黄朝勇+蔡静+张秀会
摘 要：光纤纵差保护其实质就是一种差动保护，是当前所采用的一种非常重要的线路主保护并且能够保护线路的全长。与一般差动保护相比，光线差动保护不需要较长的差流回路电缆。本文介绍了光纤纵差保护的光纤通道系统及其保护原理，阐述了线路发生内部故障和外部故障时的工作机理，详细分析了光纤纵差保护在华油电网实际应用中存在的问题，影响线路光纤电流纵差保护正确动作的主要因素及解决方法，将为电网的技术人员在运行维护中提供一定指导意义。
关键词：光纤 纵差保护 TA误动
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（b）-0104-02
光纤纵差保护作为线路保护的一种快速保护，工作原理简单，不受电网运行方式的影响，由于两侧的保护装置之间没有电的联系，大大提高了电网运行的可靠性，在电力系统中得到广泛的应用。近年来，在华油冀中电网重要的线路上也开始使用，相关技术人员需要加紧学习这项技术，掌握其特点及要领，使用起来才会得心应手，才能发挥光纤纵差保护应有的作用，更好地为油田电网服务。
1 光纤纵差保护原理
1.1 光纤通信系统
光纤纵差保护是用光导纤维作为通信通道的一种高压输电线路纵联保护，由于光纤具有不怕超高压与雷电电磁干扰、对电场绝缘、频带宽和衰耗低等优点，所以被用作线路光纤纵差保护的通道介质。通常，光纤通信系统分为以下几个部分。
1.1.1 光发信机
光发信机是实现电/光转换的光端机。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
1.1.2 光收信机
光收信机是实现光/电转换的光端机。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。
1.1.3 光纤或光缆
光纤或光缆构成光的传输通路，其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
1.1.4 中继器
中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行整形。
1.1.5 光纤连接器、耦合器等无源器件
由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。所以出现了光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合等无源器件。
1.2 光纤纵差保护原理简介
光纤纵差保护是建立在基尔霍夫电流定律的基础上，其原理图如图1所示。它需要在保护区域M、N两侧各安装一套完全相同的保护装置，每套装置分别检测自己本侧的电流，然后经由光纤通道将本侧的电流传送到对侧，通过计算、比较等一系列的逻辑过程，从而判断是否动作。
动作电流大小为，制动电流大小为，电流方向从母线流向被保护输电线路的方向。其中ICD是动作电流，IR是制动电流。当短路发生在线路内部时，动作电流ICD等于两倍的短路电流，由于ICD远远大于IR，所以纵差保护动作，由此可推断出动作电流是由线路内部流出的电流；当短路发生在线路外部时，动作电流的大小为零，而制动电流的大小为两倍的短路电流，由于ICD远远小于IR，纵差保护不动作。从而得出穿越性电流不产生动作电流，只产生制动电流。
2 光纤纵差保护在应用中注意的问题
2.1 TA饱和问题
在光纤纵差保护中，由于电流互感器本身的原因，如两侧TA暂态特性和饱和程度的差异以及二次回路时间常数的差异，可能导致电流互感器副边的测量值产生误差，造成两侧电流的向量之和不为零，当发生区外故障时，有可能在保护装置内部产生差流，造成保护误动。
2.2 施工工艺问题
光纤纵差保护作为线路的主保护，对通道的依赖性很强，光纤通道的安全可靠性直接决定着电力系统的安全稳定运行。由于光纤的施工工艺复杂、施工质量要求高，而且光缆的传输需要经过几个环节，如转接端子箱、光缆机、电缆层和高压线路等，这样就更增加了施工的复杂性，所以在光纤的施工环节一定要严格按照有关规程规范严把质量关，不留死角，为后续工作的开展打下坚实的基础。否则如果在光纤施工中存在问题，则测试中误差也会增大，如果保护装置投运的话，也会导致保护误动。
2.3 同步问题
在光纤纵差保护中，两侧的电流是由保护区域内两套保护装置采样的，如果两侧保护装置采样不同步，将使不平衡电流增大，加大区外故障时不平衡电流的影响，严重时可能造成保护装置误动，所以要求两侧保护装置的采样必须同步。目前，各保护生产厂家广泛应用GPS同步法，它具有精度高、不受电网频率影响、适应性强等优点。
3 影响光纤纵联差动保护正确动作的因素
3.1 负载电流
当线路上有故障时，线路上通过的是负荷电流和故障电流之和，但如果故障范围内经过高电阻接地短路，故障电流与正常电流大小相当，对线路两端总电流的影响较大，也会影响纵差保护的灵敏度，使之可能不满足要求。
解决办法是采用工频变化量比率差动继电器和零序差动继电器。
3.2 TA断线
为了在单侧电源线路内部短路时，纵差保护能够动作，要求保护装置在动作电流等于制动电流时应能可靠动作。这样在一侧TA断线时，差动保护可能会误动。
解决办法是：要求只有两侧启动元件均启动，两侧差动继电器都动作时才发出跳闸命令，且每一侧差动继电器动作后都要向对侧发一个允许信号。
3.3 电容电流
线路上的电容电流是从线路内部流出的电流，它构成动作电流，由于负荷电流是穿越性的电流，它只产生制动电流，所以在线路投运空载合闸或轻负荷下，由于高频分量和工频分量的电容电流同时增大，动作电流有可能达到启动门槛值，造成保护误动。
解决办法有：（1）进行电容电流补偿；（2）提高启动电流门槛定值，但这将降低内部短路的灵敏度；（3）在软硬件设计中滤掉高频分量电流。
4 结语
线路的光纤电流纵差保护能够准确地区分内部与外部故障，可以实现全线速动，而且不需要与相邻线路在保护上进行配合，选择性和可靠性能够同时满足要求，但也受到采样不同步、光纤通道、负荷电流、电容电流、TA特性等因素的影响。如何更好地解决这些问题是今后华油电网技术人员在维护使用中值得关注的。
参考文献
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[2]陈建玉，孟宪民，张振旗，等.电流互感器饱和对继电器保護影响的分析及对策[J].电力系统自动化，2000，24（6）：54-56.
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