电流差动保护需要解决的问题 1、电容电流的影响 输电线路，尤其是长输电线路上电容电流的影响不能忽略。表列出了各种等级下每百公里线路的正序及零序容抗值和额定电压下的工频电容电流值。考虑了输电线路上的电容电流后，在正常运行和外部短路时两侧电流不相等，因而动作电流不再为零，该电流就是电容电流。如果纵联电流差动保护没有考虑到电容电流的影响的话在某些情况下会造成保护误动。各种电压等级下每百公里线路的正序及零序容抗值和额定电压下的工频电容电流值 线路电压（KV） 正序容抗 电容电流（A） 220 3700 34 330 2860 66 500 2590 111 750 2240 193 注：零序容抗约为正序容抗的1.5倍。 图下是线路空载状态运行电路图，在输电线路的T型等值电路中，线路的分布电容作为一个集中电容放在线路的中点。输电线路两侧的电流都以从母线流向被保护线路作为正方向。 针对电容电流的影响采取的措施： ①提高差动电流起动值 ②电容电流的补偿，如零序差动的选相元件，采用电容电流的补偿方式，即保护在正常运行时根据公式估算出电容电流的大小，再从实测的差动电流中减去电容电流后，得到的电流即为补偿后的差动电流。 对于较长的输电线路，电容电流较大，为提高经大过渡电阻故障时的灵敏度，需对每相差动电流进行电容电流补偿。电容电流补偿量由下式计算而得： 2、TA断线的影响 线路N侧TA断线此时满足差动方程，如果不采取措施，差动保护会误动。 防止TA断线保护误动的措施： 为了防止TA断线差动保护误动，差动保护要发跳闸命令必须满足如下条件: ① 本侧起动元件起动 ② 本侧差动继电器动作； ③ 收到对侧'差动动作’的允许信号。 保护向对侧发允许信号条件： ①保护起动动作 ② 差流元件动作 这样当一侧TA断线，由于电流有突变或者有'零序电流’，起动元件可能起动，差动继电器也可能动作。但对侧没有断线，起动元件没有起动，不能向本侧发'差动动作’的允许信号。所以本侧不误动。 3、一侧为弱电源的线路内部故障，防止电流差动保护拒动的措施 一侧为弱电源的线路内部故障 如图所示：假设N侧是纯负荷侧，且变压器中性点不接地，则故障前后都是0，N侧差动保护不起动，则N侧保护不能跳闸。同时由于N侧保护不起动，不能向M侧发允许信号，M侧保护也不能跳闸。 解决措施： 除两相电流差突变量起动元件、零序电流起动元件和不对应起动元件外，931保护再增加一个低压差流起动元件： ① 差流元件动作。 ② 差流元件的动作相或动作相间电压小于0.6UN ③ 收到对侧的允许信号。 这样弱电源侧保护依靠此起动元件起动，两侧保护都可以跳闸。 4．收到三相跳闸位置继电器（TWJ）动作信号后该做些什么工作？ 空充于故障线路 因为断路器三相都断开的一侧突变量电流起动元件和零序电流起动元件均未起动，低压差流起动元件由于母线电压未降低（用母线TV）也不起动。由于起动元件均未起动，所以该侧不能向对侧发允许信号，造成另一侧纵联差动保护拒动的问题。 装置后端子有跳闸位置继电器（TWJ）的开入量端子。当保护装置检测到三相的TWJ都已动作的信号并且差流元件也动作后立即发'差动动作’允许信号。加了本措施后断路器三相都断开的一侧由于三相的TWJ都已动作并且差流元件也动作，所以可以一直向对侧提供允许信号，对侧的纵联差动保护可以跳闸。 5.差动保护的远跳和远传 ①差动保护的远跳： 如图所示故障发生在TA和断路器之间，这时对931来说是区外故障，差动保护不动作，母差保护915动作跳本侧开关，同时母差保护915发远跳信号给M侧931，M侧931将此信号通过光纤传送到N侧931，N侧931接收到该信号后根据'远跳受起动控制’控制字的整定再经（或不经）起动元件动作发三相跳闸去跳N侧开关。 ②差动保护的远传： 如图所示，M侧过电压保护装置925判断出本侧过电压，保护动作跳本侧开关，同时发远传信号给本侧931,本侧931通过光纤把信号传到对侧931，对侧931收到信号后再通过硬接点把此信号传到对侧925，对侧925再结合就地判据，跳N侧开关。 光纤通道及接口 光纤简介 和其它通信方式相比，光纤通信有以下明显的优点： 通信容量大；中继距离长；不受电磁干扰；资源丰富；光纤重量轻、体积小。 光也是一种电磁波，其中可见光波长在350nm—750nm，而光纤通信所用的波长在800——1600nm，光具有反射、折射特性，光纤通信是利用光在纤芯中的全反射原理进行传输的。 光纤的结构包括纤芯、包层、保护套，纤芯的折射率较高，是用来传送光信号的；包层的折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；保护套强度大，能承受较大冲击，保护光纤。 光纤的外径一般为125um(一根头发的直径平均100um)，内径：单模光纤为9um，多模光纤为50或62.5um。 光纤和光缆的比较与区分 作为通讯通道的光纤，其构造如图2-36所示，它由纤芯、包层、涂覆层和套塑四部分组成。纤芯在中心，是由高折射率的高纯度二氧化硅材料组成，主要用于传递光信号；包层是掺有杂质的二氧化硅组成，其光的折射率要比纤芯的折射率低，作用是使光信号能在纤芯中产生全反射传输，涂覆层及套塑主要是加强光纤的机械强度。 图2-36 光纤结构 图2-37光缆结构 光纤在实际工程应用中，都要制作成光缆，一般的光缆有多根纤芯绞制而成的。光纤成缆时，要求有足够的机械强度，在缆中用多股钢丝来充任加固件；有时还在光缆中绞制一对或多对铜线，用作电信号传送或电源线之用，见图2-37所示。其光缆的纤芯数量可根据实际工程要求而纹制。 一般在电网中采用的光缆有以下几种方式：埋地式；缠绕式——将光缆缠绕在高压输电导线上；悬挂式——并行悬挂在高压输电导线上；复合地线式光缆（OPGW）——外层为金属保护层作为高压输电线的绝缘地线，内层是绞制的光纤。 光纤分类：按传输模式可分为：单模、多模；按材料可分为：二氧化硅（SiO2）石英光纤、塑料光纤、多组分纤维、液芯纤维等。 单模光纤中只传输一个基模，没有模间色散，传输带宽很宽，是高速长距离光纤通信系统的理想传输媒质。 多模光纤中传输多个基模，有模间色散，传输带宽窄，是近距离光纤通信的传输媒质。 单模通信带宽大、衰耗小、传输距离远、传输特性好、一般采用激光管（LD）器件，发光功率大（mw级），寿命常，多用于长距离光纤通信，如光纤差动保护装置等。 多模通信带宽小、衰耗大、传输距离近、传输特性差、一般采用发光二极管（LED），发光功率小（uw级），寿命相对短，多用于短距离通信系统，如电力测控、综自的通信等。 单模及多模光纤的有关特性比较见下表 类型 波长 衰耗 带宽 多模光纤 0.85 2~3 0.2~1 1.3 0.5~1.2 0.2~1 单模光纤 1.3 0.4~0.8 20 1.55 0.2~0.6 20 光的传输特性：衰减特性；光纤的色散和脉冲展宽；光纤的带宽。光纤有三个低衰耗传输窗口，波长分别是850nm、1310nm、1550nm。其中多模通信一般采用850nm、1310nm，衰耗约1(4dB/KM；单模通信采用1310nm、1550nm，衰耗约0.2(0.4dB/KM。 对于继电保护所用的光纤，所要考虑的最重要的特性是光纤的衰耗值，而光纤的衷耗值不但与光纤的类型有关，而且还与通过的光信号波长有关，下图是光纤的谱特性曲线。 