《宁夏电力｝２００９年增刊 光纤差动保护现场联调 金辉，张琴琴，秦鹏 ７５３０００） （宁夏石嘴山供电局， 宁夏 石嘴山市摘要： 根据线路实际运行时经常出现的故障类型，以银北电网应用最广的ＲＣＳ－９３１光纤差动保 护装置为例，介绍其相应动作逻辑构成和现场联调方法，并结合现场工作经验对光纤差动保护日常 维护工作中需要注意的问题进行了论述。 关键词：光纤差动；联调；允许信号 中图分类号： ｒＭ７７ 文献标志码： Ｂ 文章编号：１６７２—３６４３（２００９）ｚｋ一００５３－０３ １引言 光纤差动保护以绝对的选择性、灵敏度高、系统振 厶＝ＩＩＭ＋ＩＮｌ 差动继电器的制动电流为，ｒ ，＿＝ＩＩＭ—ＩＮＩ 荡时不会误动作、光纤通道抗干扰能力强以及其具有 的天然选相能力等优点成为高压输电线路保护的主流 保护。由于光纤差动保护是通过光纤通道传递两侧的 模拟量及开关量而实现的故障判别最终实现动作于跳 闸，因此在光纤差动保护的检验工作中针对线路运行 时可能出现的故障进行线路两侧的保护装置联调就显 得尤为重要。 ２ ＲＣＳ－９３１保护装置光纤电流差动保护基 图２差动比率制动特性 本原理及动作逻辑 ２．１纵联电流差动继电器的基本原理 如图１所示：箭头方向为电流的正方向（以母线流 纵联电流差动继电器的动作特性如图２所示，阴 影区域为动作区，非阴影区域为不动作区。图中 为差 动继电器的启动电流， 是该差动继电器的制动系数， Ｋ ＝ｌｄＩＩ，。差动继电器可以用以下两个数学表达式的 ‘与’逻辑表示为： Ｉａ＞ｉ 向被保护线路的方向规定为其正方向），差动继电器的 动作电流为，ｄ： Ｉｊ＞Ｋ ｜Ｔ 当线路内部Ｋ，点发生短路时， 、Ⅳ两侧电流都 为正方向，动作电流Ｉｊ＝ｌｉ ＋ Ｉ＝ＩＫ，此时动作电流等于 图ｌ系统图 短路点的短路电流 ，动作电流很大。制动电流 收稿日期： ２００９－－－０９—０８ 作者简介：金辉（１９８３一），男，助理工程师，从事继电保护工作。 ・５３・ 《宁夏电力））２００９年增刊 光纤差动保护现场联调 向对侧发送差动 动作允许信号 Ａ相差动动作 Ｂ相差动动作 Ｃ相差动动作 图３差动动作 ／，＝１／Ｍ一 Ｉ＝１／ ＋ Ｎ一２， Ｉ＝１／Ｋ一２ｉＮｌ，制动电流较小，小 路器三相均为分位并且任一相差流元件动作。纵联差 于短路点的电流，Ｋ。若两侧电流 ＝ ，则制动电流 动保护中除了电流变化量起动元件、零序电流起动元 Ｉ Ｍ．， Ｉ＝０，此时差动继电器的工作点落在动作特 件、位置不对应启动元件外还增加了一个“低压差流启 性的动作区，差动继电器动作；当线路外部Ｋ２点 动元件”，该启动元件应用于弱馈情况下。“低压差流启 短路时，Ｊ『 与 相位相反，流过本线路的电流为 动元件”启动的条件为：①差流元件动作；⑦差流元件 穿越性的短路电流，Ｋ，如果忽略线路上的电容电 动作相和动作相间的电压也就是短路路点的电压，该 流则， ＝ ， ＝一 。因此差动继电器的动作电流 电压低于０．６倍额定电压；③收到电源侧发的差动动作 Ｉ￣［ＩＭ＋ＩＮ［＝［ＩＫ－＂，ＫＩ＝０，制动电流 ＝Ｉ，ｈ广，Ｎ ｌ， （一，Ｋ）Ｉ＝２／Ｋ。 允许信号。 此时动作电流为零，制动电流时两倍的短路电流，制 动电流很大，差动继电器的动作点落在动作特性的不 ３ ＲＣＳ－９３１装置针对常见故障的保护联调 动作区，差动继电器不动作。