分布式DTU的國(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)尚未正式發(fā)布，但部分省份已經(jīng)開(kāi)始使用，如山東、江蘇等省，山東省對(duì)分布式DTU的光差保護(hù)有要求。今天我們就來(lái)看看它。光纖差動(dòng)保護(hù)原理。

光纖電流差動(dòng)保護(hù)是在電流差動(dòng)保護(hù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的?；颈Ｗo(hù)原理基于基爾霍夫基本電流定律，可以理想地使保護(hù)單元化。運(yùn)行方式改變的影響，由于兩側(cè)的保護(hù)裝置沒(méi)有電連接，提高了運(yùn)行的可靠性。目前，電流差動(dòng)保護(hù)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的主變壓器、線路和母線。其靈敏度高、動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠、動(dòng)作迅速、對(duì)電力系統(tǒng)振蕩的適應(yīng)性強(qiáng)、非全相運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)是其他保護(hù)形式無(wú)法比擬的。光纖電流差動(dòng)保護(hù)在繼承電流差動(dòng)保護(hù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，以其可靠穩(wěn)定的光纖傳輸通道，保證了傳輸電流的幅值和相位正確可靠地傳輸?shù)綄?duì)端。

一、分布式DTU原理介紹

光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)通過(guò)線路光纖通道將采樣數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綄?duì)端，同時(shí)接收對(duì)端的采樣數(shù)據(jù)。執(zhí)行差分電流計(jì)算。根據(jù)電流差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性方程判斷，當(dāng)判斷為內(nèi)部故障時(shí)，動(dòng)作跳閘，當(dāng)判斷為外部故障時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作。

△ 光纖電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)示意圖

當(dāng)線路正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，線路兩側(cè)的電流相位反轉(zhuǎn)。如上圖，假設(shè)M側(cè)為送電端，N側(cè)為受電端，M側(cè)電流為母線流向線路，N側(cè)電流為線路流向母線，兩側(cè)電流大小相等，方向相反。電流為零；當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，故障電流從母線以相同方向流向線路，線路兩側(cè)電流之差不再為零。當(dāng)滿足電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性方程時(shí)，保護(hù)裝置發(fā)出跳閘指令，迅速將故障相移開(kāi)。

對(duì)于光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)一般為采用雙斜坡制動(dòng)功能，確保在發(fā)生穿越故障時(shí)的穩(wěn)定性。圖中，Id代表差動(dòng)電流，Ir代表制動(dòng)電流，K1和K2分別代表不同的制動(dòng)斜率。

這種制動(dòng)特性曲線可以保證小電流時(shí)的高靈敏度，大電流時(shí)的高可靠性。在這種情況下，具有更高斜率的制動(dòng)特性更可靠。

由于線路兩側(cè)電流互感器的測(cè)量誤差和超高壓線路運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的充電電容電流，差動(dòng)保護(hù)使用本、對(duì)端電流數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)時(shí)差值時(shí)分相電流，其值不是為零，即存在一定的不平衡電流。必須設(shè)置光差動(dòng)保護(hù)來(lái)避免這個(gè)電流值，這就是上圖所示的最小差動(dòng)電流整定值Isl不為零的原因。如何避免不平衡電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響？不同類型的保護(hù)裝置采用不同的整定方法。一般采用固定閾值法進(jìn)行設(shè)置。即保護(hù)裝置在正常工作時(shí)測(cè)得的差動(dòng)電流作為保護(hù)線路的純?nèi)菪噪娏鳎㈦娏髦党艘砸粋€(gè)系數(shù)（通常為2-3）作為差動(dòng)電流的動(dòng)作閾值。

當(dāng)差動(dòng)元件判斷為該區(qū)域故障并發(fā)出跳閘指令時(shí)，除使線路一側(cè)的斷路器跳閘外，還通過(guò)光纖通道，使對(duì)側(cè)斷路器快速跳閘。

二、分布式DTU對(duì)通信系統(tǒng)的要求

光纖電流差動(dòng)保護(hù)通過(guò)通信通道雙向傳輸電流數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算兩側(cè)保護(hù)。一般采用兩種通信方式：一種是保護(hù)設(shè)備以64Kbps/2Mbps速率，按照ITU-T推薦G.703規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)復(fù)用器的64Kbps/2Mbps數(shù)據(jù)通道同向接口，即復(fù)用PCM方法；另一種是保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)通信采用專用纖芯進(jìn)行雙向傳輸，速率為64Kbps/2Mbps，即專用光纖模式。