光纤的连接不同于电线的连接，光纤的连接要考虑两根纤芯的几何位置，通常的连接方式有两种，熔接和机械连接。 熔接就是用电弧同时熔化光纤的两个端面，熔接有人工熔接（用人工熔接仪，仅用于多模光纤），和自动熔接（用自动熔接仪）两种方式。对于自动熔接，一般接头损耗可达到0.05～0.01dB。 机械连接就是用具有专门定位光纤机械连接器来连接光纤，一般继电保护用的光纤接口端机与外界敷设的光缆连接就采用这种方式．目前，我国较通用的连接器为FC型，其他类型的还有SC型、SMA型、ST型等，一般连接器的损耗为0.2dB～1dB左右。光纤连接器的特性见下表，光纤连接器的结构及安装见图2-38所示。 多模连接器 单模连接器 插入损耗 0.3 dB 0.5 dB 重复性 0.1 dB 0.2 dB 光纤尺寸 50/125 um （8～10）/125 um 使用寿命 > 2000 次插拔 > 2000 次插拔 光纤连接器 通信简介 光纤通信发展史不长，但光纤通信的发展是非常迅猛的。从1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法，到1970年贝尔研究所研制出室温下可连续工作的半导体激光器，同年康宁公司制出损耗为20dB/km光纤，到了1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路投入运行后，光纤通信的发展趋势愈加迅速，目前电力系统中主要运行的光纤通信设备的速率为622Mb/s和2.5Gb/s。目前最高商用系统10Gb/s，大容量、超高速是光纤通信的发展方向。 光纤通信和其它通信系统相似，但光纤通信有其自身的特点。和光纤通信密切相关的是同步数字系列（SDH）传输体系和自愈环网。SDH传输网具有智能化的路由配置能力，上下电路方便，维护、监控、管理功能强等优点、光接口标准统一等优点，SDH传输技术体制的出现是光纤通信传输网技术的一次革命，是现阶段信息高速公路的主干道。 SDH传输系统的特点：采用世界上统一的标准传输速率等级。最基本的模块称为STM-1，传输速率为155.520Mb/s。SDH各网元的光接口有严格的标准规范，有利于建立统一的通信网络。在帧结构中安排了丰富的开销比特，便于网络的运行、维护和管理。采用数字同步复用技术，简化了复接分接的实现设备，十分简便。采用数字交叉连接设备DXC可以对各端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，提高了网络的灵活性及对各种业务变化的适应能力。光纤通信组网方式：环形网是一种有很强自愈能力的网络拓扑结构，具体分为两纤单向通道保护环、两纤单向复用段保护环、两纤双向通道保护环、四纤双向复用段保护环等。 光纤通讯器件 在光纤通讯系统中，必须要有光/电、电/光能量转换器件，将电信号变成光信号，在光纤中传输；并将光纤中的光波信号还原成电信号。通常将电信号变成光信号的器件称为光纤发射器件或光源，将光信号转换为电信号的器件称为光纤接收器件。 （1）光纤发送器件/光源 光源的用途是将电信号转换成为光信号，并耦合入光纤中传输。在光纤通讯中，用作光源折器件有两种：发光二极管（LED）和激光二极管（LD）；不论是LED，或是LD，均可做成0.85μm，1.3μm或1.55μm波长的器件。若所耦合的光纤为多模光纤，则为多模光源器件；耦合的光纤为单模光纤，则为单模光源器件。 当有电流流过光源器件时，光源器件受激发射出特定波长的光束。LED的光发射呈球幅射，发射角度大，其光信号耦合入光纤中的效率低；LD的光发射呈直线，发射角度小，其光信号耦合入光纤中的效率高，见图2-39。 