所以此种差动继电器可 以区分线路正常运行、外部短路和内部短路，从而实 （１）两侧光纤差动保护联调前应先将光纤通道恢 现当本线路故障时动作切除故障。 复正常，更改相应的控制字或纵联码，此时通道异常 ２．２ ＲＣＳ－９３１保护装置光纤差动动作逻辑 灯应为熄灭状态，说明两侧通信正常。调试人员在ｌ侧 差动保护的动作逻辑为：两侧差动保护压板均投 Ａ、Ｂ、ｃ三相分别加入１ Ａ、２ Ａ、３ Ａ电流，ＩＩ侧机调试 入，且光纤通道正常，当本侧保护装置起动元件起动， 人员进入保护状态菜单中的“ＤＳＰ采样”中查看差流 保护装置进入故障计算程序计算两侧差流大于整定定 值是否与Ｉ侧所加值相同，此举验证两侧保护装置的 值电流值差动继电器动作，并且差动保护未被闭锁，此 ＴＡ变比系数设置是否符合现场电流互感器实际变 时收到对侧发送过来的差动动作允许信号，则本侧差 比，光纤通道传输的电流量的相别与幅值是否与对侧 动保护将动作于跳闸。其中发送差动动作允许信号的 所加量一致。 条件为：本侧的保护起动且差动继电器动作或本侧断 （２）使Ｉ侧断路器在合，ＩＩ侧断路器在分，将两侧 ．５４・ 《宁夏电力：＞２００９年增刊 差动保护压板都投入，给Ｉ侧加入大于差动定值电流 光纤差动保护现场联调 之间，所以Ｉ侧仍然给电路点提供故障电流，并且此 故障对差动保护来说是区外短路，差动保护是不动 量，给ＩＩ侧加入交流全电压，此时Ｉ侧差动保护动作， ＩＩ侧保护装置只启动。由于ＩＩ侧未加任何电流量，保 护装置未启动（因为ＩＩ侧断路器三相都在分位本侧的 突变量电流启动元件和零序电流起动元件均未启动， 而“低压差流启动元件”又由于母线电压未降低也不 启动），但ＩＩ侧断路器三相均在分位，并且本侧的差动 元件动作（差动继电器计算两侧电流矢量和大于整定 值）因此立即向Ｉ侧发“差动动作”的允许信号，Ｉ侧保 作的）给ＩＩ侧差动保护开入“远跳”信号，差动保护装 置发现“远跳”输人接点闭合后立即向Ｉ侧发送“远 跳”信号，Ｉ侧接收到“远跳”信号后经本侧的启动元 件开放后动作于跳闸。 （６）ＩＩ侧保护联调按照以上步骤进行。 ４光纤差动保护现场运行及调试中需要注 护满足差动动作条件，保护动作。这种方法是模拟实 际运行中在输电线路一侧断路器处于三相都断开状 态，而系统由另一侧对线路充电时在线路上发生短路 的情况。 （３）使两侧断路器都在合位，并将两侧差动保护压 板都投入，给Ｉ侧加入大于差动定值电流量，ＩＩ侧保护 加交流全电压，两侧保护都不动作。因为ＩＩ侧突变量电 流启动元件、零序电流启动元件和“低压差流启动元 件”均未启动，不向Ｉ侧发送“差动动作”允许信号，Ｉ侧 电流差动保护不能动作，虽然ＩＩ侧收到Ｉ侧发送来的 “差动动作”允许信号，但是由于ＩＩ侧保护未启动，不满 足电流差动动作条件，因而ＩＩ侧电流差动保护也不动 作。此方法是模拟线路正常运行时Ｉ侧ＴＡ断线时（因 为实际线路上没有故障，并且ＩＩ侧的ＴＡ未断线，其三 相电流是正常的，所以ＩＩ侧启动元件不启动），差动保护 不应误动作。 （４）使两侧断路器都在合位，并将两侧差动保护压 板都投入，给ｌ侧加入大于差动定值电流量，给ＩＩ侧保 护装置加入低于６０％交流二次额定电压，两侧差动保 护都动作。