ＥＸＣＨＡＮＧＥ ０Ｆ ＥＸＰＥＲＩＥＮＣＥ 经验交流
基于光纤通信的电流差动保护装置
摘要：当前在我国很多地区都已经开始启用光纤保护装置，但是在应用的过程中，如何对使 用中的光纤进行保护是摆在当前光纤系统面前的难题，根据光纤系统发挥作用的原理可以将其分 为光纤电流差动保护和光纤纵联保护两种，本文对光纤通信系统的电流保护装置进行解析。 关键词：光纤：电流差动保护原理
一、引言 随着技术的进步，光纤凭借自身良好的抗干扰性成为传 导载体的重要载体，通过广信进行传导，信号大大增强，继电 器的保护动作十分迅速。随着新的光纤技术以及通信技术的发 展，通信成本逐渐下降，电力通信网络化的发展以及光纤的大 规模普及都为光纤的广泛应用提供了条件。当前我国的大部分 电网都是采用光纤作为保护通道，在应用中，光纤保护在发生 故障时都可以十分迅速地对故障作出判断并快速反应。 差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，根据“电路 中流入节点电流的总和等于零”原理，差动保护石将电器设 备在保护装置中看做一个点，正常的运行中流入和流出的电 流应该是没有差别的，那么差动电流就是零，继电器就不需 要保护行动。而如果设备出现故障，流入的电流与流出的电 流不一致，保护动作就会将断路器跳开，从而切断电源，发 挥保护作用。 二、光纤纵联差动保护的基本工作原理 光纤差动的保护原理与普通的联动保护原理大体一致， 都是需要通过计算三相电流的变化，从而判断电流的流量是 否是零，并依此来确定是否发挥保护动作，当电流互感器 的二次侧电流继电器中有电流经过达到需要发挥保护的动 作值，那么保护装置就会发生反应，自动跳开故障路线的开 关，从而保护电路。实际上不同的电流差动是需要借助光纤 通道的，即时地向对侧传递数据，同时接受对方数据，电流 的采样信号经过编码形成光纤信号然后传递给对侧的保护装 置，当保护装置收到信号之后，可以转换为电信号，各侧保 护利用本地和对侧电流数据按相进行差流计算。根据电流差 动保护的特点来对故障进行判断，判断故障是否是区内故 障，这时保护装置会自动跳闸，如果是区外问题，那么保护 装置不需要任何动作。 光纤电流差动保护石在电流差动保护的机场上逐渐地发 展而形成的，在使用过程中，发挥保护作用的原理是根据基 本的电流定律，能够迅速促进单元化，同时不受运行方式的 影响。 在实际的应用中，光纤纵联差动保护是将被保护的电流 的大小和相位传送到对侧然后进行比较的过程，通过比较来 判断线路内部是否存在故障的可能性，同时针对性的进行保 １０８ 信息系统ｌＴ程Ｉ ２０１４２ ２０ ◆战晓红
增刊１（总第１０５期） ２００２年７月 山 西 电 力 ＳＨＡＮＸＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｐ０ＷＥＲ Ｓｕｐｐ．１（Ｓｅｒ．１０５） Ｊｕｌｙ．２００２ 光纤电流差动保护装置的特点与调试 白 （山西电力科学研究院， 瑞 山西太原０３０００１） 摘要：分析讨论了ＲＥＬ５６１光纤差动保护的原理及特点，并结合阳城电厂５００ ｋＶ线路保护的调试，提出了检验 中应注意的问题。 关键词：光纤；分相差动保护 中图分类号：ＴＭ７７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１ ０３２０（２００２）增刊１ ００５４—０２ 阳城电厂一期工程通过三条５００ ｋＶ线路向江苏电网 送电，这三条线路均选用了瑞典ＡＢＢ公司生产的ＲＥＬ５６１ 光纤分相电流差动保护装置作为第一主保护。该保护装置功 能强大，算法原理先进，在我省电网首次使用。 １ ＲＥＬ５６１保护装置的组成及结构 ＲＥＩ ｊ６１是一个综合性的微机保护装置，它除了光纤分 相差动保护这一基本功能外，还具有完整的后备保护（三段 距离，零序电流）、辅助保护（过电压、短引线、直跳、远 跳）及自动重合闸功能。