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引言

隨著光纖通信在電力系統中的廣泛使用,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、維護簡單、運行穩定、抗干擾能力強、通道具備隨時自檢功能等明顯優勢,特別是光纖差動保護判據簡單、動作迅速,大大提高了主保護的可靠性。因此,220kV及以上輸電線路繼電保護裝置的主保護通道正逐步從以高頻通道為主轉向使用光纖通道。地區安全穩定控制裝置之間因需要交換廠站間線路與機組投停狀態、運行功率、保護動作等信息,也大多使用了光纖通道作為信息交互的載體。

然而,光纖通道在差動保護運行過程中仍然會因各種原因出現通道告警情況,給繼電保護和電力系統的安全運行造成不良影響。因此,確保光纖通道的穩定性尤為重要,如何快速查找光纖通道故障點、消除通道異常是繼電保護專業人員面臨的重要問題。因此,設計一種光纖差動保護故障分析系統,大幅提升光纖差動保護故障定位的速度,順應電力系統光纖差動保護的發展趨勢顯得十分必要。

本文提供了一種光纖差動保護故障分析系統的設計方案,以實現光纖差動保護故障智能診斷,將光信號處理裝置與常規故障診斷相結合,提高電網故障診斷準確率、故障定位精確性,光纖差動保護正常運行時用于系統監視,其出現故障時作為故障診斷及故障設備定位的有效工具,為相關人員提供在線監測及故障性質判斷功能,以便快速恢復送電。本方案成果在各變電站具有適用性,在運維檢修、差動保護、光纖通道故障分析等方面有極強的推廣價值。

1光纖差動保護故障分析原理

在電網發生復雜故障時,往往有多套保護裝置跳閘,本系統基于聯網的故障分析數據,為快速恢復供電提供依據。光纖差動保護故障分析主站可通過網絡采集狀態信號,對狀態信號進行分析處理,判斷是差動保護存在故障,還是光纖通道存在故障。

本系統使用的分光器皆為相同的1分2分光器、2合1合成器,以差動保護A、光纖通道1為例,差動保護A為本側,差動保護B為對側。差動保護B、光纖通道2的分析原理相同。

光纖差動保護故障分析原理如圖1所示。

不發送測試信號,合成器1只接收差動保護A發出的光信號,繼而發送給分光器1。

分光器1輸出兩條相同光信號,一條發送到本側光信號檢查裝置,另一條通過光纖通道1傳遞給分光器2:本側光信號檢查正常,則本側信號狀態置正常:本側光信號中斷,則本側信號狀態置異常,發送測試信號(穩態光）到合成器1,繼而發送給分光器1,分光器1輸出光信號經光纖通道1傳遞給分光器2。

分光器2接收分光器1發出的光信號,輸出兩條相同光信號,一條發送到差動保護B,另一條發送到對側光信號檢查裝置:對側光信號檢查正常,則對側信號狀態置正常:對側光信號異常,則對側信號狀態置異常。

光纖差動保護故障分析主站通過網線采集本側、對側的狀態信號,對差動保護和光纖通道運行狀態進行分析。本側光信號狀態:若正常,則差動保護A正常:若異常,則差動保護A故障:對側光信號狀態:若正常,則光纖通道1正常:若異常,則光纖通道1故障。

2系統方案實現與應用

本設計方案的技術實現難點主要包括:

(1）復雜電網故障會有多個站的多個設備記錄故障瞬間的波形數據,傳統的錄波分析工具一次只能顯示一臺設備的錄波波形,無法反映故障的完整過程。本方案波形分析實現了在同一個時間軸上展示所有故障相關的波形數據功能,能夠進行跨變電站、跨設備的數據比較,需要解決錄波數據不同步、采樣方式不統一等問題。

（2)故障錄波數據中包含了線路、母線、主變設備的所有電流支路,電網故障發生時記錄下這些支路變化的數據。利用這些故障錄波數據,結合開關量動作情況,研究基于故障錄波數據的輔助決策方法,利用故障短路電流,開關變位信息對一次設備進行運行評估,對二次設備進行動作分析評價。不受系統運行方式、過渡電阻、負荷電流、功率倒向、系統診斷等特有優勢,準確定位故障位置和評價保護動作行為,并將各間隔故障電流、故障位置及診斷結果在故障報告上直觀展示,為事故處理提供急需的決策支持。

本系統已在國網河南省電力公司商丘供電分公司得到應用,采用模間色散較小的單模光纖,應用光纖分光器,選用許繼公司的wxH-803光纖縱差保護裝置與本系統搭建了測試系統,分別進行了專用方式和復用方式的光纖通道監測試驗,試驗結果如表1所示。

測試證明,本系統可有效實現對保護專用光纖的實時監測。

3結語

本光纖差動保護故障分析系統在電網智能診斷快速定位故障方面有效彌補了傳統光纖差動保護故障分析方式存在的缺陷,將光信號處理裝置與常規故障診斷相結合,實現光纖差動保護故障智能診斷,提高電網故障診斷及故障定位的準確率,為保護專業的人員及時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,對于快速恢復系統供電,減少故障造成的經濟損失,提高電網系統安全穩定運行,有著積極的參考意義。