光纤差动保护误动分析及提出建议

光纤差动保护误动分析及提出建议
杜庆
（湖北黄冈供电公司, 湖北黄网438000）
摘要：光纤差动保护己经成为110kV及以上线路的主保护，在承担电网安全稳定第一道防线中发挥着重要作用，但系统在运行的这些年来，也时有误动的案例发生，本文根据这些误动的7个案例进行系统分析和分类，结合本地区的110kV光差保护运行情况，提出有针对性的建议。

关键词：保护; 定值; 误动
0 引言
光纤差动保护（以下简称光差保护）目前在110kV电压等级上充当着主保护角色，为110kV电网的安全运行保驾护航，但是作为一种全面应用的保护方式，在运行的过程中，涉及到方方面的因素，误动的情况也偶有发生，尽管概率极低，但仍旧是我们必须加强防范的地方，必须要引起高度注意和重视，作为电网安全运行管理人员，理应要进行分析和吸取其它地方的案例，从中找出我们存在的问题，提出相关的措施，最大限度减小直至杜绝这类事故的发生，确保我区110kV电网安全可靠运行。

1 我区光差保护配置原则
我区电网基本上以500kV为核心、220kV 为骨架、110kV为枝节的形式布局，如图1所示。

大吉变
图1我区22kV网络构架图
Fig.1 district 22 kV network architecture diagrams
由于有强大的高层支撑，110kV变电站大都实现了双线双变模式，110kV网络的可靠性得到进一步加强，但同时出现故障时一旦发生误动造成的波及面也在增大，如果处置不当，将波及到220kV甚至500kV电网的安全，造成的后果将不堪设想。

根据“GB/T 14285-2006 继
电保护及安全自动装置技术规程”4.6.1.1的规定，我区在新建的110kV线路上都配置了光差保护。

按照我区110kV这种网架结构，结合GB/T14285-2006的规定，应该在每条110kV 线路上都配置这种保护方式，但目前仍有部分线路因历史因素或其它技术原因还没有配置这种保护，这需要在今后的技改中逐步加以完善。

正是因为这种参差不齐的配置模式，为运行中的光差保护产生了很一些不确定因素，加上其它方面的问题，有可能成为误动的温床，需要采取措施加以扼制。

2 误动案例分析
根据近年来汇集的光差保护误动案例进行分析，误动大致分为四大类，一类为装置自身的原因问题，二类是一次设备上的问题，三类是实际工作时业务不全面的问题，四类是通道误码所致的问题。

2-1-1 装置自身的问题
案例1 某一区域电网，两回500KV联络线中的一回因故障跳闸，导致3/2接线的另一串线路也随之断开，形成了N-2故障，大量潮流转移到同行的第二回线路，导致该线路过负荷运行，经过10秒左右，该线路光差保护误动，导致3/2接线的另一串线路也随之断开，最终形成了N-4故障。

分析：这是一起由保护装置软件设计错误造成的误动故障，在线路过负荷的情况下，一般是给电网运行人员提示告警信息，上述误动跳闸的第二回线路由于先期的一回线路故障跳闸后，造成负荷潮流转移，致使二回线路成为重载线路而过负荷。

一般来说，线路过负荷是人为设定的，应该考虚可以承受一定的过负荷电流，在过负荷期间提示告警，并提供一定的时间供运行人员进行负荷倒换、转移处理，但此二回线路在过负荷时，在提示告警的10秒后就开放跳闸出口，致使线路误跳，形成的N-4故障给电网带来一系列的连锁反应，使电网接近崩溃的边缘。

案例2 某一超高压线路发生B相接地，由于采用3/2接线，两台开关的两套光差保护动作相继将B相断开，但其中一套保护在跳开B 相后，在非全相的情况下又误发三跳命令，造成两台开关三相跳闸。

分析：按照光差保护的动作原理，线路在发生单相接地时，两侧保护都要跳开故障相，根据故障点的位置，跳开时间不会同步，先跳开侧就会出现非全相运行状态，此刻装置在非全相再故障的判别上，如果采用计算任意相差流作为再故障的判决条件，就有可能将其它正常相的负荷电流误当成差动电流，就会导致在线路单相接地本侧先单相跳闸时非全相误认为线路再故障而误动发三跳信号，就会导致开关三相跳闸。

2-1-2 一次设备的问题
案例3 某一变电站在投运时，在电源侧对线路进行充电完成后，按照下一步的送电流程，需要对变压器进行冲击，在进行五次冲击过程中，有两次冲击过程中出现线路光差保护误动。

