基于光纤差动保护的新型智能配电网设计

基于光纤差动保护的新型智能配电网设计

摘要：本文主要阐述了我国配网自动化建设的现状和发展趋势，并分析光纤差

动保护在10kV线路应用的优势，从而提出了一种基于光纤差动保护的新型智能

配电网设计，并分析这种配网自动化设计的应用优势。

关键词：配网自动化；光纤差动保护；新型智能电网设计

1 配网自动化建设的发展趋势

随着城市现代化建设的脚步不断向前，社会对用电可靠性的要求越来越高。传统意义上

的“集中控制型”、就地控制型”、“运行监测型”无法满足用电用户“零停电”的要求。而基于面

保护判断逻辑的“智能分布式”逻辑过于复杂，运行维护难度高，难以大范围运用。除了满足

用电用户的要求，配网自动化建设方案还要考虑到运行维护、检修、改造难度等方面的问题。

因此，寻找一种可靠性高、设计原理简单、便于运行维护检修且易于改造的配网自动化

方案，是我国配网自动化建设的发展趋势。

2光纤差动保护的优势

光纤差动保护相对比与其它类型的保护，其优势主要有：

（1）光纤差动保护的原理简单，运用的是基尔霍夫电流基本定律，根据其原理本身，就可以正确判断区内故障与区外故障，具有成熟可靠的保护判断逻辑。

（2）光纤差动保护被广泛运用于220kV及以上电压等级的输电线路中，并作为主保护。因此，对于光纤差动保护，国内有着成熟的运行管理经验以及检修、维护经验。

（3）光纤差动保护中，线路两侧的保护装置不存在电联系，提高了系统运行的可靠性。

（4）光纤差动保护其灵敏度高、动作简单可靠快速、能适应电力系统震荡、非全相运行等情况，可适应各种不同的电力运行系统。

（5）光纤差动保护由于其原理简单，并且不受运行方式变化的影响，能更好地实现保护单元化，可灵活应用于线路改造、线路整改、开闭所改造。

纤差动保护技术在世界电力系统中广泛应用，其保护逻辑日益成熟、完善。并且，随着

光纤通讯技术的不断发展，使光纤差动保护的实施变得更加简单，其应用的领域将变得更加

广泛。

3一种基于光纤差动保护的新型智能配电网设计方案

3.1 新型智能配电网设计方案总述

新型智能配电网的主干线设计采用简单、可靠的单环网结构，单环网结构可以为开环系

统或者闭环系统。当为开环系统时，需要设置一个常开点作为转供电的联络开关。

智能配电网的高压开关均采用紧凑、环保型的真空断路器开关，故障发生时可实现快速

就地分闸隔离故障。

智能配电网的主保护采用光纤差动保护，并且设计后备保护。当光纤通讯异常，主保护

失效时，智能配电网主干线路的保护将自主切换为后备保护。

3.2 智能配电网保护设计

（1）主保护设计

主干线采用光纤差动保护。光纤接口采用FC型接口，采用单模双纤，发送器件为

1310nm InGaAsP/InPMQW-FP激光二极管（简称LD），光接收器件采用InGaAs光电二极管

（简称PIN），光纤传输距离可达10km。

保护装置与保护装置之间采用“专用光纤通道”传输数据，即保护装置与保护装置之间的

数据交互单独采用一组光纤，且为直接连接的方式，中间不经过任何转换。这样设计的好处

在于可保证数据传输的速度足够快，且稳定可靠。

光纤差动保护为分相电流保护，可分别检测A、B、C三相的差动电流。设计具备二次谐

波闭锁光纤差动保护功能，此功能是为了防止励磁涌流引起光纤差动保护误动。

主干线保护设计确保线路发现大电流的短路故障以及小电流的接地故障时，保护装置均

能灵敏检测并且可靠动作。光纤差动保护、光纤零序差动保护的逻辑判断及继电器出口动作

时间总和为≦40ms，开关的固有分闸时间为≦40ms，故障总处理时间为≦80ms。

（2）母线差动保护设计

母线差动保护与光纤差动保护类似，其运用的原理是基尔霍夫电流基本定律。将母线看为一个“节点”，则正常运行情况下，流入与流出“节点”的电流的矢量和基本为0。当母线发生故障时，这个平衡就会被打破，流入与流出母线的电流矢量和就不为0，当差流达到整定值时，母线上的开关就会跳闸，隔离母线故障。

（3）网络备自投保护设计

网络备自投保护即负荷转供电保护。在单环网开环系统中，当主干线路发生故障时，故障段线路两端的断路器会发生跳闸时，智能配电网系统的开环点根据严谨的逻辑判断，符合逻辑条件时，联络开关就会进行备自投合闸，恢复非故障区域的供电。整个负荷转供电的过程最快可以在200ms内完成。

3.3 通讯设计

新型智能配电网的通讯通道由“保护专用通讯通道”以及“通讯监控通道”组成。其中“保护专用通讯通道”仅用于差动保护的电流信号传输。而“通讯监控通道”主要用作于网络备自投的逻辑信号传输以及“三遥”数据传输。

新型智能配电网的数据可经过通讯管理机与供电部门的后台进行通讯，可适应无线通讯以及光纤通讯，并兼容IEC104协议、IEC101协议、IEC103协议等多种通讯协议。

4新型智能配电网的设计特点及创新

这种基于光纤差动保护的新型智能配电网方案是一种新型的智能分布式配电系统，相比较于传统的集中控制型自动化系统以及基于GOOSE通讯的智能分布式配电系统，这种新型系统的优点以及创新之处可以概述为：

（1）故障隔离速度快，实现快速转供电

系统采用可靠成熟的差动保护作为主保护，且采用专用的光纤通讯通道进行差动电流数据传输，故障发生后，最快可在70ms内实现故障隔离，故障隔离后最快可在200ms内实现转供电。

传统的集中控制型配网自动化系统在故障发生后需要1~3min才能判断出故障位置并隔离故障，并且需要变电站断路器重合闸配合。重合闸时会对电网造成冲击，会对电网中运行的设备造成影响，并有可能加速线路绝缘材料的老化。

（2）运行设置简单，日常维护、检修方便

光线差动保护是基于基尔霍夫电流基本定律的保护，其原理简单可靠，设置保护整定时只需要输入保护整定值大小以及延时，没有潮流方向复杂逻辑的整定设置。维护、检修时只需要检查光纤差动系统的保护装置是否正常以及光纤通道是否正常即可，无须理会潮流、方向等复杂逻辑判断问题，大大简化了日常维护、检修流程。

（3）线路改造灵活

光纤差动保护由于其原理简单，并且不受运行方式变化的影响，能更好地实现保护单元化。在改造线路不具备通讯条件的情况下，可视为通讯异常状态，系统可由后备保护实现级差保护。在改造线路不具备整条线路改造的情况下，可选取重要节点进行改造，且不影响智能电网功能的实现。在已完成的光线差动智能电网中可自由增加或减少节点，不影响智能电网功能的实现。

5结语

综上所述，根据我国配电网覆盖范围广，线路纵横交错，网架复杂的现状，传统的配网自动化方案并不能满足当前用电的要求。我们需要选取一种设计原理简单，保护功能可靠，线路改造灵活的智能电网来保障社会用电。基于光纤差动保护的智能分布式系统是符合这一要求的智能电网，是我国配网自动化建设的一个可行方向。

参考文献：

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