光源发光方式 LED与LD各种性能比较见下表： 器件 输出功率 驱动电源 频响范围 驱动电路 热稳定性 调制噪声 价格 LED 10～100μw 20～200mA 50MHz 简单 稳定 小 便宜 LD 2mw～20mw ＞100mA 1GHz 复杂 不稳定 大 很贵 LED驱动电路及外形 （2）光纤接收器件 光纤接收器件是将光纤中耦合的光信号转换为电信号。常用的光纤接受器件有两种，一是PIN二极管，另一是雪崩二极管（APD），两者性能如下表 光接收 器件 收光面积 mm 灵敏度 dBm 响应度 A/W 外加偏压 V 动态范围 dB 带宽 杂音 价格 PIN 0.3～3 -58 0.4～0.7 10～30 60 1～2GHz 小 便宜 APD 0.8～8 -70 10～70 250～350 20 90～150MHz 大 贵 由于价格及所加偏压的选择，在继电保护应用中，一般选用PIN二极管。光接收器件是将所收到光信号的强弱程度反映为PIN管中感应电流的大小，一般接收检测回路中还要经过电流放大器放大。有的光接收器件是将PIN直接与前置电流放大器集在一起（PIN-FET组件），其接收光信号的大小直接转换成电压信号的大小输出。 （3）基本光纤通讯系统 一个基本光纤通讯系统应用这样几个部分组成，发送调制、光源、光纤连接器、光纤通道、光纤接收器、接收解调；对于长线路，光纤通道中间应增设一个或多个光中继设备，由于继电保护专用光纤通道一般用于短线路，因此在实际工程，无需增设中继设备。 基本光纤通信系统 发送调制就是将所需传送的保护信号（模拟电流信号或跳闸命令信号）变换成能够采用光纤通道传输的脉冲信号方式，常用的调制方式有脉码调制（PCM）、脉宽调制（PWM）、移频键控（FSK）等。接收解调即将有关脉冲方式的信号还原成相应的保护信号形式。 在长途光纤通信系统中，每隔一段距离需设置中继器，以把经过长距离传输衰减变得很微弱并畸变的光信号进行光监测变成电信号，经放大整形再生后驱动光源，产生光信号再送入光纤传输，这就是传统的光－电－光中继器。当前，光放大器已经成熟，其增益高、输出功率大、噪声低、带宽大、码速透明，完全可以替代光－电－光中继器，正推动着光纤通信向全光通信技术发展。 光纤通道 光纤保护装置（光纤差动、光纤距离、光纤方向、光纤命令、光纤稳控等）内部光纤通信接口的原理框图如下， 从串行通信控制器（SCC）来的数据经过光纤发送码型变换后，去调制光发射器（LD），将连续变化的数据码流变成连续变化个光脉冲。 在接收时，对弱的光信号，进行放大、整形、再生成数据码流，送给串行通信控制器，供CPU读取。 继电保护用光纤通道种类比较多，以光纤差动保护为例来描述有专用光纤（纤芯）传输通道和复用通信设备传输通道。 专用纤芯方式相对比较简单，运行的可靠性也比较高，保护动作性能能够得到保障，日常的运行维护工作量也很少，已经得到了广泛的使用。有条件的地区，220kV及以下线路光纤保护多采用专用纤芯方式，目前专用纤芯工作方式完全可以运行在120KM及以下的光缆长度上。 复用通信设备传输通道涉及的中间设备较多，通信时延也较长，运行的可靠性较低，保护动作性能不能得到保障，日常的运行维护工作量也比较大，问题查找不易。是以牺牲保护装置的性能，来换取通信资源的利用率的。 接口装置 用来完成将保护装置的光信号转换成通信设备所能接收的标准电信号，根据通信设备所能提供的电接口速率，可以分为64kbit/s和2048kbit/s两类。 接口装置同常安装在变电站的通信机房，通过电缆（64k时使用屏蔽双绞线或2048k时使用同轴电缆）和通信设备相连，通过光缆和保护设备相连。 