北京四方光纤差动保护
一起110kV线路光纤差动保护通道故障分析及处理
一起110kV线路光纤差动保护通道故障分析及处理摘要：光纤电流差动保护是在电流差动保护的基础上演化而来的，基本保护原理也是基于克希霍夫基本电流定律，它能够理想地使保护实现单元化，原理简单，不受运行方式变化的影响，而且由于两侧的保护装置没有电联系，提高了运行的可靠性。
目前电流差动保护在电力系统的主变压器、线路和母线上大量使用，其灵敏度高、动作简单可靠快速、能适应电力系统震荡、非全相运行等优点是其他保护形式所无法比拟的。
光纤电流差动保护在继承了电流差动保护的这些优点的同时，以其可靠稳定的光纤传输通道保证了传送电流的幅值和相位正确可靠地传送到对侧。
本文主要通过分析一起110kV光纤差动保护通道故障案例，以此帮助变电运行人员与保护专业人员快速处理光纤差动保护通道故障。
关键字：光纤差动保护；通信中断；自环；丢帧。
一、光纤差动保护通信及保护原理光纤电流差动保护借助于线路光纤通道，实时地向对侧传递采样数据，同时接收对侧的采样数据，各侧保护利用本地和对侧电流数据按相进行差动电流计算。
根据电流差动保护的制动特性方程进行判别，判为区内故障时动作跳闸，判为区外故障时保护不动作。
通信通道可采用64kbps或2Mbps接口，本次事件两侧变电站采用保护装置为北京四方继保自动化股份有限公司生产型号为CSC-163A数字式线路保护装置，其数字电流差动保护系统构成见图1,保护装置与通信系统连接方式见图2。
图1 数字电流差动保护系统示意图图2 保护装置与通信系统连接方式示意图上图中以M、N为两端均装设 CSC-163 保护装置，保护与通信终端设备间采用光缆连接。
保护侧光端机装在保护装置的背后。
通信终端设备侧需配套北京四方继保自动化股份有限公司光接口盒 CSC-186BV (AN)。
二、光纤差动保护的启动元件1)相电流差突变量启动元件；2) 零序电流（3I0）突变量启动元件；3) 零序辅助启动元件；4) 若馈启动元件；5) 远方召唤启动元件。
3^2接线方式北京四方CSC-103A型220kV输电线路纵联电流差动保护现场运行规程
第一节3/2接线方式北京四方CSC-103A型输电线路纵联电流差动保护3/2接线方式下CSC-103A型纵联差动保护使用范围一、3/2接线方式的CSC-103A型220kV输电线路纵联差动保护(一)3/2接线方式CSC-103A型输电线路纵联差动保护组成1.北京四方公司生产的CSC-103A型输电线路电流差动保护屏包括：CSC-103A型电流差动保护装置，与通过复用光纤通道（一主一备两个通道）构成纵联差动保护。
CSC-103A型电流差动保护包括电流差动保护、后备距离、零序电流保护3项功能。
2.北京四方公司生产的CSC-103A型输电线路电流差动保护屏一般应用于3/2接线方式的220kV输电线路。
例如：徐庄、李庄变电站。
(二)3/2接线方式CSC-103A型输电线路保护装置正常运行状态：1.CSC-103A型输电线路保护装置面板指示灯及按键、按钮：●“运行”灯为绿灯：正常运行时点亮，纵联保护装置启动后闪烁。
●“跳A（跳B、跳C）”灯为红灯：正常运行时熄灭，当对应相保护动作跳闸时红灯点亮。
●“通道告警”灯为红灯：当复用光纤通道故障时红灯点亮。
●“告警”灯为红灯：正常运行时熄灭，当纵联保护装置出现异常时红灯点亮。
●“信号复归”按钮：用于复归故障、异常灯光，且退出当前显示的界面。
2.3/2接线方式CSC-103A型输电线路保护装置液晶界面循环显示：正常运行时液晶循环显示断路器的三相电流、零序电流、三相电压、零序电压及有功、无功数值，并显示电压与电流之间的角度（以A相电流为基准），屏幕下方显示当前定值区号，同时显示保护功能压板投入情况。
(三)3/2接线方式220kV输电线路CSC-103A型纵联差动保护屏压板配置及投入/退出操作说明：1.220kV输电线路CSC-103A型纵联差动保护屏的压板配置2.220kV输电线路CSC-103A型纵联差动保护屏的压板投入/退出操作说明1)投入CSC-103A型输电线路纵联差动保护“跳闸出口压板”、“启动失灵出口压板”前，应使用万用表测量压板两端对地电压和两端电压。
北京四方CSC-150型系列母线保护现场运行规程
北京四方CSC-150型系列母线保护现场运行规程第一节北京四方CSC-150型系列母线保护现场运行规程北京四方CSC-150型母线保护当前安装使用范围1.CSC-150型母差微机保护屏的配置：1.1北京四方CSC-150型微机母线保护配置：快速虚拟比相式电流突变量保护、比率制动式电流母线差动保护（具有复压闭锁出口功能）、母联开关失灵保护（含母联死区保护）和母线充电保护。
2.CSC-150母线保护装置的正常运行2.1CSC-150型微机母线保护装置面板信号灯运行说明“保护运行”灯为绿灯，装置正常运行时点亮。
“母差动作”灯为红灯，母线保护动作出口时点亮。
“母联动作”灯为红灯，母联保护动作出口时点亮。
“交流异常”灯为红灯，交流电流或者交流电压回路异常时点亮。
“互联运行”灯为红灯，母线处于经刀闸互联状态时点亮。
“位置异常”灯为红色，刀闸辅接点与一次系统不对应或刀闸辅接点变位时点亮；“告警”灯为黄色，当发生装置其他异常时亮。
2.2CSC-150型微机母线保护装置正常运行时，“保护运行”绿色灯常亮，液晶屏的背光熄灭。
2.3CSC-150型微机母线保护装置发生异常时，液晶屏的背光点亮，直至异常消失。
2.4下列情况CSC-150型微机母线保护装置液晶屏背光点亮：2.4.1当母线保护发生异常时，液晶屏背光点亮，直至装置异常消失。
