光纤差动保护原理分析

一、原理介绍

光纤分相电流差动保护借助于线路光纤通道，实时地向对侧传递采样数据，同时接收对侧的采样数据，各侧保护利用本地和对侧电流数据按相进行差动电流计算。根据电流差动保护的制动特性方程进行判别，判为区内故障时，动作跳闸，判为区外故障时，保护不动作。

△  光纤电流差动保护系统构成示意图

当线路在正常运行或发生区外故障时，线路两侧电流相位是反向的。如上图，假设M侧为送电端，N侧为受电端，则M侧电流为母线流向线路，N侧电流为线路流向母线，两侧电流大小相等方向相反，此时线路两侧的差电流为零；当线路发生区内故障时，故障电流都是由母线流向线路，方向相同，线路两侧电流的差电流不再为零，当其满足电流差动保护的动作特性方程时，保护装置发出跳闸令快速将故障相切除。

△ 光纤电流差动保护制动特性

对于光纤分相电流差动保护，其差动保护一般采用双斜率制动特性，以保证发生穿越故障时的稳定性。图中，Id表示差动电流，Ir表示制动电流，K1、K2分别表示不同的制动斜率。

此种制动特性曲线，可以保证在小电流时有较高的灵敏度，而在电流大时具有较高的可靠性，即当线路末端发生区外故障时，因电流互感器发生饱和产生传变误差，此时采用较高斜率的制动特性更为可靠。

由于线路两侧电流互感器的测量误差和超高压线路运行时产生的充电电容电流等因素，差动保护在利用本地和对侧电流数据按相进行实时差电流计算时，其值并不为零，即存在一定的不平衡电流。光差动保护必须按躲过此电流值进行整定，这也是上图所示最小差电流整定值Isl不为零的原因。如何躲过该不平衡电流对差动保护的影响，不同类型的保护装置其采用的整定方法不尽相同，一般采用固定门坎法进行整定，即将在正常运行中保护装置测量到的差电流作为被保护线路的纯电容电流，并将该电流值乘以一系数(一般为2-3)作为差动电流的动作门坎。

当差动元件判为区内故障发出跳闸命令时，除跳开线路本侧断路器外，还借助于光纤通道向线路对侧发出联跳信号，使得对侧断路器快速跳闸。

二、对通信系统的要求

光纤电流差动保护借助于通信通道双向传输电流数据，供两侧保护进行实时计算。一般采用两种通信方式：一种是保护装置以64Kbps／2Mbps速率，按ITU-T建议G.703规定于数字通信系统复用器的64Kbps／2Mbps数据通道同向接口，即复用PCM方式；另一种是保护装置的数据通信以64Kbps／2Mbps速率采用专用光纤芯进行双向传输，即专用光纤方式。

△  光纤差动保护与通信系统连接示意图

光纤电流差动保护要求线路两侧的保护装置的采样同时、同步，因此时钟同步对光纤电流差动保护至关重要。当电流差动保护采用专用光纤通道时，保护装置的同步时钟一般采用"主-从"方式，即两侧保护中一侧采用内部时钟作为主时钟，另一侧保护则应设置成从时钟方式。设置为从时钟侧的保护装置，其时钟信号从对侧保护传来的信息编码中提取，从而保证与对侧的时钟同步。当采用复用PCM方式时，复用数字通信系统的数据通道作为主时钟，两侧保护装置均应设置为从时钟方式，即均从复用数字通信系统中提取同步时钟信号，否则保护装置将无法与通信系统数据通道进行复接。

三、实例介绍

某变电站1 2 线保护为GXH803-102型微机保护（命名为B套）和GPSL603-621型微机保护（命名为A套）组成的双光纤微机快速保护，两者主保护均为分相电流差动保护和零序电流差动保护，以距离和零序方向电流保护为后备保护 。 

以GPSL603保护为例， 光纤分相电流差动保护装置以分相电流差动保护作为纵联保护。

分相电流差动保护可以通过64KB/S数字同向接口复接终端，2M数字或者 专用光缆作为通道，传送三相电流及其他数字信号。 使用专用光纤作为通信媒介时采用了1Mbps的传送速率，极大提高了保护的性能，并采用内置式光端机，不需要任何光电转换设备即可独立完成光电转换过程。

差动继电器动作简单可靠，动作速度快，在故障电流超过额定电流时，确保跳闸时间小于25ms，即使在经过大接地电阻故障，故障电流小于额定电流时，也能在30ms以内正确动作，而零序电流差动保护大大提高了整个装置的灵敏度，增强了耐过渡电阻能力。

分相电流差动保护主要由差动cpu模件及通信接口组成，差动cpu模件完成采样数据读取、滤波、数据发送、接收、数据同步、故障判断、跳闸逻辑出口；通信接口完成与光纤的光电物理接口功能，另外专门加装的PCM复接接口装置则完成数据码型转换，时钟提取等同向接口功能。

1）启动元件

差动保护启动元件包括相电流突变量启动元件，零序辅助启动元件，低电压启动元件和利用TWJ的辅助启动元件。

• 差动保护可分相跳闸，区内单相故障时，单独将该相切除，保护发跳闸命令后250ms故障相仍有电流，补发三跳令；三跳发出后250ms故障相仍有电流，补发永跳令。

• 两相以上区内故障时，跳三相。

• 当控制字采用三相跳闸时任何时候均跳三相。

• 零序电流差动具有两段，I段延时60ms选相跳闸，II段延时150ms三跳。

• 两侧差动都动作才确定为本相区内故障。

• 收到对侧远跳命令发永跳。

WXH803装置异常告警及其处理：

正常时“运行”灯发绿光，常亮；“告警I”、“告警II”及其它跳闸灯均不亮。装置异常告警的原因及其处理措施可归纳如表所示：

出现上述信号时，运行值班人员应详细记录各指示灯显示情况和有关事件打印报告，并及时向调度和继电保护人员反映异常情况，以便及时做出相应处理。