这是模拟输电线路ＩＩ侧为弱电侧即ＩＩ侧背 后为小电源或无电源，若此输电线路为空载或轻载状 态，并且ＩＩ侧即无电源又无中性点接地变压器，线路内 部发生短路故障时，弱电侧由于三相电流为零，又无电 流的突变，故电流变化量启动元件、零序电流启动元件 均不启动，此时弱馈逻辑中的“低压差流启动元件”满 足动作条件，ＩＩ侧向Ｉ侧发送“差动动作”允许信号，而 ＩＩ侧也收到Ｉ侧的允许信号并且差动继电器亦动作，因 此两侧的电流差动保护均动作跳闸。 （５）使Ｉ侧断路器在合位，保护定值中“远跳受本 侧控制”控制字置…１’，在ＩＩ侧保护装置端子排“远 跳开人”端子处开入＋２４的同时给Ｉ侧保护加入一大 于保护启动值的电流量，此时Ｉ侧差动保护动作。这 是模拟当ＩＩ侧断路器与电流互感器之间发生短路 时，ＩＩ侧母线差动保护动作跳开ＩＩ侧断路器的同时 （虽然ｕ侧断路器跳闸切断了由本侧流向短路点的 故障电流，但是由于短路点在断路器与电流互感器 意的事项 光纤通道作为光纤差动保护的重要组成部分，担当 着传输线路两侧电流量、开关量、差动允许信号等数据 的工作，在保护调试及日常的运行中光纤通道也经常 出现缺陷和问题。下面就现场工作中光纤通道出现的 问题及需要注意的事项做一简单介绍。 （１）国内的光纤差动保护装置都是采用采样时刻 调整法完成同步采样的，当光纤通道采用复用ＰＣＭ通 道时，就要求通道的收发路由相同，否则主机与从机之 间收发的通道传输延时就不相等，从而使两侧保护装 置采样时刻调整法无法调整到同步采样，产生不平衡 电流。因此在有条件的情况下应使用误码仪根据现场 ＭＵＸ机的速率对线路两侧进行误码率检测，以确保通 道的信号传输质量和路由的一致性。 （２）由于光纤熔接点的质量、尾纤接头，法兰盘的 表面不够清洁、光纤接头的缺口未完全卡人缺口、光缆 或尾纤的弯曲半经太小（弯曲半径小于３ ｃｍ）等原因， 造成光纤通道的总衰耗增大，使保护装置频繁发通道 告警。在日常的现场维护工作中应利用保护装置检修 的机会，用棉球沾无水酒精对尾纤接头等进行清洁，并 用光功率计检查对侧光纤的收信功率，校验收信裕度 应保证收信功率裕度至少在６ ｄＢｍ以上（如果不满足 要求可以在对侧装置内通过跳线增加发送功率），以确 保光纤通道能正常工作。 （３）若差动保护装置的通信时钟方式控制字设置 错误，保护装置也会报通道异常，使光纤差动保护退出 运行。因此现场调试及运行中要特别注意正确设置装 置的通信时钟方式。对于通信速率为６４ ｋｂｉｔ／ｓ的装置， 其“专用光纤（内部时钟）”控制字设置如下：①保护装 置通过专用纤芯通信时，两侧保护装置的“专用光纤 （内部时钟）”控制字设置为“１”（装置自动采用内时 钟）；②保护装置通过ＰＣＭ机复用通信时，两侧保护装 置的“专用光纤（内部时钟）”控制字设置为…０’（装置自 动采用外时钟）。对于通信速率为２０４８ ｋｂｉｔ／ｓ的装置， （下转第１０８页） ・５５． 《宁夏电力｝２００９年增刊 计量装置电压互感器二次回路压降不合格，６次测试的 平均值ｒｖ＝－０．６１４４％。电压互感器二次回路压降超标， 直接影响到２８１ １２落西乙线关口电能计量装置的计量 准确度。