分析：空投变压器产生了励磁涌流使两侧开关CT流过电流，从而使光差保护产生差流，除此以外，两侧CT电气特性不一致，暂态响应特性衰减时间常数不一致，从而导致光纤纵差保护装置出现差流而误动。

案例4 某一110kV变电站的一条110kV 线路城北线发生距离I段动作，5#开关跳闸，但同时其上一级的220kV变电站线路AB线也发生误动，两侧1、2#开关跳闸。

如图2所示。

分析：由于AB线1#开关CT内部由于工艺设计的原因，CT的P1连接板螺帽与壳体间距非常接近，几乎接触，任何一次对外壳的放电就很容易短路，正常运行时没有问题，但随着城北线的短路，AB线有穿透电流流过，随着电流的增大，间距有可能被放电击穿，改变了二次匝数比，使二次电流数值出现变化，与对侧进行计算将形成差流，当该值达到所整定的门槛时，形成了自身的判决条件，加上穿透电流形的突变量和允许信号的成立，满足了光差保护的跳闸条件，造成保护误动。

220kV B
A 220kV
110kV
图2 系统一次接线 Fig.2 A wiring system
2-1-3 实际工作时业务不全面造成的问题
案例 5 某一变电站工作人员对母差保护进行调试，在对母差保护装置加动作电流时，线路对侧开关跳闸。

分析：由于工作人员不十分熟悉光差保护的通信原理，在调试过程中，只断开本侧的接收光纤，误以为通道异常而将本侧远跳功能闭锁，殊不知装置本身的功能依然在发挥作用。

根据保护装置差动保护逻辑图流程分析，通道异常只是闭锁了本侧装置的逻辑出口，使逻辑门电路出口条件不满足，导致无法驱动跳闸出口。

当对母差保护加动作电流后，母差保护启动，同时远跳信号通过光差保护装置发送光纤传递到对侧，如果对侧远跳控制字“远跳受本侧控制”整定为0，则启动对侧保护装置跳开对侧线路开关。

如图3所示。

图3 差保护控制远跳信号接线图
Fig.3 Differential bus protection control far jump signal wiring diagram
案例6 某一变电站继保人员对一220KV 线路开关进行光差保护调试，在办理完相关工作票后，操作人员将试验开关1及两侧刀闸断开并做好了安全措施，此刻对侧开关2在合位状态。

当继保人员对开关1进行升流试验时，正当二次电流升至动作值时，本侧装置出口动作，同时对侧开关2跳闸。

分析：此次导致对侧开关2误跳，是因为
继保人员在操作过程中，对光差保护中的通信原理不熟悉，调试前未退出本侧光差保护功能压板，也没有将本侧光差保护装置光纤收发端口置为自环状态，以致在本侧光差保护装置在二次电流升至动作值时除给本侧开关1开放跳闸出口的同时，也向对侧发一个跟跳指令，导致对侧开关2跳闸。

如图4所示。

图4某220kV变电站线路连接图
Fig.4 A 220 kV substation circuit connection diagram
2-1-4 通道误码所致的问题
案例7 某一发电厂当时运行方式如图5所示，当时1#机组正带载运行，2#机组热备，当2#机组根据调度命令进行并网，操作人员按照要求进行操作时，随即发生220KV线路光差保护动作，1#开关跳闸，并进一步发展至全厂停电事故。

1#
1#发电机2#发电机
图5某发电厂一次接线图
Fig.5 A power plant is a wiring diagram
分析：此类事故是涉及到多环节存在的技术隐患共同作用而导致的后果，首先发电机组在并网的瞬间产生励磁涌流致使保护装置计算出差流，触动了误动条件，然后发电机的同期装置因接线接触不良致使冲击电流过大化，为差流的产生起到推波助澜的作用，最后通道设备有误码现象致使两侧保护装置误判而导致错误的结果。

该保护通道是采用光端机通过PCM设备里的64Kbit/s通道构成，传输距离达100Km左右，平时在运行过程中就有误码产生，但没有达到告警的地步，致使被运行人员忽略。

根据光差保护装置原理分析，装置在正常运行时是不计算差流的，所以对保护装置没有太大的影响，只有在电流突变的情况下才计算差流，但一旦电流突就启动后，在程序计算过程中，误码很容易造成计算误差，从而导致装置产生不正确的结果。

3 提出的建议
3.1 对保护装置内部程序流程标准化
随着电网向着智能化、多元化发展的同时，国家、行业和地方的系列标准相继出台，电网建设和改造将根据标准而有章可循，但是，一些厂家装置内部的设计则依然按照厂家自己的设计思想进行，与现场实际运行存在一定的差距，我们也应该在二次装置的程序流程中制定相关的标准或流程，要求厂家遵照执行。