2.4.2当母线所接隔离开关的运行方式改变；2.4.3按下保护装置上的任意键（除复位键）微机型母线保护屏的配置：3.北京四方CSC-150母线保护装置压板配置及其投入/退出说明：（以平方站为例）3.1北京四方CSC-150母线保护装置压板配置3.2北京四方CSC-150型母线保护装置保护压板运行规定3.2.1在CSC-150型母线保护装置进行检验工作时，应退出母线保护屏上的所有压板。
3.2.2双母线接线方式下倒换母线运行方式前，应投入“互联投入”压板；母线倒闸操作结束应退出“互联投入”压板。
北京四方说明书
1)纵联方向距离（相间和接地距离）、纵联零序方向保护。
与远方信号传输装置配合，可构成专用闭锁式、允许式或复用闭锁式保护，逻辑由保护控制。
2)三段相间距离和三段接地距离保护，以及快速距离Ⅰ段保护。
3)四段零序方向保护和零序反时限保护，零序Ⅰ段自动带方向。
非全相时，设置了不灵敏Ⅰ段、带延时的零序Ⅳ段(T04－500ms)和零序反时限保护。
高中压线路保护及断路器辅助保护装置0056)通过了IEC61000-4标准中相关EMC的10项抗扰度最高等级要求。
7)装置可以选择提供3路高速的电(或光)以太网接口、2路LonWorks网络和RS-485接口、串行打印接口。
8)可采用IEC60870-5-103规约、四方继保CSC-2000规约或IEC61850标准通信，实现与变电站自动化系统和继电保护故障信息系统的接口。
9)满足网络对时、脉冲对时、IRIG-B码对时方式的要求。
10)大容量的故障录波，兼容COMTRADE格式。
可以保存不少于24次的扰动录波, 不少于2000条事件的记录，停电不丢失。
11)液晶显示采用汉化操作菜单，并提供四个快捷功能键，可以实现“一键化”操作。
12)动作过程透明化。
装置可以记录保护内部各元件的动作过程、逻辑过程和各种计算值，可通过上位机管理软件CSPC分析保护动作的全过程。
主要技术指标功率消耗1)直流电源回路：正常工作时，不大于40W；当保护动作时，不大于50W。
2)交流电流回路：当In=5A时，不大于0.3VA/相；当In=1A时，不大于0.1VA/相。
3)交流电压回路：在额定电压下不大于0.3VA/相。
额定参数交流电压Un：57.7V；线路抽取电压Ux：100V或57.7 V。
交流电流In：5A或1A。
交流频率：50Hz。
直流电压：220V或110V。
开入输入直流电压：24V(默认)，也可以选择220V或110V。
整组动作时间1)线路近端金属性故障，主保护平均动作时间不大于15ms。
PRINT__CSD-213A-G光纤纵联差动保护测控装置说明书V1.12
4.7 CSD-200 调试分析软件 ......................................................................................................... 11
5 计量功能 .......................................................... 11
重要提示
感谢您使用北京四方继保自动化股份有限公司的产品。为了安全、正确、高效地使用本装置， 请您务必注意以下重要提示：
1) 本说明书适用于国网 110kV 以下电压等级 CSD-213A-G 光纤纵联差动保护测控装置 V1.00 及以上兼容版本的保护程序。
2) 请仔细阅读本说明书，并按照说明书的规定调整、测试和操作。如有随机资料，请以随 机资料为准。
2 技术条件 ...........................................................2
2.1 环境条件 .................................................................................................................................... 2 2.2 电气绝缘性能 ............................................................................................................................ 3 2.3 机械性能 .................................................................................................................................... 3 2.4 电磁兼容性 ................................................................................................................................ 3 2.5 安全性能 .................................................................................................................................... 3 2.6 热性能（过载能力） ................................................................................................................ 