引言

隨著光纖通信在電力系統(tǒng)中的廣泛使用,越來越多的變電站具備了光纖通道。光纖通道以其安全可靠、維護(hù)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、通道具備隨時(shí)自檢功能等明顯優(yōu)勢,特別是光纖差動(dòng)保護(hù)判據(jù)簡單、動(dòng)作迅速,大大提高了主保護(hù)的可靠性。因此,220kV及以上輸電線路繼電保護(hù)裝置的主保護(hù)通道正逐步從以高頻通道為主轉(zhuǎn)向使用光纖通道。地區(qū)安全穩(wěn)定控制裝置之間因需要交換廠站間線路與機(jī)組投停狀態(tài)、運(yùn)行功率、保護(hù)動(dòng)作等信息,也大多使用了光纖通道作為信息交互的載體。

然而,光纖通道在差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行過程中仍然會(huì)因各種原因出現(xiàn)通道告警情況,給繼電保護(hù)和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成不良影響。因此,確保光纖通道的穩(wěn)定性尤為重要,如何快速查找光纖通道故障點(diǎn)、消除通道異常是繼電保護(hù)專業(yè)人員面臨的重要問題。因此,設(shè)計(jì)一種光纖差動(dòng)保護(hù)故障分析系統(tǒng),大幅提升光纖差動(dòng)保護(hù)故障定位的速度,順應(yīng)電力系統(tǒng)光纖差動(dòng)保護(hù)的發(fā)展趨勢顯得十分必要。

本文提供了一種光纖差動(dòng)保護(hù)故障分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,以實(shí)現(xiàn)光纖差動(dòng)保護(hù)故障智能診斷,將光信號(hào)處理裝置與常規(guī)故障診斷相結(jié)合,提高電網(wǎng)故障診斷準(zhǔn)確率、故障定位精確性,光纖差動(dòng)保護(hù)正常運(yùn)行時(shí)用于系統(tǒng)監(jiān)視,其出現(xiàn)故障時(shí)作為故障診斷及故障設(shè)備定位的有效工具,為相關(guān)人員提供在線監(jiān)測及故障性質(zhì)判斷功能,以便快速恢復(fù)送電。本方案成果在各變電站具有適用性,在運(yùn)維檢修、差動(dòng)保護(hù)、光纖通道故障分析等方面有極強(qiáng)的推廣價(jià)值。

1光纖差動(dòng)保護(hù)故障分析原理

在電網(wǎng)發(fā)生復(fù)雜故障時(shí),往往有多套保護(hù)裝置跳閘,本系統(tǒng)基于聯(lián)網(wǎng)的故障分析數(shù)據(jù),為快速恢復(fù)供電提供依據(jù)。光纖差動(dòng)保護(hù)故障分析主站可通過網(wǎng)絡(luò)采集狀態(tài)信號(hào),對(duì)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析處理,判斷是差動(dòng)保護(hù)存在故障,還是光纖通道存在故障。

本系統(tǒng)使用的分光器皆為相同的1分2分光器、2合1合成器,以差動(dòng)保護(hù)A、光纖通道1為例,差動(dòng)保護(hù)A為本側(cè),差動(dòng)保護(hù)B為對(duì)側(cè)。差動(dòng)保護(hù)B、光纖通道2的分析原理相同。

光纖差動(dòng)保護(hù)故障分析原理如圖1所示。

不發(fā)送測試信號(hào),合成器1只接收差動(dòng)保護(hù)A發(fā)出的光信號(hào),繼而發(fā)送給分光器1。

分光器1輸出兩條相同光信號(hào),一條發(fā)送到本側(cè)光信號(hào)檢查裝置,另一條通過光纖通道1傳遞給分光器2:本側(cè)光信號(hào)檢查正常,則本側(cè)信號(hào)狀態(tài)置正常:本側(cè)光信號(hào)中斷,則本側(cè)信號(hào)狀態(tài)置異常,發(fā)送測試信號(hào)(穩(wěn)態(tài)光）到合成器1,繼而發(fā)送給分光器1,分光器1輸出光信號(hào)經(jīng)光纖通道1傳遞給分光器2。