△ 光纖差動(dòng)保護(hù)與通信系統(tǒng)連接示意圖

光纖電流差動(dòng)保護(hù)需要線路兩側(cè)的保護(hù)裝置采樣是同時(shí)和同步的，因此時(shí)鐘同步對(duì)于光纖電流差動(dòng)保護(hù)至關(guān)重要。當(dāng)前差動(dòng)保護(hù)采用專用光纖通道時(shí)，保護(hù)裝置的同步時(shí)鐘一般采用“主從”方式，即兩側(cè)保護(hù)的一側(cè)使用內(nèi)部時(shí)鐘作為主時(shí)鐘，另一側(cè)保護(hù)應(yīng)設(shè)置為從時(shí)鐘模式。設(shè)置為從時(shí)鐘側(cè)的保護(hù)設(shè)備，其時(shí)鐘信號(hào)是從對(duì)側(cè)保護(hù)傳來(lái)的信息碼中提取的，以保證與對(duì)側(cè)時(shí)鐘同步。采用復(fù)用PCM模式時(shí)，復(fù)用數(shù)字通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道作為主時(shí)鐘，兩邊的保護(hù)器件都應(yīng)設(shè)置為從時(shí)鐘模式，即都從其中提取同步時(shí)鐘信號(hào)復(fù)用數(shù)字通信系統(tǒng)，否則保護(hù)裝置將無(wú)法與通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)信道進(jìn)行復(fù)用。

三、分布式DTU示例介紹

變電站1、2線保護(hù)是由GXH803-102微機(jī)保護(hù)（簡(jiǎn)稱B套）和GPSL603-621微機(jī)保護(hù)（簡(jiǎn)稱A套）組成的雙纖微機(jī)快速保護(hù)。主要保護(hù)為分相電流差動(dòng)保護(hù)和零序電流差動(dòng)保護(hù)，以距離和零序方向電流保護(hù)作為后備保護(hù)。

以GPSL603保護(hù)為例，光纖相電流差動(dòng)保護(hù)裝置采用相電流差動(dòng)保護(hù)作為縱向保護(hù)。

分相電流差動(dòng)保護(hù)可通過(guò)64KB/S數(shù)字同向接口復(fù)用端子、2M數(shù)字或?qū)Ｓ霉饫|作為通道傳輸三相電流等數(shù)字信號(hào)。使用專用光纖作為通信介質(zhì)時(shí)，采用1Mbps的傳輸速率，大大提高了保護(hù)性能，采用內(nèi)置光收發(fā)器，無(wú)需任何光電轉(zhuǎn)換設(shè)備即可獨(dú)立完成光電轉(zhuǎn)換過(guò)程。

差動(dòng)繼電器動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠，動(dòng)作速度快。當(dāng)故障電流超過(guò)額定電流時(shí)，保證脫扣時(shí)間小于25ms。即使發(fā)生大接地電阻故障后故障電流小于額定電流，也能在30ms內(nèi)正確運(yùn)行。零序電流差動(dòng)保護(hù)大大提高了整個(gè)器件的靈敏度，增強(qiáng)了承受過(guò)渡電阻的能力。

分相電流差動(dòng)保護(hù)主要由差動(dòng)CPU模塊和通訊接口組成。差分CPU模塊完成采樣數(shù)據(jù)的讀取、濾波和波形、數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、數(shù)據(jù)同步、故障判斷、跳閘邏輯輸出；通信接口完成與光纖的光電物理接口功能，專門(mén)安裝的PCM復(fù)用接口設(shè)備完成數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘提取相當(dāng)于接口功能。

1) 分布式DTU起始元素

差動(dòng)保護(hù)的起動(dòng)元件包括相電流突變起動(dòng)元件、零序輔助起動(dòng)元件、低壓起動(dòng)元件和采用TWJ的輔助起動(dòng)元件。

分布式DTU相電流突變啟動(dòng)元件：

保護(hù)啟動(dòng)元件用于啟動(dòng)故障處理程序并打開(kāi)保護(hù)跳閘繼電器的負(fù)電源，各保護(hù)模塊以相電流突變作為主要啟動(dòng)元件，并確定啟動(dòng)閾值由突變啟動(dòng)值加上浮動(dòng)閾值，當(dāng)系統(tǒng)振蕩時(shí)，突變啟動(dòng)元的閾值自動(dòng)升高。零序電流啟動(dòng)元件和靜穩(wěn)損傷檢測(cè)元件是輔助啟動(dòng)元件。延時(shí)30ms，保證相電流突變?cè)?yōu)先動(dòng)作。