3 2.7 功率消耗 .................................................................................................................................... 4 2.8 输出触点容量 ............................................................................................................................ 4 2.9 差动通讯端口规范 .................................................................................................................... 4 2.10 装置主要技术参数 .................................................................................................................... 4
北京四方光纤保护通道对调方案
北京四方光纤保护通道对调方案
一、远方保护信号传输装置CSY-102A
两侧装置时钟须设成“一主一从”方式，方式的设置由CPU插件上的J5跳线完成，单侧自环时，应设成主时钟方式，否则通道告警。
1、将装置11n59(+24V)与11n1相连，面板“发命令1”指示灯亮，对侧装置
面板“收指令1”指示灯亮；
2、将装置11n59(+24V)与11n2相连，面板“发命令2”指示灯亮，对侧装置
面板“收指令2”指示灯亮；
3、将装置11n59(+24V)与11n3相连，面板“发命令3”指示灯亮，对侧装置
面板“收指令3”指示灯亮；
4、将装置11n59(+24V)与11n4相连，面板“发命令4”指示灯亮，对侧装置
面板“收指令4”指示灯亮；
5、将装置11n59(+24V)与11n5相连，面板“发命令5”指示灯亮，对侧装置
面板“收指令5”指示灯亮；
二、纵联差动保护装置CSL-103A
因此工程采用专用光纤通道，两侧装置的同步通信时钟采用“一主一从”方式，方式的设置由64KB接口插件上的S1~S3跳线完成。
全部装置于“2—1”位置时为从时钟，全部置于“2—3”位置时为主时钟；两侧装置的采样必须一侧为参考端，另一侧为同步端，方式设置由通信CPU插件上的S1跳线完成，置于“1”位置为参考端，置于“0”位置为同步端；单侧自环时，应设成主时钟和参考端，否则通道告警。
1、本侧装置分别加A、B、C相电流，但不使保护动作，对侧装置面板循环
自检时在三相电容电流和三相制动电流中会显示相应的量；
2、当对侧差动保护起动元件起动或者对侧开关在三跳位置时，本侧才允许分
相电流差动和零序电流保护动作跳闸，起动元件可采用电压突变量起动元件，两侧差动保护压板都应投入。
北京四方220kV数字式线路保护装置CSC-103B系列技术说明书V1.02
北京四方 220kV 数字式线路保护装置 CSC-103B 系列技术说明书 V1.02
5.3 选相元件 ..................................................... 28 5.4 距离元件 ..................................................... 30 5.5 零序方向元件 ................................................. 33 5.6 负序方向元件 ................................................. 33 5.7 振荡闭锁开放元件 ............................................. 34
5.7.1 不对称故障开放元件 ...................................... 34 5.7.2 三相故障开放元件 ........................................ 34 5.8 电流差动保护元件 ............................................. 37 5.8.1 电流差动保护主要功能 .................................... 37 5.8.2 电流差动保护主要原理 .................................... 37 5.8.3 电流差动保护启动元件 .................................... 39 5.8.4 电容电流补偿方案 ........................................ 39 5.8.5 线路两端 CT 变比补偿 ..................................... 41 5.8.6 远方跳闸 ................................................ 41 5.8.7 纵联差动保护的压板 ...................................... 41 5.8.8 电流差动保护的通信 ...................................... 42 5.8.9 电流差动保护的光纤通道误码监视和告警功能 ................ 