例如在案例1和2中，在故障判别和非全相状态下的数据采集的设计思想就与现场的运行情况不符实际要求，有些设计是软件开发人员在家闭门造车的结果，与现场实际并不适应，而这种设计思想在运行前用户并不知晓，只有在误动出现后，通过调查事故原因时才被挖掘出来，然而己经给电网造成了一定的损失。

3.2 应对光差保护装置增加差流告警信息
差流是光差保护跳闸的重要判据，但不是唯一判据，从理论上看，在线路正常运行时，差流为零，但实际上由于两侧CT二次特性的不一致、CT二次断线、装置内部的计算误差以及通道的时延差异等原因，造成实际上还是存在一定的差流，只不过这种差流还没有达到我们整定的门槛值上，所以线路的运行状态并没
发生改变。

与其它的判据相比，差流的确存在很大的不确定性，影响这个不确定性的原因很多，如果不加以实时监控，这种不确定性产生的差流会累计并逐渐接近门槛值，而此时线路如果真有一点风吹草动，真正产生的差值由于原先不确定性差流累计的阀值过高，会过快地突破门槛值，导致线路误动。

因此我们应该在装置内部建立一个监视差流的窗口，设定一个告警门限，便于运行人员及早进行处理，可以将事故消灭在萌芽状态中。

3.3 取消64Kbit/s业务作为保护复用通道
光差保护通道传送的业务信息并不大，可以说64Kbit/s通道也可以满足传送要求，但是64Kbit/s由于需要从PCM中分离，增加了一道中间环节，对信息质量有一定的影响，传输中增加一定的误码概率，另外，随着通信速率的不断加大，现代通信对误码的概念又有新的认识和界定，电信行业对通信误码采用新的国际标准G.826，这是一种以信息“块”为检测单位的，相比以前的G.821以比特这检测单位来说，误码的检测界定更接近实际，更能反映设备的运行状态，G.826的检测单位是“块”，则基本比特率是在2000以上，64Kbit/s己达不到这个标准，因此也就无法检测，且2Mbit/s也刚刚接近这个标准，所以今后的光差保护如果要复用SDH通道时，建议以2Mbit/s业务作为复用通道。

3.4 利用靠线路侧刀闸位置信号来控制本侧保护装置关闭
有一些光差保护调试时，只断开本侧开关及两侧刀闸，而此时对侧开关仍在合闸位置，由于一些继保人员的惯性思维，加上对通信部分不熟悉，误认为做好本侧的安全措施就万事大吉了，可以进行常规的保护校验或调试工作了，却不知此时光差保护装置与对侧的通息交换通过光缆仍在进行，稍不留意，装置发一个远跳或允许命令给对侧，造成对侧开关误跳。

因此建议当在本侧保护调试时，当拉开本侧线路侧刀闸时，是否通过刀闸的辅助接点给保护装置提供一个信号，使保护装置根据这个信号关闭保护装置的通信功能，也就阻断了双方信息交互的途径，对侧装置在收不到本侧信息后必然也闭锁其出口，此时线路上仍可用后备保护（如距离保护）实现线路的保护功能。

如图6所示。

图6通过线路刀闸闭锁保护示意图
Fig.6 Through the circuit breaker lockout protection schemes
4 结语
随着电网建设的不断深入，电网格局也发生了根本性改变，110KV电压等级己由昔日的输电网络变成了配电网络，网络的密集程度和网络构架将越来越复杂，光纤差动保护目前在110KV线路上担任主保护角色，承担着这个复杂网络构架中保驾护航的重任，在运行过程中必然受到运行监控人员的广泛关注和潜心研究，他山之石，可以攻玉，我们必须要充分总结其它电网中发生的光差保护误动的案例，从中吸取值得借鉴经验教训，结合我区电网实际运行方式，有针对性的提出改进措施，最大限度减小保护误动的可能性，最终实现电网的安全稳定运行的目的。

参考文献
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作者简介
杜庆（1963—），男，工程师，从事电力系统通信自动化规划设计及建设运维工作。

Optical Fiber Differential Protection Misoperation
Analysis and Put Forward The Proposal
Du qing
（Hubei electric power supply company of hubei huanggang 438000 pornographic websites）
Abstract: optical fiber differential protection has become the 110 kV and above the line main protection, the grid security and stability play an important role in the first line of defence, but the system is running over the years, also when the case is wrong, according to the maloperation of the 7 cases for system analysis and classification, combined with the region of 110 kV optical differential protection operating conditions, targeted Suggestions are put forward.
Key words: maloperation protection setting。