按照减少电压互感器二次压降后增计电量的 ｌ １０ ｋＶ落西乙线上网电量不平衡原因分析 乙线电能表计量电量，计算修正后的线损率与落西甲 线较为接近。 ５结论 经过以上测试分析，得出下述结论： 算法，以二次压降为０．Ｏ％的标准对表１所计落西乙线 ４个月的电量进行修正，并与落西甲线进行对比。具体 修正与对比数据如表ｌ２所示。 表ｌ２中 前为电量修正前线损率 后为电量修正 后线损率。 △ ＝Ｗ落一Ｗ西 （１） （１）安装于西部热电和落石滩变落西乙线两侧进 行电能计量的电能表均正常无误； （２）安装于西部热电和落石滩变落西乙线两侧进 行电能计量的互感器均运行正常； 式中：△ 一线路两侧电量差； （３）落石滩变电能计量装置电压互感器二次回路 压降超差，这是引起落西乙线两侧电量不平衡、造成线 损率偏大的主要原因。 （２） Ｗ落一落石滩变侧电量； 西一西部热电侧电量。 △Ｗ落＝ 落ｘ ｒｖ 式中：△ 蓐一电量修正值，也即二次压降引起的损 失电量； ｒｖ一现场二次压降测试平均值。 Ｗ 落＝Ｗ蓐十△Ｗ落 （３） ６结束语 （１）对落石滩变２８１１２落西乙线电能计量装置电 压二次回路进行整改，重点检查回路保险和各连接节 点，消除或降低接触阻抗。 （２）针对各类电量不平衡或线损偏大此类异常，可 以引人目前较为先进的分析测试仪器及系统，诸如 式中： 幕一修正后电量。 式（１）、式（２）、式（３）中符号和字母所表征的参数 与表１２中一致。 由表ｌ２分析可知，２８１１２落西乙线二次压降误差 导致的损失电量较大，而且与线路两侧电能表计量相 ＡＰ２００６此类分析仪器及系统。对它们的使用，可以降 低人力，提高实时测试准确性，准确反映时段内运行工 况，对科学准确分析故障原因有很大帮助。 差电量较为接近，按照此二次压降损失电量修正落西 （上接第５５页） 其“专用光纤（内部时钟）”控制字设置为：①护装置通过 专用纤芯通信时，两侧保护装置的“专用光纤（内部时 钟）”控制字设置为“１”；②保护装置通过ＰＣＭ机复用 通信时：ａ．当保护信息直接通过同轴电缆接人ＳＤＨ（同 步数字系列传输体系）设备的２０４８ ｋｂｉｔ／ｓ板卡，同时 ＳＤＨ设备中２ｏ４８ ｋｂｉｔ／ｓ通道的“重定时”功能关闭时， 两侧保护装置的两侧保护装置的“专用光纤（内部时 钟）”控制字设置为“１”；ｂ．当保护信息直接通过同轴电 缆接人ＳＤＨ设备的２０４８ ｋｂｉｔ／ｓ板卡，同时ＳＤＨ设备中 ５结束语 光纤差动保护作为高压及超高压电网输电线路的 主流保护，对保证地区乃至区域电网的安全稳定运行 起着重要作用，因此在现场工作中继电保护人员应重 视并做好光纤差动保护的联调和光纤通道的相关维护 工作，确保在线路实际运行情况下发生各种情况的区 内故障时，光纤差动保护都能快速正确的切除故障，使 电网快速恢复暂态稳定。 参考文献： ［１］ 张保会、尹项根．电力系统继电保护．北京：中国电力出 版社，２００５． ２０４８ ｋｂｉｔ／ｓ通道的“重定时”功能打开时，两侧保护装置 的两侧保护装置的“专用光纤（内部时钟）”控制字设置 为“０”。 ［２］南京南瑞继保电气有限公司ＲＣＳ一９３１保护装置技术说 明书．南京．２００４． ［３］ 高中德．南瑞继保高压线路保护培训教材．南京．２００８． ・１０８・