45 5.8.10 电流差动保护的通道说明 ................................. 46 5.8.11 单、双通道的实现方式 ................................... 47 5.8.12 差动保护功能投/退控制一览表 ............................ 47 5.8.13 差动保护逻辑框图 ....................................... 47 5.9 三段式距离保护功能元件 ....................................... 50 5.9.1 关于距离保护程序的一些说明 .............................. 50 5.9.2 距离保护功能投/退控制一览表 ............................. 51 5.9.3 距离保护逻辑框图 ........................................ 52 5.10 零序保护功能元件 ............................................ 55 5.10.1 零序保护的配置及原理 ................................... 55
北京四方CSC326系列差动保护实验参数计算说明
1、基本原理说明以三圈变为例，则动作电流和制动电流的计算公式如下：.'.'.'lm h dz I I I I ++=∑-=-=11.max .21N i i zd I I I其中，dz I 为动作电流（及差流），zd I 为制动电流。
'hI 和'm I 是高压侧和中压侧经过相位校正和幅值补偿之后的电流，'l I 为低压侧经幅值补偿之后的电流。
N 为主变侧数，.maxI 为所有侧中最大的相电流，∑-=11.N i i I 为其他侧的（除最大相电流侧）同相电流之和。
CSC326的校正方式是在Y 侧校正，Δ侧不校正。
以变压器接线方式为Y 0/Y 0/∆－12－11为例，校正公式如下：3/)('B A A I I I •••-=3/)('C B B I I I •••-=3/)('A C C I I I •••-=式中，A I •、B I •、C I •为Y 侧TA 二次电流，A I •'、B I •'、C I •'为Y 侧校正后的各相电流。
2、平衡系数的计算由于相位校正的原因，用试验仪在高压侧某相（例如A 相）加入单相电流，从上述公式可以看出来，经校正后会在A 、C 两相出现大小相等，相位相反的电流，电流大小为所加电流大小的3/1。
即3'HAHA I I ••=，3'HAHC I I ••-=。
对于中压侧，按上述步骤加入单相电流，经相位校正后的电流，除了存在3/1的差异外，还有中压侧平衡系数的因素。
中压侧平衡系数的计算公式为：TAHTAMnH nM TAH TAM nM n nH n TAM nM TAH nH nM nH phM n n U U n n U S U S n I n I I I K ⋅=⋅===111111223/3/// 意即在中压侧某相加入单相电流A I •，经校正后的电流大小为3*'phMMA MA K I I ••=，3*'phMMA MC K I I ••-= 对于低压侧，不需要相位校正，但存在平衡系数的因素，低压侧平衡系数的计算公式为：TAHTALnH nL TAH TAL nL n nH n TAL nL TAH nH nL nH phL n n U U n n U S U S n I n I I I K ⋅=⋅===111111223/3/// 意即在低压侧某相加入单相电流A I •，经幅值补偿之后的电流大小为phL LA LA K I I*'••=。
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监控 设备
交换机
保护 1
保护 2
监控 设备
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过程总线
数字式 CT/VT
智能开关 设备
数字式 CT/VT
智能开关 设备
保 护 装 置
CSC系列保护特点 CSC系列保护特点
• 回顾CS系列保护装置
• 1）创造性地将总线不出芯片的单片机技术 应用于继电保护中，保证了可靠性； • 2）应用了VFC（电压频率转换）技术； • 3）首次应用了网络技术，便于设备联网运 行，为综合自动化提供了良好的基础； • 4）采用了多种新原理和新技术。 • 5）运行中的数万套CS系列保护装置为保证 电力系统安全稳定运行作出了重大贡献
Low
DSP
High
TEXAS INSTRUMENTS
TI公司
瑞萨公司
二、CSC系列产品的特点
1. 高性能、高可靠性的通用硬件平台
二、CSC系列产品的特点
1. 高性能、高可靠性的通用硬件平台 1）采用MCU 与DSP合一的32位单片机，保持总 线不出芯片的优点，程序完全在片内运行。 2）大容量内存，内部Flash：1M字节； 内部RAM： 64k字节。 3）5级流水线处理，包括浮点乘法在内的绝大多 数指令在一个指令周期（12.5ns）执行完成。
产品5：CSC-330数字式电抗器保护装置
产品6：CSC-300系列数字式发电机变压器组保护装置
产品6：CSC-300系列数字式发电机变压器组保护装置
产品6：CSC-300系列数字式发电机变压器组保护装置
一、电流差动保护原理 电流差动保护判据
∑I
K
⎛. ⎞ I m + I n − K F ⎜ I i ⎟ ≥ I SET ⎝ ⎠
. .
