本文将结合220kV数字化变电站体系计划具体阐明光纤纵差维护的相关问题。
一、导言
因为光电技能和核算机的飞速发展，新式光学电压、电流互感器日益显现出赋有魅力的远景和强壮的生命力，逐渐替代电磁式互感器是继电维护的一个发展方向。
数字化变电站建造应充分体现一次设备智能化和二次设备网络化的规划理念。一次设备智能化的重点是光电互感器和智能断路器的运用。二次设备网络化应遵循和履行IEC61850规范。数字化变电站按进程层、距离层、站控层3层结构规划，光电互感器和面向通用目标的变电站事情(GOOSE)通讯技能的运用将彻底处理电流互感器饱满问题、二次电缆的交直流串扰问题。数字化变电站建造应以电网安全、牢靠和经济运转为条件，有用处理数据收集设备重复出资问题和二次智能设备的互操作问题。数字化变电站对光纤纵差维护提出了一些新问题，本文将结合220kV数字化变电站体系计划具体阐明光纤纵差维护怎么处理上述问题。
二、光纤纵差维护的运用环境
数字化变电站内线路维护、主变维护、母线维护经过进程层距离局域网，完结数据源和智能操作组织的同享。数字化变电站之间的一对光纤纵差维护经过租借的光纤通道完结数据的同享和采样时钟的同步。
数字化变电站的数据源来自兼并单元(Mu)，Mu的采样选用全站一致的时钟源SYN。各站的线路差动维护也选用同一时钟源。Mu数据经过进程层交换机给距离的继电维护设备，包含线路维护、母差维护等。线路差动维护的数据来自2个不同的变电站，在体系内无一致时钟信号时，两站Mu的采样不同步。差动维护需求处理两边采样数据同步问题。
三、数字化变电站对数据收集的要求
数字化变电站每个线路距离的MU供给线路维护需求的Ia，Ib，Ic，ua，Ub，Uc，3Uo，31o，以及一相母线电压数据，线路维护、主变维护和母线维护经过进程层距离交换机与距离MU按IEC 61850-9-1/2规范通讯获取上述数据，完结数据源的同享。因为母线维护对距离之间的数据收集同步要求很高，因而在数字化变电站规划时，要求全站数据收集同步信号来历于同一个时钟源。现在2个变电站之间的一对光纤纵差维护采纳的是以某个变电站光纤纵差维护的收集时钟为主时钟，另一个变电站光纤纵差维护调整本身的收集时钟与主时钟同步的办法。添加MU违反数据源同享准则，经过全球定位体系(GPS)完结变电站之间的数据收集同步，违反电网安全牢靠运转规矩。这就引出了本文所要论说的首要问题：怎么完结变电站之间的数据收集同步?
四、光纤纵差维护完结的关键问题
(一)线路差动维护同步
在数字化变电站中，母差维护和变压器维护所收集的交流量均在一个变电站内，在全站运用一致时钟源时，各Mu采样同步，不存在同步问题。对线路差动维护，收集的电量为2个不同变电站的电流、电压。在整个电力体系未运用同一时钟源的条件下，线路差动维护需完结变电站之间的数据收集同步。与传统的线路差动维护采样同步不同，数字化变电站的交流量收集由Mu完结，不能实时调整采样，这就需求对同步提出新的计划。
1、根据乒乓原理的时钟信号同步
数字化变电站的线路差动维护选用根据乒乓原理的时钟信号同步的采样同步调整计划
以M站差动维护为例，当设备收到本站的同步信号SYNM时，在传向N站的数据帧中添加“同步信号帧”;一起在收到N站传过来的“同步信号帧”时，记录下此时刻相对于本侧同步时钟的时差Tma，一起回发N侧一帧“同步承认帧”。“同步承认帧”中包含Tma。N侧设备的收发进程与此相同。
M站差动维护在收到从N站传过来的“同步承认帧”时，记录下此时刻相对于本侧同步时钟的时差Tnb。经过一个来回，M站维护设备就知道了本侧维护设备与对侧维护设备的同步时钟的时刻差△t=Tnb/2-Tma。同理，N站检测到的本侧维护设备与对侧维护设备的同步时钟的时刻差△t=Tmb/2-Tna。
