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摘要:文章分析了光纤电流差动保护中存在的一些问题，并结合实际案例提出了解决方案，
对解决好光纤通道的干扰问题起到了关键的作用。
关键词:继电保护光纤通道光纤电流差动保护解决方案
Abstract: the article analyzed the optical fiber current differential protection problems, and and actual case put forward the solutions,
To solve the problem of fibre channel interference to play a key role.
Keywords: relay protection fibre channel optical fiber current differential protection solutions
中图分类号：TM77文献标识码：A 文章编号：
1前言
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。
图1220kV某线路Ⅱ回线线路连接图
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:甲變侧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。
图2 光纤电流差动保护数据使用示意图
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].南方電网术,2008,2(2):27-30.
[5]陈建,李乐生,李长兴,张正凯,史英,李宏.光纤通道继电保护的实现及应用中若干问题的探讨[J].电力设备,2006,7(12):58-62.
对解决好光纤通道的干扰问题起到了关键的作用。
关键词:继电保护光纤通道光纤电流差动保护解决方案
Abstract: the article analyzed the optical fiber current differential protection problems, and and actual case put forward the solutions,
To solve the problem of fibre channel interference to play a key role.
Keywords: relay protection fibre channel optical fiber current differential protection solutions
中图分类号：TM77文献标识码：A 文章编号：
1前言
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。
图1220kV某线路Ⅱ回线线路连接图
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:甲變侧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。
图2 光纤电流差动保护数据使用示意图
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
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[5]陈建,李乐生,李长兴,张正凯,史英,李宏.光纤通道继电保护的实现及应用中若干问题的探讨[J].电力设备,2006,7(12):58-62.