整个装置采用多处理器的设计结构， １ ６位ＤＳＰ（数字信号处理器）完成所有模拟数据的滤波及计 算功能，计算结果经并行总线每毫秒向主控制器传送一次信 号。主控制器根据ＤＳＰ计算结果完成保护功能。 保护的所有模件封装于一个１ ９英寸的金属密闭箱内， 因此具有良好的抗干扰性能。装置配有２个ＲＴＸＰ…２４插 拔。背面设有２个可供选用的通讯串口，分别用于保护后台 管理机和装置的远程通讯，通过此串口，使装置成为变电站 监控系统的一部分，工作人员通过后台管理机不仅可对保护 进行定值整定，而且可以下载新的保护配置形式及控制逻 辑。当系统发生故障时，通过故障分析软件还可以进行故障 波形分析，为分析事故提供数据。 ２光纤分相差动保护原理及性能特点 线路两端保护通过光纤通道每５ ｍｓ交换一次三相电流 信息，并分别根据电流幅值和相位计算差流及和流，是一种 主／主形式的分相差动保护。具体过程为：相电流的采样频率 为２ ０００ Ｈｚ，并利用插值法获取每毫秒的采样值，相电流经 傅立叶滤波后，取其基波分量作为比较量，其基波分量由傅 立叶系数ｎ，ｂ表达，分别是表示ｓｉｎ，ＣＯＳ分量。傅立叶滤 波器每毫秒都产生一系列ｎ和ｂ系数，这些系数作为电流信 息在光纤通道中传输。由于线路两端保护的采样及傅立叶滤 波并不同步，因此在发送端给傅立叶系数ｎ和ｂ加以时间标 记，这样保护两端电流才能进行同一时刻的比较。三相电流 收稿日期：＇２００２—０３ ｌ８．修回日期：２００２—０５—１０ 作者简介：白瑞（１９６９一）．男，山西太原人．１９９９年毕业于华北电力大学电 力系统与自动化专业．助理工程师 信息每隔５ ＩＩＩＳ被发送一次，如果接收到的信息未通过检查， 那么这组数据就无效，不用于跳闸和时钟同步，当内部故障 出现信息错误时，保护将延时５ ｍｓ动作。 最小动 作电流 特什 ｌ电流 图１保护制动特性 本保护采用了双折线式比例制动特性，（见图１中曲线 １），制动系数可独立整定。保护的动作判据为：ＩＣＤ＞，ｚｏ，其 中：Ｉｃｏ—ｊ， ＋， Ｉ，Ｉｚｏ一（ｊ， Ｉ＋Ｉ， Ｉ）／２，Ｉ ，Ｉ 分别为 线路两端流人保护的电流。 当ＣＴ饱和时（见图１中曲线２），两端保护均在饱和相 中增加制动量，并向对侧发分相电流饱和信号，每相的电流 饱和检测器连续检查３个未经滤波的ＣＴ二次电流采样值 来判断饱和情况，如果电流突然从高降至低值，此后变化缓 慢，即表示ＣＴ饱和。饱和检测器的应用降低了对ＣＴ的要 求，提高了灵敏度。 为了防止超高压长距离输电线路中分布电容电流对差 动保护的影响，ＲＥＬ５６１差动保护采取了电容电流补偿，线 路两端分别根据各侧电压计算补偿值，把动作电流中的电容 电流分量完全补偿，从而保证了保护的灵敏性和可靠性。 ３ ＲＥＬ５６１光纤分相差动保护的调试 大部分的光纤差动保护，其试验都可通过一个尾纤将自 身的收发接口相连以自环的方式进行单侧试验，这样做的好 处是：可将装置自身存在的问题尽早发现，在通道对调时只 需做一些通道传输情况的检查和传动试验。这样既节省了时 间，也便于问题的查找。而ＲＥＬ５６１差动保护由于其内部程 序设计的缘故，它的试验不能以自环的方式进行，只能靠２ 台装置相配合来检验。如果基建投产的是单回线路，则只能
光纤电流差动保护的特点 李建强 （运城供电分公司继电保护自动化所 山西运城０４４０００） 动力与电气工程 摘要：介耘了光圩保护基本方式及其特点，分析了光纤电流差动保护原理，讨论了光纤电流差动保护在实际应用中可能遇到的问题。 关键词：光纤 电流差动保护原理 实际应用 中图分类号：ＴＭ７６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６ ７ ２－３７９１（２０１Ｏ）Ｏ６（ａ）一ｏ１３６－－０２ 光纤作为继电保护的通道介质，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。