△t有正负之分。当△t为正时，表明本侧同步时钟超前对侧同步时钟：当△t为负时，表明本侧同步时钟落后对侧同步时钟。
数字化变电站光纤分相纵差维护要求两边Mu的收集频率相同，假定Mu发送数据帧的频率为fs，核算出△t后，可核算出两边差动维护设备对点的距离Nd，Nd=round(fS△t)
式中：round函数是将实数取整，余数四舍五入。
当△t为正时，将本侧的采样值后移Nd点与对侧同步;当△t为负时，将本侧的采样值前移Nd点与对侧同步
选用此种同步方法，两边同步后理论上存在的最大相位差δ=ω/(2fS)，其间，ω为体系角频率。 2、相位差剖析
数字化变电站的光纤差动维护选用时钟信号同步后，两边设备的同步时差td可表明为：
td=δ+ts
式中：δ为根据乒乓原理的时钟同步后两边角差。
因为电子式互感器的数据收集频率fs比较高，选用时钟信号同步后的线路差动维护的同步角差与fs相关，成反比联系。以每周期40点(fS=2000Hz)采样为例，同步后的角差6≤4.5°。
ts为两边Mu的采样相对于各自全站一致时钟源的时刻差。现在，Mu的运算速度快，两边纷歧致的时刻差小，一般在10μs以下。
采样报文从Mu经过网络交换机传输到维护设备，这个时刻在同步报文中考虑，不影响同步后的时差。
归纳剖析，从一次电气量到维护核算整个环节，根据乒乓原理的时钟信号同步后对点构成的角差δ为两边差动维护不完全同步的首要因素，tS的影响小。传统的电磁型维护用电流互感器，因为励磁电流的存在，导致二次电流相对于一次电流有角差。继电维护“四一致”规则，线路两边电流互感器传变的角差差错最大考虑7°。根据罗氏线圈原理的电子式电流互感器，因为没有铁芯，没有励磁电流，理论上二次电撒播变没有角差，也不存在饱满。因而，数字化变电站线路两边电流互感器传变无角差，根据同步构成的时差td对差动维护影响小，能够不必考虑其对差动的影响。
(二)线路纵差维护的功能
数字化变电站的线路差动维护相对于传统的光纤差动维护而言具有许多长处，限于篇幅，对其间的理论剖析和试验成果纷歧一例举。
1、运用电子式互感器的线路差动维护因无饱满，区外毛病时，穿越性电流引起的不平衡电流小(需考虑同步后的角差6引起的不平衡电流)，不会呈现区外毛病误动，进步了差动维护的牢靠性。
2、运用电子式互感器的线路差动维护整定的差流门槛低，制动系数取值小，进步了差动维护的灵敏度。
3、电子式互感器不饱满，线性度好。除选用传统的相量差动外，运用采样值差动，相关差动可进步差动维护的动作速度。
(三)开入开出处理
数字化变电站的光纤纵差维护，开入量来历分为3类，包含：
1、投退型压板开入，包含差动维护投退、距离维护投退以及闭锁重合闸等。此类开入直接从维护屏柜取得，选用开入量收集取得。
2、开关的运转状况，包含分相的TWJ(跳位机)、断路器合闸压力低一级。此类开入量信息由智能操作箱(或智能断路器)收集。光纤纵差维护经过进程层距离局域网与智能操作箱/断路器通讯，通讯协议为IEC61850-8-1规范的GOOSE协议，取得断路器的运转状况。
3、屏柜间的闭锁信号，包含远传和远跳信息。母差维护动作，发动操作箱的TJR(不发动重合闸的三相跳闸)，TJR去发动远跳。数字化变电站中，母差的动作信号可经过智能操作箱发给线路维护，也可由母差维护直接传给线路维护，这2种方法理论上均可完结。
(四)与其他设备合作
与光纤纵差维护合作的其他设各包含智能操作箱、母差维护以及安稳操控设备等。光纤纵差维护经过进程层距离局域网与智能操作箱/断路器通讯，通讯协议为IEC61850-8-1规范的GOOSE协议。智能操作箱/断路器收集和多播上述重要的维护信号。光纤纵差维护将跳闸指令多播至相关智能操作箱/断路器，并将闭锁指令多播至其他相关维护。