i 式中： —— 线路各端电流的向量和（规定母线流向被保护线路为电流正方 向） F ( I ) i —— 各端电流的函数
—— 制动系数
—— 差动保护的整定值，为一标量 上式中左端的第一项称为动作量，第二项称为制动量。制动量有多种构成方法， 由此可以得到不同的保护判据。为了提高差动保护的灵敏度，而同时防止区外故 障可能引起的保护误动，原理上通常采用比率制动特性或者是比率制动+相位比 较方式。
二、CSC系列产品的特点
3、全面、实时的自检
双A/D采集、互检
二、CSC系列产品的特点
3、全面、实时的自检
脉冲
开入可靠性、自检 （已申请专利）
K
＋5V
K反
K正
3、全面、实时
的自检 （已申请专利）
驱动QDJ
丹东新兴220kV变电站2000年11月 19日正式投入电网运行。 该站是国内首次将保护和自动化设 备按间隔下放于户外箱的220kV及 以上等级综合自动化变电站，也是 国内首次在该电压等级采用光纤以 太网进行监控和远动控制的变电站。 该站自动化设备的软、硬件技术均 处于国际先进水平。
2、装置内部网络化设计，有利于 提高硬件的可靠性、灵活性 和可扩展性，显著简化硬件设计，实现 “积木式” 结构。
二、CSC系列产品的特点
3、全面、实时的自检
增加了： 1）双A/D和互检，提高了数据采集系统的可靠性； 2）监测装置电源的全部输出电压，并有状态预告； 3）开入量自检； 4）对于全部开出量，在线自检到继电器线圈，并 可以监视跳闸接点和跳闸回路。 极大提高了装置的可靠性和自检功能，越来越趋 向于做到：“只要不报警，装置就是完好的”。
不断创新 * 全国第一套微机保护装置----1984华北电力大学 *全国第一套分布式综合自动化系统----1994大庆 *全国第一套就地安装保护装置----1995CSL200A * 全国第一套220kv综合自动化变电站----1996珠海南屏 * 全国第一套全下放式220kv综合自动化变电站----2000丹东 * 全国第一套全国产500kv综合自动化变电站----2000南昌
5V+
R2 V2
GJ 24V+ QDJ
5V+
驱动TJ
R3 V3
TJ 5V+
R5 V5 R6
反馈 输入
R7
5V地
二、CSC系列产品的特点
4、自动测试方便 装置采用整体测试方 案，测试完整、方便。
测试盒
测试方案1
二、CSC系列产品的特点
向陕西电力专家做技术汇报 向陕西电力专家做技术汇报
报告人：王 斌 2004. 12
公司概况
北京四方继保自动化股 份有限公司成立于1994年4 月，是从事电力系统继电保 护及自动化的研究、开发、 生产和销售，并为电力系统 及相关行业（例如石化、铁 路、煤炭、冶金等）服务的 高新技术企业。
220千伏丹东新兴变电站220千伏开关场小室
返回
辽宁丹东变66KV户外保护柜
返回
变电站自动化系统模式演化
∗
第1步：基于IEC61850-9-1或 IEC60044-7/8的点对多点连接
Natural Migration Control Code Efficiency
MCU
Control Savvy Core Flash Memory Flexible, Robust Peripherals Analog Integration Low
Simple system control Integration for system efficiency and low cost High DSP performance Algorithmic Processing Power Effortless “C” Programmability Math Code Efficiency
交换机
站级总线
监控 设备
交换机
保护 1
