李晓敏
（四川川化永鑫建设工程有限责任公司，四川 成都610301）
［摘 要］ 现阶段，我国大力推进农村电网升级改造，而农村电网线路保护方法的优化是确保农村电网升级改造后安全稳定运行的重要保障。对农村电网线路保护需求的新形势和农村电网线路保护现状进行分析，在对几种主要电流差动保护方法工作原理进行对比的基础上，着重阐述光纤纵差电网保护的优越性，指出在当前加快新一轮农村电网升级改造的大背景下光纤纵差保护应用的必要性和有效性，并以万源市刘家坝至旧院110 kV输变电新建工程为例，详细介绍光纤纵差电网保护在农村电网中的应用情况。
［关键词］ 电网线路；保护方法；光纤纵差；优越性；农村电网；工程实践
［中图分类号］ TM773［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）05-0072-03
0 引 言
随着农村居民生活水平不断提高，农村电网对电力的需求已从“用上电”逐渐向“用好电”转变。为提高农村电网电力保障能力，2018年，中共中央、国务院印发《乡村振兴战略规划（2018—2022年）》，要求加快新一轮农村电网升级改造。在农村电网快速发展的背景下，为农村电网线路配置准确、快速、灵敏、可靠的继电保护方案是农村电网安全稳定运行的重要保障。
1 农村电网线路保护现状
我国农村电网属110 kV及以下电压等级的配电网，供电负荷呈现分散性和随机性等特点，电网运行方式变化较大；目前，农村电网线路保护多采用二段或三段式电流保护，受运行方式影响较大，不能满足对线路保护的要求；同时，在当前农村电网快速升级改造的发展形势下，简单的电流电压保护和距离保护也不能满足未来农村电网线路保护选择性、速动性和灵敏性的需要，实际运行中主要存在如下问题。
（1）电网串接级数多，电网一次接线不合理，对线路保护配置的要求较高。
（2）负荷变化范围大、随机性强，大、小方式下变压器并列、分列切换等因素导致系统运行方式多变，保护与运行方式协调难度较大。
（3）农村电网中仍存在一定的电磁型、晶体管型、集成电路型继电保护装置，可靠性相对较差。
（4）随着农村电网升级改造，网架结构发生变化，一方面随着站点的增加供电线路逐渐缩短，另一方面农村电网中的双回路、环网结构比例逐步增加，非方向性保护装置将难以适应未来的电网运行方式，且随着农村电网线路供电半径的减小，部分较短线路存在保护盲区。
2 电流差动保护方法的分析
电流差动保护方法因其优良的性能，已在我国超高压输电网线路中得到了广泛的应用，其通过对比线路两侧电流的检测值来实现输电网线路的保护，理论上这种保护手段能够适应所有拓扑结构复杂的电网。电流差动保护方法主要分为以下几类。
2.1 全电流差动保护
全电流差动保护模式是一种多维度（如负载分量、电压分量、电流分量等）判断方法，该方法将被保护电气设备看成一个整体节点，正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零，而当故障出现时流进电流则不等于流出电流，导致差动电流大于零，此时保护装置各侧断路器跳开，故障设备断开从而被保护。这种方法能够全方位多角度地保护电网，但从实际建设和应用情况来看，一是投入成本较高，二是涉及的设备多、效率相对较低，且运行中响应时间相对较长，因此不适宜于小规模电网保护。
2.2 故障分量电流差动保护
故障分量电流差动保护的原理基于基尔霍夫第一定律，主要通过对电网线路中的故障进行检查、排查等方法来掌握故障附加状态的情况，由此判断电路保护的起止点，从而达到电流差动保护的目的。这种模式的优势在于应用范围较广、保护效果较好，但由于故障附加状态的提取与辨别存在难度，导致实际流程较为复杂，最终造成的结果就是成本高而效能低。
2.3 零序电流差动保护
零序电流差动保护的原理是通过电流变化异常的呈现，表征电网线路存在意外负载。变压器零序电流差动保护电路，由变压器中性点侧零序电流互感器与变压器星形侧电流互感器的零序回路共同组成，对于变压器绕组的接地故障反应灵敏，因此具有保护电网的根本优势，但由于实际操作中处理非接地故障时会完全失去表征，尤其是对于不同合闸情况下的电流不均衡情况，延迟十分严重，因而应用效果欠佳。
2.4 光纤纵联差动保护
光纤纵联差动保护（简称光纤纵差）是通过光纤传送，将两侧电流数据进行对比，以判别各侧保护情况的故障判断方法。此方法利用光纤作为继电保护的通道介质，具有不受超高压和雷电电磁干扰、对电场绝缘以及衰耗低的优点，加之传输信号为成帧的数字信息，因而拒动、误动几率得到降低，维护也更为方便。
3 光纤纵差电网保护的优越性
3.1 依托新技术发展，安全性与科学性高
近年来，我国人工智能、传感器、计算机等新技术飞速发展，为光纤纵差电网保护提供了有利的条件；同时，芯片技术的发展也增强了光纤纵差电网的性能，降低了大部分功能损耗，为保护电网的稳定性和速动性奠定了坚实的基础。现代通信技术提高了电子式互感器等先进传感技术的准确性，更好地保护了纵差电网测量所需的信息，进而使得光纤纵差电网保护可以处理和分析更多的数据资源，能从根本上改善电流分量、负载分量、电压分量等数据监控情况。与此同时，人工智能、大数据、云计算等先进信息处理技术，可以在电网监控与诊断等方面为光纤纵差电网保护提供专业的技术支撑，物联网、虚拟技术也促进了光纤纵差电网运维检修技术的创新和变革，更有助于构建智能、稳定、安全的电网运维体系。
3.2 信号传输速度快，故障区域易辨别
在光纤纵差保护的电网中，线路信号的传输速度和效率是处理和分析电网故障的重要前提，对电流纵差电网的稳定运行起着重要的作用。光纤纵差电网保护利用光纤来传送线路信号，同时依据基尔霍夫电流定律计算并分析线路传送的信号，从而快速、可靠、准确地计算传送数据，区分线路故障区域，进而保障电网线路稳定运行。光纤纵差电网保护是基于电流信号差的一种新型电流保护方法，能够实现理想的单元化保护，功能实现原理简单，操作方便，不需要考虑电网线路的运行方式，通常在输电线路和城区电网保护中运用较为广泛。
3.3 传送电流更精准，电网保护效果好
光纤纵差电网保护方式继承了纵差保护灵敏度高、动作简单快速可靠的优点，再加上这种保护方式两侧的保护装置没有直接的联系，使得保护装置运行的稳定性进一步提升。光纤纵差电网保护能够较好地适应电力系统的振荡，使线路信号的传输更加稳定，传送电流更加精准，从而提升了光纤纵差电网保护在实际工作中的使用频率和效果，推动了光纤纵差电网保护技术的进步。
4 光纤纵差电网保护在农村电网中的实践与应用
当前通信技术的迅猛发展及日趋完善，为纵联保护广泛应用于电网线路中提供了有利条件。
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