一种光纤差动保护故障分析系统设计方案研究

引言

随着光纤通信在电力系统中的广泛使用,越来越多的变电站具备了光纤通道。光纤通道以其安全可靠、维护简单、运行稳定、抗干扰能力强、通道具备随时自检功能等明显优势,特别是光纤差动保护判据简单、动作迅速,大大提高了主保护的可靠性。因此,220kV及以上输电线路继电保护装置的主保护通道正逐步从以高频通道为主转向使用光纤通道。地区安全稳定控制装置之间因需要交换厂站间线路与机组投停状态、运行功率、保护动作等信息,也大多使用了光纤通道作为信息交互的载体。

然而,光纤通道在差动保护运行过程中仍然会因各种原因出现通道告警情况,给继电保护和电力系统的安全运行造成不良影响。因此,确保光纤通道的稳定性尤为重要,如何快速查找光纤通道故障点、消除通道异常是继电保护专业人员面临的重要问题。因此,设计一种光纤差动保护故障分析系统,大幅提升光纤差动保护故障定位的速度,顺应电力系统光纤差动保护的发展趋势显得十分必要。

本文提供了一种光纤差动保护故障分析系统的设计方案,以实现光纤差动保护故障智能诊断,将光信号处理装置与常规故障诊断相结合,提高电网故障诊断准确率、故障定位精确性,光纤差动保护正常运行时用于系统监视,其出现故障时作为故障诊断及故障设备定位的有效工具,为相关人员提供在线监测及故障性质判断功能,以便快速恢复送电。本方案成果在各变电站具有适用性,在运维检修、差动保护、光纤通道故障分析等方面有极强的推广价值。

1光纤差动保护故障分析原理

在电网发生复杂故障时,往往有多套保护装置跳闸,本系统基于联网的故障分析数据,为快速恢复供电提供依据。光纤差动保护故障分析主站可通过网络采集状态信号,对状态信号进行分析处理,判断是差动保护存在故障,还是光纤通道存在故障。

本系统使用的分光器皆为相同的1分2分光器、2合1合成器,以差动保护A、光纤通道1为例,差动保护A为本侧,差动保护B为对侧。差动保护B、光纤通道2的分析原理相同。

光纤差动保护故障分析原理如图1所示。

不发送测试信号,合成器1只接收差动保护A发出的光信号,继而发送给分光器1。

分光器1输出两条相同光信号,一条发送到本侧光信号检查装置,另一条通过光纤通道1传递给分光器2:本侧光信号检查正常,则本侧信号状态置正常:本侧光信号中断,则本侧信号状态置异常,发送测试信号(稳态光）到合成器1,继而发送给分光器1,分光器1输出光信号经光纤通道1传递给分光器2。

分光器2接收分光器1发出的光信号,输出两条相同光信号,一条发送到差动保护B,另一条发送到对侧光信号检查装置:对侧光信号检查正常,则对侧信号状态置正常:对侧光信号异常,则对侧信号状态置异常。

光纤差动保护故障分析主站通过网线采集本侧、对侧的状态信号,对差动保护和光纤通道运行状态进行分析。本侧光信号状态:若正常,则差动保护A正常:若异常,则差动保护A故障:对侧光信号状态:若正常,则光纤通道1正常:若异常,则光纤通道1故障。

2系统方案实现与应用

本设计方案的技术实现难点主要包括:

(1）复杂电网故障会有多个站的多个设备记录故障瞬间的波形数据,传统的录波分析工具一次只能显示一台设备的录波波形,无法反映故障的完整过程。本方案波形分析实现了在同一个时间轴上展示所有故障相关的波形数据功能,能够进行跨变电站、跨设备的数据比较,需要解决录波数据不同步、采样方式不统一等问题。

（2)故障录波数据中包含了线路、母线、主变设备的所有电流支路,电网故障发生时记录下这些支路变化的数据。利用这些故障录波数据,结合开关量动作情况,研究基于故障录波数据的辅助决策方法,利用故障短路电流,开关变位信息对一次设备进行运行评估,对二次设备进行动作分析评价。不受系统运行方式、过渡电阻、负荷电流、功率倒向、系统诊断等特有优势,准确定位故障位置和评价保护动作行为,并将各间隔故障电流、故障位置及诊断结果在故障报告上直观展示,为事故处理提供急需的决策支持。

本系统已在国网河南省电力公司商丘供电分公司得到应用,采用模间色散较小的单模光纤,应用光纤分光器,选用许继公司的wxH-803光纤纵差保护装置与本系统搭建了测试系统,分别进行了专用方式和复用方式的光纤通道监测试验,试验结果如表1所示。

测试证明,本系统可有效实现对保护专用光纤的实时监测。

3结语

本光纤差动保护故障分析系统在电网智能诊断快速定位故障方面有效弥补了传统光纤差动保护故障分析方式存在的缺陷,将光信号处理装置与常规故障诊断相结合,实现光纤差动保护故障智能诊断,提高电网故障诊断及故障定位的准确率,为保护专业的人员及时采集故障信息提供了有效保障,提高了故障处理的工作效率,对于快速恢复系统供电,减少故障造成的经济损失,提高电网系统安全稳定运行,有着积极的参考意义。