而电流差动保护 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 方式的影响，差动保护本身具有选相能力， 保护动作速度快，最适合作为主保护。近年 来，光纤技术、ＤＳＰ技术、通信技术、继电保 护技术的迅速发展为光纤电流差动保护的 应用提供了机遇。 １光纤保护的基本方式及其特点 光纤保护目前已在国内部分地区得到 较为广泛的使用，对已投入运行的光纤保 护，按原理划分，主要有光纤电流差动保护 和光纤闭锁式、允许式纵联保护两种。 １．１光纤电流差动保护 光纤电流差动保护是在电流差动保护 的基础上演化而来的，基本保护原理也是 基于基本电流定律，它能够理想地使保护 实现单元化，原理简单，不受运行方式变化 的影响，而且由于两侧的保护装置没有电 联系，提高了运行的可靠性。目前电流差动 保护在电力系统的主变压器、线路和母线 上大量使用，其灵敏度高、动作简单可靠快 速、能适应电力系统震荡、非全相运行等优 点，是其他保护形式所无法比拟的。光纤电 流差动保护在继承了电流差动保护优点的 同时，以其可靠稳定的光纤传输通道，保证 了传送电流的幅值和相位正确可靠地传送 到对侧。时间同步和误码校验问题，是光纤 电流差动保护面临的主要技术问题。在复 用通道的光纤保护上，保护与复用装置时 间同步的问题，对于光纤电流差动保护的 正确运行起到关键的作用，因此目前光纤 差动电流保护都采用主从方式，以保证时 钟的同步；由于目前光纤均采用６４Ｋｂｉｔ／ｓ数 字通道，电流差动保护通道中既要传送电 流的幅值，又要传送时间同步信号，通道资 ＾ 图１ Ｂ 源紧张，要求数据的误码校验位不能过长， 这样就影响了误码校验的精度。目前部分 厂家推出的２Ｍｂｉｔ／ｓ数字接口的光纤电流 差动保护，能很好地解决误码校验精度的 问题。 １．２光纤闭锁式、允许式纵联保护 光纤闭锁式、允许式纵联保护是在目 前高频闭锁式、允许式纵联保护的基础上 演化而来，以稳定可靠的光纤通道代替高 频通道，从而提高保护动作的可靠性。光纤 闭锁保护的鉴频信号能很好地对光纤保护 通道起到监视作用，这比目前高频闭锁保 护需要值班人员定时交换信号，以鉴定通 道正常可靠与否灵敏了许多，提高了闭锁 式保护的动作可靠性。此外，由于光纤闭锁 式、允许式纵联保护在原理土与目前大量 运行的高频保护类似，在完成光纤通道的 敷设后，只需更换光收发讯号机即可按入 目前使用的高频保护上，因此具有改造方 便的特点。与光纤电流纵差保护比较，光纤 闭锁式、允许式纵联保护不受负荷电流的 影响，不受线路分布电容电流的影响，不受 两端ＴＡ特性是否一致的影响。如光纤网络 能有效解决双重化的问题，光纤闭锁式、允 许式纵联保护就将逐步代替高频保护，在 超高压电网中得到广泛应用。 ２光纤电流差动保护的基本原理 光纤电流差动保护主保护由故障分量 差动、稳态量电流差动及零序差动保护构 成。差动保护采用每周波９６点高速采样、由 于采样速率高，可以进行短窗矢量算法实 现快速动作，使典型动作时间小于１ ５ｍｓ。 ２．１三种差动保护的配合使用 故障分量电流差动保护不受负荷电流 的影响、灵敏度高，但存在时间短，在首次 故障使用时，稳态量电流差动受负荷电流 及过渡电阻的影响，灵敏度下降，可在全相 及非全相全过程使用。零序电流差动仅反 应接地故障，接地故障时故障分量差流和 零序差流是相等。零序差动不比故障分量 电流差动保护灵敏度高。可在无法使用故 障分量电流差动保护的少数场合（如故障 频繁发生，而且问隔很短的时候）弥补全电 流差动保护灵敏度不足的缺陷，零序电流 差动保护需要ｌ００ｍｓ左右延时，以躲过＿二相 合闸不同时等因素的影响，三相门口短路 测量误差和暂态分量引起的计算误差。后 备保护由三段式相间距离和接地距离以及 六段零序方向保护（四段零序电流及二段 灵敏零序电流保护）构成的全套后备保 ３６ 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴｉＯＮ 护，并配有自动重合闸。 ２．２保护中差动继电器的特点 故障附加网络中只有一个电源，因此 在区内故障时两侧的电流变化量基本同 向，其矢量和接近于两者的代数和。不受负 荷电流的影响，因此负荷电流不会产生制 动电流。受过渡电阻的影响也较小。因为电 源在串联回路中，线路两侧的电流变化量 的变化和过渡电阻的大小呈线性关系。在 单侧电源线路上发生短路，只要短路前有 负荷电流，短路后无电源侧的工频变化量 电流也会形成动作电流。 由于上述原因该 继电器很灵敏，提高了重负荷线路上发生 经高电阻短路时的灵敏度。 ２．３零序差动继电器的特点 由于不反应负荷电流，所以负荷电流 不产生制动电流 受过渡电阻的影响较小。 因此，在重负荷线路上发生经高电阻短路 时灵敏度较高。 ３光纤纵联电流差动保护应用中应注意 的几个问题 电流差动原理的保护是较为简单的， 也是最为有效的保护方式。通过计算线路 两侧电流的差值的有无，从而判别区内或 区外故障。 区外故障时：故障电流为穿越性电流， 两侧电流的差值为零。 区内故障时：故障电流由线路两侧向 故障点流，两侧电流差值为两侧故障电流 的和。 在实际应用中，２２０ｋＶ以上系统保护多 要求采用分相电流差动保护方式，它是把 本侧的三相电流采样值传送到对侧，进行 同步比较，从而计算出电流差值，经一定逻 辑后，做出跳闸与否的选择。在动作特性 上，均采用比例制动原理，只是各家的制动 特性不一样，有两段式，也有三段式。各厂 家在内部算法上也各有千秋，在此不做详 细的分析，本文从运行角度对实际运行中 存在的一些问题进行分析。 ３．１保护之间的连接问题 纵联电流差动保护与通信设备的连接 有自身的特点，与常规保护不一样。常规保 护传输的允许信号、直跳信号可以说是传 输的是命令，是开关量（或。或１）。而纵联电 流差动保护传输的主要是数字量（也含开 关量），它是把本侧的三相电流采样值（分相 式差动）传送到对侧，进行同步比较，从而 计算出电流差值，经一定逻辑后，做出跳闸
SKZB-T6D-687F 光纤电流差动保护装置
概述
SKZB-T6D-687F 光纤电流差动保护装置是在消化吸收国内外先进技术的基础上设计开发的用于110kV
及以下电压等级的带电流差动的线路保护装置。SKZB-T6D-687F 光纤电流差动保护装置采用了高端配置：
高性能32 位嵌入式单片机、高精度AD 采样、大液晶人机界面、支持软件在线升级。SKZB-T6D-687F 高可
靠性的继电保护功能与自动装置功能、完备的遥控与出口输出功能，特别适合短线路保护。
1.2 产品特点
针对企业用户的特别设计；
特别针对安装于开关柜上的设计结构；
齐全的保护功能适用于多种应用；
特别适合距离为4km 以内的短线路，最大通信距离为10km；
灵敏小电流接地保护(可选)；
大容量的事件记录(分辨率1ms)；
长时间故障录波(掉电可保持10 年)；
保护出口配置灵活，显示界面人性化；
完善的自检功能及报告；
SKZB-T6D-687F 具有RS-485 通讯接口、以太网通讯接口，规约为MODBUS；
支持软件在线升级。
1.3 基本功能
表1.3 SKZB-T6D-687F 的基本功能表
SKZB-T6D-687F 详细说明
输入和输出
四路电压输入(VA、VB、VC、VX)
四路电流输入(IA、IB、IC、IN)
八路开关量输入(IN1～IN8)
五个继电器输出(OUT1～OUT3、遥合、遥分)
保护配置
电流差动保护、复压过流I 段、复压过流II 段、反时限过流保护、过负荷保护、
相电流加速保护、两段式零序电流保护、远跳保护、绝缘监测、TA 断线监视、TV
断线监视、弹簧储能监视、外部开关量联跳
测量功能
相电流、差动电流、相电压、线电压、零序电压、零序电流、频率、有功、无功、
视在功率、功率因数
故障录波
故障录波记录长度为25 个周波，可以连续记录最近发生的7 次故障录波，这些数
据保留在非易失性存储器中(掉电10 年不丢失)。