標(biāo)準(zhǔn)是：

△IΦ>IQD+1.25△It

Φa、b、c三相不同，T為20ms

△IΦ為相電流突變

△是相電流不均勻度 實(shí)測(cè)最大值

當(dāng)任一相電流突變連續(xù)3次大于啟動(dòng)閾值時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)。

零序電流輔助啟動(dòng)元件：

為防止經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離故障或大電阻故障時(shí)相電流突變啟動(dòng)元件靈敏度不足而設(shè)置。元件在零序電流大于啟動(dòng)閾值 30ms 后開(kāi)始工作。

低壓輔助啟動(dòng)元件：

輔助啟動(dòng)元件用于弱饋負(fù)載側(cè)，當(dāng)對(duì)側(cè)啟動(dòng)但本側(cè)不啟動(dòng)時(shí)，該元件接通。當(dāng)相電壓小于 52V 或相間電壓小于 90V 時(shí)，排除對(duì)側(cè)吸合故障。

（注：對(duì)于單電源或一側(cè)的大電源和另一側(cè)的小電源系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)元件對(duì)一側(cè)相電流突變的靈敏度無(wú)電源或弱電可能不足以滿足兩端差動(dòng)保護(hù)同時(shí)啟動(dòng)，是退出的必要條件，可能會(huì)拒絕動(dòng)作。）

使用 TWJ 的輔助啟動(dòng)元件：

作手合閘故障時(shí)，一側(cè)啟動(dòng)，另一側(cè)不啟動(dòng)時(shí)，未接通。用于側(cè)面保護(hù)的激活元件。

2）相位差原理

動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)如下：

│IM+IN│>Icd………………(1)

│IM+IN│>4Ic………………(2)

│IM+IN│≦Iint………………(3)

│IM+IN│>KBL│IM-IN│…(4)

KBL為微分比例系數(shù)，內(nèi)部固定為0.5，Icd為設(shè)定值（微分啟動(dòng)電流值）； Iint 是額定電流的四倍；零序差動(dòng)作為高阻接地故障的輔助保護(hù)，原理同差動(dòng)相位差動(dòng)，零序差動(dòng)比例系數(shù)保護(hù)內(nèi)部固定為KOBL=0.8，Ic為正常時(shí)計(jì)算的電容電流手術(shù)。

3) 分布式DTU通信可靠性

在光纖差動(dòng)保護(hù)中，通信可靠性是影響保護(hù)性能的關(guān)鍵因素。因此，通信受到密切和細(xì)致的監(jiān)控。對(duì)每一幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行crc校驗(yàn)，錯(cuò)誤丟棄，錯(cuò)誤幀數(shù)達(dá)到一定值時(shí)報(bào)通道無(wú)效；通信比特率是恒定的，每秒接收的幀數(shù)不是恒定的。如果丟失幀數(shù)大于給定值，則該通道將報(bào)告為中斷。上述兩種情況發(fā)生后，會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，封鎖封鎖。保護(hù)，通信恢復(fù)后自動(dòng)恢復(fù)。

4) 分布式DTU跳閘邏輯

差動(dòng)保護(hù)可以分相跳閘。當(dāng)該區(qū)域發(fā)生單相故障時(shí)，將單獨(dú)切斷該相。保護(hù)發(fā)出脫扣指令后，故障相250ms內(nèi)仍有電流，再次發(fā)出三脫扣指令；如果 250ms 內(nèi)故障相仍有電流，則重新發(fā)出永久跳閘命令。

兩相以上的區(qū)域發(fā)生故障時(shí)，跳過(guò)三相。

當(dāng)控制字采用三相跳閘時(shí)，三相跳閘隨時(shí)發(fā)生。

零序電流差分為兩級(jí)，第一級(jí)有60ms的延遲，用于選相和跳閘，第二級(jí)有150ms的延遲，三級(jí)跳閘。

只有當(dāng)兩邊的差動(dòng)動(dòng)作時(shí)，才確定主相區(qū)有故障。

收到對(duì)方的遠(yuǎn)程跳轉(zhuǎn)指令后，發(fā)送永久跳轉(zhuǎn)。

5）分布式DTU手動(dòng)合閘故障處理

手動(dòng)合閘時(shí)，差動(dòng)保護(hù)自動(dòng)升至額定電流In，防止正常合閘時(shí)因線路充電電流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

