng)而本側(cè)未啟 動(dòng)的情況下投入，相電壓52V或者相間電壓90V時(shí)本側(cè)被對(duì)側(cè)拉入 故障處理（簡(jiǎn)要說(shuō)明 , 對(duì)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(wú)電源或弱電源側(cè)相電流突變量啟動(dòng)元件靈敏度可能不 夠,

11、 不能滿足差動(dòng)保護(hù)雙端同時(shí)啟動(dòng)才能出口的必要條件, 因此可能拒動(dòng)）利用TWJ的輔助啟動(dòng)元件作為手合故障時(shí) , 一側(cè)啟動(dòng)而另外一側(cè)不啟動(dòng)時(shí) , 未合側(cè)保護(hù)裝置 的啟動(dòng)元件3 .2 分相差動(dòng)原理動(dòng)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(dòng)比例系數(shù)系數(shù)，內(nèi)部固定為0.5,Icd為整定值（差動(dòng)啟 動(dòng)電流值 ）;Iint 為四倍額定電流 ; 零序差動(dòng)對(duì)高阻接地故障起輔助保 護(hù)作用. 原理同分相差動(dòng) , 零序差動(dòng)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(dòng)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(duì)通信進(jìn)行了嚴(yán)密細(xì)致的監(jiān)視 ,沒(méi)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行 crc 校驗(yàn), 錯(cuò)誤舍棄 , 錯(cuò)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(hào)并閉鎖保護(hù) , 一旦通信恢復(fù) , 則自動(dòng)恢復(fù)保護(hù) .3.4 跳閘邏輯3.4.1 差動(dòng)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(dòng)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(dòng)都動(dòng)作才確定為本相區(qū)內(nèi)故障3.4.6 收到對(duì)側(cè)遠(yuǎn)跳命令發(fā)永跳3.5 手合故障處理手動(dòng)合閘時(shí) ， 差動(dòng)保護(hù)自動(dòng)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(dòng)保護(hù)誤動(dòng)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(guò)光纖傳送到對(duì)側(cè) ， 閉鎖對(duì)側(cè)重合閘 ， 防止對(duì)側(cè)開(kāi) 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(hào).本 功能可經(jīng)過(guò)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(hào)通道 , 可用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)跳及遠(yuǎn) 傳信號(hào)功能用于遠(yuǎn)跳的開(kāi)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(guò)編碼,crc校驗(yàn),再由光電轉(zhuǎn)換后發(fā)送至對(duì)側(cè).同樣 收到對(duì)側(cè)數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò) crc 校驗(yàn), 解碼提取遠(yuǎn)跳信號(hào) , 而且只有連續(xù)三 次收到對(duì)側(cè)遠(yuǎn)跳信號(hào)才確認(rèn)出口跳閘 . 遠(yuǎn)跳用于直接跳閘時(shí) , 可經(jīng)過(guò) 就地啟動(dòng)閉鎖 , 當(dāng)保護(hù)控制字整定為遠(yuǎn)跳經(jīng)本地啟動(dòng)閉鎖時(shí) , 收到對(duì) 側(cè)遠(yuǎn)跳信號(hào)500ms保護(hù)沒(méi)有跳閘，保護(hù)發(fā)“跳信號(hào)長(zhǎng)期不復(fù)歸”報(bào)文.同時(shí),用于遠(yuǎn)傳信號(hào)的開(kāi)入連續(xù)5ms確認(rèn)后,再過(guò)遠(yuǎn)跳信號(hào)同樣的 處理傳送至對(duì)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(kāi)跳閘出口壓板， 再斷開(kāi)直流電源 . 裝置發(fā) “告警 I ”信號(hào)時(shí)一般為硬件異常、定值出 錯(cuò)和采樣錯(cuò)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(hào)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(dòng)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(dòng)保護(hù)退出.如果只退出一側(cè)差動(dòng)壓板，另一側(cè)將給出“對(duì)

16、側(cè)縱差退出”報(bào)文，并閉鎖對(duì)側(cè)保護(hù).4）裝置重合閘退出時(shí)，只斷開(kāi)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(cuò)誤開(kāi)出異常AD錯(cuò)誤處理措施備注停機(jī)檢修零漂越限定值區(qū)無(wú)效切換到有效定值區(qū)定值校驗(yàn)錯(cuò)誤重新輸入正確定值閃存錯(cuò)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(duì)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(hào)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(wú)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(hào)切斷異常保護(hù)出口回路2)定值+ 24V電源錯(cuò)3)采樣錯(cuò)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(hào)線2) 開(kāi)關(guān)量錯(cuò)3) TA 斷線回路是否異常2)檢杳開(kāi)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(hào)通道中斷或誤碼率高檢杳光纖、通道出現(xiàn)上述信號(hào)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(wèn)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(cè)試， 而且經(jīng)常性拔插也容易造 成活接頭的損壞，因