保护 2
监控 设备
交换机
保护 1
保护 2
IEC61850-9-2
数字式 CT/VT
过程总线
数字式 CT/VT
智能开关 设备
智能开关 设备
第3步：同一网络－基于IEC61850-9-X
控制中心 路由器 人 机 接 口 技术服务
站级总线
6、前插拔组合结构机箱设计（专利）
结合了前插拔和后插拔的优点，强弱电分离，维护方便。
老机箱背板
新机箱母板后视图
二、CSC系列产品的特点
7、用户界面人性化、通信接口多样化
汉化操作菜单简单易用，并提供四个快捷键，可以实 现“一键操作”功能，如：按一个键即可打印报告。
一、研发背景
1、对保护装置的要求 1）使用方便性、简便性的要求 ； 2）自检更全面、完善； 3）保护内部动作过程的详细记录。
一、研发背景
2、集成电路技术的发展 1）“MCU＋DSP” 的单片机结构是集成电路技术 发展的一个趋势。 2）总线不出芯片的单片机系统，十分有利于可靠 性设计。 System On Chip(SOC) 可靠、快速、接口简便。
二、CSC系列产品的特点
抗干扰性能优良
CSC系列产品的装置在武高所通过了EMC试验。 全部满足电力系统典型应用的试验等级要求。其 中，有 9 项通过了最严酷等级的试验，比电力系统典 型应用高 1 个试验等级。 满足750kV保护的要求。
二、CSC系列产品的特点
5、记录任何内部元件的
中间过程和计算值
将保护内部的测量元件、动作行为和逻辑 过程完整地记录下来，使动作过程“透明化”， 十分有利于事故的分析，克服了原有微机保护 只能知道模拟量和最终动作结果的弊端。
二、CSC系列产品的特点
2000年9月，采用CSC 2000系统的三峡电力送出工 程的第一个500kV变电站— —南昌站成功投运。它是完 全的综合自动化系统，完全 的分布式系统，保护与控制 设备完全下放至开关场。代 表着我国变电站综合自动化 技术的发展方向。
主营产品 •CSC2000变电站综合自动化系统获2002年度国家科学进步二等奖
C2000TM Digital Signal Controllers Combine The Best of MCU And DSP
High
An MCU with the powerful processing core of a DSP Integrated Digital Signal Controller
不断创新
• 我公司是中国第一台微机继电保护装置诞生的地方
李鹏同志在第一届全国微机应用展 览会上视察WXB-01型微机保护装置
WXB-01型微机保护装置荣 获国家科技进步二等奖
主营产品
•
CSC 2000 变电站综合自动化系统
在我国各级电网中，已有我公司设计生产的1800多个110kV-500kV分 布式变电站综合自动化系统成功运行,其中500kV变电站30座， 220kV变 电站300座，110kV及以下变电站1400余座。
特点归纳
CSC-101、102、103鉴定结论
CSC-101、CSC-102系列数字式超高压线路保护装 置的硬件和软件可靠、灵活、实用。装置的性能和 主要技术指标达到国内外先进水平，在网络化硬件 平台设计、前插拔组合结构机箱设计等方面处国内 领先水平，在采用总线不出芯片的DSP和MCU合一的 32位单片机保护硬件系统、按相补偿、装置电源损 坏的提前预告和继电器线圈与接点的实时监测与告 警方面属国际首创，并处于国际领先水平。
新一代CSC系列保护需要解决的问题
1）人机界面的友好性无法满足当前的要求 2）信息记录能力不强，无法提供动作过程的中 间状态量，事故后不利于分析动作过程 3）没有提供简便的自动调试手段，给现场调试 带来不便 4）新兴的故障信息系统对保护装置的信息接口 提出了更高的要求