6) 分布式DTU永久跳轉(zhuǎn)和遠(yuǎn)傳功能

該功能是在本端發(fā)生永久性故障或同時(shí)發(fā)生永久性故障時(shí)，發(fā)送永久性跳轉(zhuǎn)退出。此時(shí)永久跳轉(zhuǎn)指令通過(guò)光纖傳輸?shù)綄?duì)側(cè)，對(duì)側(cè)被阻擋。閉合開(kāi)關(guān)以防止對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)在故障時(shí)重合閘。保護(hù)接收到光纖通道遠(yuǎn)傳后，發(fā)送一個(gè)60ms的永久跳轉(zhuǎn)退出信號(hào)。該功能可通過(guò)控制字開(kāi)啟和關(guān)閉。

7) 遠(yuǎn)跳遠(yuǎn)傳功能

該裝置具有一個(gè)遠(yuǎn)跳功能和兩個(gè)遠(yuǎn)傳信號(hào)通道，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)跳和遠(yuǎn)傳信號(hào)的功能。跳遠(yuǎn)的開(kāi)路輸入連續(xù)8ms確認(rèn)后，與采樣數(shù)據(jù)一起打包為數(shù)字信息，編碼，CRC校驗(yàn)，光電轉(zhuǎn)換后發(fā)送到對(duì)端。接收對(duì)端數(shù)據(jù)后，進(jìn)行crc校驗(yàn)，解碼提取遠(yuǎn)程跳閘信號(hào)，連續(xù)3次接收對(duì)端遠(yuǎn)程跳閘信號(hào)后，確認(rèn)退出跳閘。當(dāng)遠(yuǎn)程跳閘用于直接跳閘時(shí)，可以通過(guò)本地啟動(dòng)來(lái)閉鎖。當(dāng)保護(hù)控制字設(shè)置為遠(yuǎn)程脫扣并被就地啟動(dòng)閉鎖時(shí)，保護(hù)??在收到對(duì)端遠(yuǎn)程脫扣信號(hào)后500ms后不脫扣，并發(fā)出“長(zhǎng)時(shí)間不返回的脫扣信號(hào)”時(shí)間”。信息。同時(shí)，在遠(yuǎn)傳信號(hào)的開(kāi)路輸入連續(xù)確認(rèn)5ms后，將遠(yuǎn)傳信號(hào)的相同處理傳送到對(duì)端。

分布式DTU操作注意事項(xiàng)：

1）根據(jù)兩套保護(hù)的配置，只要其中一套保護(hù)投入運(yùn)行，就要求兩套保護(hù)的運(yùn)行電源（保護(hù)屏上）投入運(yùn)行。原因是GPSL603保護(hù)只配備了斷路器控制裝置和WXH-803保護(hù)裝置只配置了操作箱，因?yàn)閮烧呙懿豢煞?，所以有以上要求?/p>

2）當(dāng)WXH803裝置出現(xiàn)故障或需要完全停止保護(hù)時(shí)，應(yīng)先斷開(kāi)脫扣出口壓板，再斷開(kāi)直流電源。當(dāng)設(shè)備發(fā)出“報(bào)警I”信號(hào)時(shí)，一般是硬件異常、定值錯(cuò)誤、采樣錯(cuò)誤等，同時(shí)保護(hù)插座電路的+24V電源被阻斷。建議將二次故障信號(hào)作為緊急缺陷通知調(diào)度員或相關(guān)繼電保護(hù)人員進(jìn)行處理。

3）差動(dòng)保護(hù)的輸入和輸出應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)通道出現(xiàn)異?；蚬收蠒r(shí)，應(yīng)撤出兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)。如果只抽出一側(cè)壓差板，另一側(cè)會(huì)發(fā)出“對(duì)側(cè)縱向壓差出口”的信息，對(duì)側(cè)保護(hù)被閉鎖。

4）裝置重合器退出時(shí)，僅斷開(kāi)重合器出口壓板，重合方式應(yīng)與另一組運(yùn)行中重合器的重合方式一致?！暗攸c(diǎn)。