通信机房的通信设备一般只提供电接口的业务，在G.703中对业务端接口的物理电平有严格的定义，无论是64kbit/s还是2048kbit/s速率都是三电平信号，这样才能保证各个厂家的通信设备都能够和业务端互连、互通。而光通道中传输的是二电平码流，这就需要转换成三电平码流。二电平码流含有直流分量，信号在通信设备内部传输时，不能含有直流分量,且低频分量应尽量少，这是因为在终端机和再生中继器的靠外侧，加有脉冲变压器，对直流分量起阻碍作用，并且对低频成分衰减也较大。经通信单元将各路信号复用后，再转换成二电平光信号传传至远方。这就要求继电保护传输的数据线路码流频谱中消除长'0’和长'1’，并包含定时时钟信息。接收端经过变换得到时钟信息，使得接收端时钟和发送端时钟保持同步。 数字复接接口的功能：把收到的光信号变成电信号，把收到的电信号变成光信号；将接收到光的单极性（二电平）码转换成通信的双极性（三电平）码，将通信双极性码转换成光的单极性码。 通道联调与常见问题 （1）专用纤芯通道的联调： 光纤保护使用专用光纤通道时，由于通道单一，所以出现的问题相对较少，解决起来也较为方便。一般需要用光功率计，进行线路两侧的收、发光功率检测，并记录测试值。最好能在不同天气（晴、雨、雪等）不同时间（早、中、晚）检测多次，这样能检测出光纤熔接点存在的问题。尤其是对一些长线路，由于熔接点多，熔接点的质量直接影响线路的总衰耗。 复用通信设备传输通道的联调： 对于复用传输通道来讲，由于传输中间环节多，时延长，出现问题的概率也大得多。大量的通道联调问题均为此类问题。由于保护人员不熟悉通信设备，遇到此类问题时，缺乏手段和经验，很难迅速地解决问题。因此我们建议通信人员在光纤保护通道联调之前，必须先进行通道测试，以确定通道的信号传输质量。尽量减少通道联调中可能出现的问题。 在进行通道联调时，应根据实际运行的通道工况来进行测试，即若保护设备工作在64kbit/s，则测试应在64kbit/s速率上进行；若保护工作在2048kbit/s，则测试应在2048kbit/s速率上进行。要求测试时间至少为24小时，并且尽可能长。只有在线路两侧测试均无误码后，才能将保护设备接入通道，进行跨通道的保护调试。 在没有误码仪时，通道联调将会比较困难。如果光纤保护具有自环测试功能，可借助此功能进行多次测试，逐步逼近实际运行通道。 （2）通道联调中遇到的常见问题： ①通信时钟的设置，在复用通信设备传输通道是，就64kbit/s和2048kbit/s两种传输速率时，保护设备的通信时钟设置是不一致的，必须参考保护厂家的说明书。 ②光纤连接时，光纤接头多为FC型，在连接时请注意尾纤接头、法兰盘、光器件的表面清洁，如有需要可用棉球、丝绸沾无水酒精清洁。连接时注意一定要将尾纤FC接头的凸台对准FC连接器的缺口，然后将接头插到连接器里，使凸台完全卡入缺口中，用手旋紧FC接头的外壳。 ③光纤、尾纤的盘绕与保护，尽量避免光纤弯曲、折叠，过大的曲折会使光纤的纤芯折断。在必须弯曲时，必须保证弯曲半径必须大于3cm(直径大于6cm)，否则会增加光纤的衰减。光缆、光纤、尾纤铺放、盘绕时只能采用圆弧型弯曲，绝对不能弯折，不能使光缆、光纤、尾纤呈锐角、直角、钝角弯折。对光缆、光纤、尾纤进行固定时，必须用软质材料进行。如果用扎线扣固定时，千万不能将扎线扣拉紧。
此时差动电流即为电容电流，如果输电线路比较长，电压等级比较高，则电容电流比较大，而制动电流比较小，很容易引起差动保护误动。
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