分光器2接收分光器1發(fā)出的光信號(hào),輸出兩條相同光信號(hào),一條發(fā)送到差動(dòng)保護(hù)B,另一條發(fā)送到對(duì)側(cè)光信號(hào)檢查裝置:對(duì)側(cè)光信號(hào)檢查正常,則對(duì)側(cè)信號(hào)狀態(tài)置正常:對(duì)側(cè)光信號(hào)異常,則對(duì)側(cè)信號(hào)狀態(tài)置異常。

光纖差動(dòng)保護(hù)故障分析主站通過網(wǎng)線采集本側(cè)、對(duì)側(cè)的狀態(tài)信號(hào),對(duì)差動(dòng)保護(hù)和光纖通道運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。本側(cè)光信號(hào)狀態(tài):若正常,則差動(dòng)保護(hù)A正常:若異常,則差動(dòng)保護(hù)A故障:對(duì)側(cè)光信號(hào)狀態(tài):若正常,則光纖通道1正常:若異常,則光纖通道1故障。

2系統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

本設(shè)計(jì)方案的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)主要包括:

(1）復(fù)雜電網(wǎng)故障會(huì)有多個(gè)站的多個(gè)設(shè)備記錄故障瞬間的波形數(shù)據(jù),傳統(tǒng)的錄波分析工具一次只能顯示一臺(tái)設(shè)備的錄波波形,無法反映故障的完整過程。本方案波形分析實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)時(shí)間軸上展示所有故障相關(guān)的波形數(shù)據(jù)功能,能夠進(jìn)行跨變電站、跨設(shè)備的數(shù)據(jù)比較,需要解決錄波數(shù)據(jù)不同步、采樣方式不統(tǒng)一等問題。

（2)故障錄波數(shù)據(jù)中包含了線路、母線、主變?cè)O(shè)備的所有電流支路,電網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)記錄下這些支路變化的數(shù)據(jù)。利用這些故障錄波數(shù)據(jù),結(jié)合開關(guān)量動(dòng)作情況,研究基于故障錄波數(shù)據(jù)的輔助決策方法,利用故障短路電流,開關(guān)變位信息對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行評(píng)估,對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行動(dòng)作分析評(píng)價(jià)。不受系統(tǒng)運(yùn)行方式、過渡電阻、負(fù)荷電流、功率倒向、系統(tǒng)診斷等特有優(yōu)勢,準(zhǔn)確定位故障位置和評(píng)價(jià)保護(hù)動(dòng)作行為,并將各間隔故障電流、故障位置及診斷結(jié)果在故障報(bào)告上直觀展示,為事故處理提供急需的決策支持。

本系統(tǒng)已在國網(wǎng)河南省電力公司商丘供電分公司得到應(yīng)用,采用模間色散較小的單模光纖,應(yīng)用光纖分光器,選用許繼公司的wxH-803光纖縱差保護(hù)裝置與本系統(tǒng)搭建了測試系統(tǒng),分別進(jìn)行了專用方式和復(fù)用方式的光纖通道監(jiān)測試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

測試證明,本系統(tǒng)可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)專用光纖的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

3結(jié)語

本光纖差動(dòng)保護(hù)故障分析系統(tǒng)在電網(wǎng)智能診斷快速定位故障方面有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)光纖差動(dòng)保護(hù)故障分析方式存在的缺陷,將光信號(hào)處理裝置與常規(guī)故障診斷相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)光纖差動(dòng)保護(hù)故障智能診斷,提高電網(wǎng)故障診斷及故障定位的準(zhǔn)確率,為保護(hù)專業(yè)的人員及時(shí)采集故障信息提供了有效保障,提高了故障處理的工作效率,對(duì)于快速恢復(fù)系統(tǒng)供電,減少故障造成的經(jīng)濟(jì)損失,提高電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,有著積極的參考意義。