基于电流瞬间采样值的输电光纤纵联差动保护设计分析论文

时间：2021-08-31

　　摘要：电流的差动保护已经具有和相当长的历史，随着电力技术的发展，已经由传统的导引线保护发展到了今天的微波电流差动保护和光纤电流差动保护，由于光纤通信的可靠性高、容量大，致使光纤差动保护逐渐向电力线路保护主力军发展，文章基于电流瞬间采样值的差动保护方法，从设计角度对输电光纤差动保护进行分析。

　　关键词：电流瞬间;输电;保护设计

　　电流差动保护在电力系统元件保护里已经是一种比较成熟的保护了，文章对线路保护的后备保护就不进行研究了，仅对应用于线路的差动保护进行研究，主要研究的以下几个方面的内容：(1)利用电流瞬时采样值进行差动保护的计算来加快速度判断是否发生保护区内的故障，利用故障分量来提高差动保护动作的灵敏性和可靠性。(2)研究分析线路差动保护中的数据通信和各端同步采样的问题。(3)对于影响保护性能的线路电容电流和CT饱和做了分析并加以解决。(4)完善了差动保护判据。

　　一、利用故障分量电流瞬时采样值进行差动保护判断

　　实践证明，直接利用电流瞬时采样值进行羞动保护的判断可以提高保护的动作速度，基本上只需要四分之一个工频周期就可以判断是否发生保护区内故障，不过由于瞬时采样值电流差动保护是直接利用采样值进行保护判断计算的。

　　计算结果存在一定的动作模糊区，所以在制动区里有一定的模糊区域。利用故障分量来实现差动保护一方面可以提高保护的灵敏性，另一方面由于消除了负荷电流对保护的影响，同时瞬时采样值差动保护的制动特性存在更大不可能运行区域，因此也可以尽量减少瞬时采样值差动保护模期区的影昀，由于保护是采用采样值直接进行计算的，因此要求保护各端每次采样究成后马上把电流数据传送到保护的其他端，并在下一次采祥之前完成计算和故障的判断，根据具体的采样速度，先算出采样间隔的时间，假如采样点为一工频周期16个，那么采样的间隔时间为1.25ms，要求保护在此时间内完成保护的计算和判断，因此要求保护的处理速度相对快一点。

　　二、电流瞬时采样值差动保护实用判据

　　保护启动元件采用相电流突变量：

　　lij+N一ijl >lP (1)

　　式中，0为电流采样值，Ip为整定值，Ⅳ为每周波采样点数。

　　瞬时采样值差动保护制动方程为：

　　IiH+ir,I >Jo (2)

　　li,+iJ >Klim -i,l (3)

　　其中：为线路两端电流采样值，J为整定值，K为制动系数。保护启动后，在每次采样结束后把电流的采样值代入(2)和(3)式，并把每次采样值是否满足(2)和(3)式1z录下来，判断满足(2)和(3)的采样次数是否符合本文第三章所述的R次连续采样中有S次满足的要求，满足则出口跳闸，当保护启动两个工频周期后或保护处于模糊区时投入常规的相量差动保护判据。

　　例如每周波采样16点时，当保护启动元件动作后，对每个采样点都进行(2)式和(5.3)式的判别，如果连续的7(R)个采样点中满足(2)式和(3)式的采样点个数大于4，那么保护直接出口跳闸;如果连续的7(R)个采样点中满足(2)式和(3)式的采样点个数小于4，那么保护不跳闸;如果连续的7(R)个采样点中有4个点t足(2)式和(3)式，此时处于保护的模糊区，那么启用常规相量比例制动判据进行判别。

　　三、线路电容电流的补偿和CT饱和的检测闭锁

　　对于CT饱和的检测目前有许多方法，有谐波检测法、同步识别法、波形比较法、自适应阻抗识别法，由于我们是直接利用采样值进行判断的，所以我们采样波形识别法来判断是否是外部发生故障引起CT饱和的，方法如下：当差流出现后，检测一下差流出现前一段时闻(故障发生后)内各端电流的方向，如果是内部故障，那么这段时间内个端电流采样值的方向应该大多数(比如有3个或以上采样点)一致，而如果是外部故障那么这段时间内个端电流采样值的方向应该大多数相反，这样就可以检测出由外部故障引起的CT饱和，防止保护误动作，同时我们采样的判据是制动特性的，他本身也具有一定的抑制CT饱和的作用一

　　四、差动保护中的数据通信和各端采样同步

　　因为是利用专用光纤作为通信的媒介，通信可靠性高，通信路由不变，因此利用采样时刻调整法来实现线路各端的采样同步，由主站在发出同步调整命令，主站在厶，，时刻向从站发送一帧计算通道延时td的命令信息，从站收到后将命令码和从接收到命令到发出响应信息的延时时间“，回送给主站，主站在t，时刻收到从站发来的响信息，由于两个方向的信息传送是通过同一路径，可认为主站到从站和从站到主站两个方向的传输延时时间相同，主站可以根据从站的响应信息和自己的时间信息计算出通道延时时间。

　　(4)主站计算出通信通道的传输延时时间后，时刻把通信通道的传输延时时间删乏送给从站，从站根据收到主站发来信息时的`时刻主站发来的传输延时时间信息，可以计算出在主站幻时刻从站所对应的时刻为(tcrO，从而可以计算出主站采样时刻与从站采样时刻的时间差。

　　(5)为从站收到主站信息时最近的采样时刻。当主从站的同步调整完成后，就可以传送采样数据了。

　　五、保护的硬件设计方案

　　在硬件的设计上可以采用单CPU或双CPU。线路差动保护装置除了完成保护计算和故障判断功能之外，还要实现差动保护各端之间的电流数据交换。因此相对于一般的线路微机保护来说，完成的功能要多一些。对于整个保护装置的要求是：计算速度要快，比较多的输入和输出控制用I/O口以及通信接口。

　　根据以上分析，宜采用双CPU方案，拟采用Intel 8051和80C196KB，其中8051完成通信功能，80C196KB完成保护的计算判断功能。硬件设计方案可以在已有成熟产品的硬件平台上略加修改来实现。在此就不多作探讨了。

　　输电光纤的应用越来越广泛，对其差动保护研究具有深远的价值，文章只是基于设计角度对输电光纤纵联差动保护进行分析，在具体的保护技巧和方法方面没人作较为详细的分析，所以有待进一步进行实践总结。

　　参考文献：

　　【1】胡玉峰，陈德树，尹项根.采样值差动及其应用【J].电力系统自动化，2000，(12).

　　[2】李玉华，田林红.PSL621D光纤电流差动保护装置的使用和调试[J]中国设备工程，2009，(1 1).

　　[3】乔卫东，王红青.光纤电流差动保护在上海500 kV工程中的应用[J]华东电力.2005，33(2).

　　[4]徐瑞东.光纤电流差动保护的应用方案及新技术探讨[J]上海电器技术，2004.(3).

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