基於電流瞬間取樣值的輸電光纖縱聯差動保護設計分析論文
基於電流瞬間取樣值的輸電光纖縱聯差動保護設計分析論文
摘要：電流的差動保護已經具有和相當長的歷史，隨著電力技術的發展，已經由傳統的導引線保護髮展到了今天的微波電流差動保護和光纖電流差動保護，由於光纖通訊的可靠性高、容量大，致使光纖差動保護逐漸向電力線路保護主力軍發展，文章基於電流瞬間取樣值的差動保護方法，從設計角度對輸電光纖差動保護進行分析。
關鍵詞：電流瞬間;輸電;保護設計
電流差動保護在電力系統元件保護裡已經是一種比較成熟的保護了，文章對線路保護的後備保護就不進行研究了，僅對應用於線路的差動保護進行研究，主要研究的以下幾個方面的內容：(1)利用電流瞬時取樣值進行差動保護的計算來加快速度判斷是否發生保護區內的故障，利用故障分量來提高差動保護動作的靈敏性和可靠性。(2)研究分析線路差動保護中的資料通訊和各端同步取樣的問題。(3)對於影響保護效能的線路電容電流和CT飽和做了分析並加以解決。(4)完善了差動保護判據。
一、利用故障分量電流瞬時取樣值進行差動保護判斷
實踐證明，直接利用電流瞬時取樣值進行羞動保護的判斷可以提高保護的動作速度，基本上只需要四分之一個工頻週期就可以判斷是否發生保護區內故障，不過由於瞬時取樣值電流差動保護是直接利用取樣值進行保護判斷計算的。
計算結果存在一定的動作模糊區，所以在制動區裡有一定的模糊區域。利用故障分量來實現差動保護一方面可以提高保護的靈敏性，另一方面由於消除了負荷電流對保護的影響，同時瞬時取樣值差動保護的制動特性存在更大不可能執行區域，因此也可以儘量減少瞬時取樣值差動保護模期區的影昀，由於保護是採用取樣值直接進行計算的，因此要求保護各端每次取樣究成後馬上把電流資料傳送到保護的其他端，並在下一次採祥之前完成計算和故障的判斷，根據具體的取樣速度，先算出取樣間隔的時間，假如取樣點為一工頻週期16個，那麼取樣的間隔時間為1.25ms，要求保護在此時間內完成保護的計算和判斷，因此要求保護的處理速度相對快一點。
二、電流瞬時取樣值差動保護實用判據
保護啟動元件採用相電流突變數：
lij+N一ijl >lP (1)
式中，0為電流取樣值，Ip為整定值，Ⅳ為每週波取樣點數。
瞬時取樣值差動保護制動方程為：
IiH+ir,I >Jo (2)
li,+iJ >Klim -i,l (3)
其中：為線路兩端電流取樣值，J為整定值，K為制動係數。保護啟動後，在每次取樣結束後把電流的取樣值代入(2)和(3)式，並把每次取樣值是否滿足(2)和(3)式1z錄下來，判斷滿足(2)和(3)的取樣次數是否符合本文第三章所述的.R次連續取樣中有S次滿足的要求，滿足則出口跳閘，當保護啟動兩個工頻週期後或保護處於模糊區時投入常規的相量差動保護判據。
例如每週波取樣16點時，當保護啟動元件動作後，對每個取樣點都進行(2)式和(5.3)式的判別，如果連續的7(R)個取樣點中滿足(2)式和(3)式的取樣點個數大於4，那麼保護直接出口跳閘;如果連續的7(R)個取樣點中滿足(2)式和(3)式的取樣點個數小於4，那麼保護不跳閘;如果連續的7(R)個取樣點中有4個點t足(2)式和(3)式，此時處於保護的模糊區，那麼啟用常規相量比例制動判據進行判別。
三、線路電容電流的補償和CT飽和的檢測閉鎖
對於CT飽和的檢測目前有許多方法，有諧波檢測法、同步識別法、波形比較法、自適應阻抗識別法，由於我們是直接利用取樣值進行判斷的，所以我們取樣波形識別法來判斷是否是外部發生故障引起CT飽和的，方法如下：當差流出現後，檢測一下差流出現前一段時聞(故障發生後)內各端電流的方向，如果是內部故障，那麼這段時間內個端電流取樣值的方向應該大多數(比如有3個或以上取樣點)一致，而如果是外部故障那麼這段時間內個端電流取樣值的方向應該大多數相反，這樣就可以檢測出由外部故障引起的CT飽和，防止保護誤動作，同時我們取樣的判據是制動特性的，他本身也具有一定的抑制CT飽和的作用一
四、差動保護中的資料通訊和各端取樣同步
因為是利用專用光纖作為通訊的媒介，通訊可靠性高，通訊路由不變，因此利用取樣時刻調整法來實現線路各端的取樣同步，由主站在發出同步調整命令，主站在厶，，時刻向從站傳送一幀計算通道延時td的命令資訊，從站收到後將命令碼和從接收到命令到發出響應資訊的延時時間“，回送給主站，主站在t，時刻收到從站發來的響資訊，由於兩個方向的資訊傳送是透過同一路徑，可認為主站到從站和從站到主站兩個方向的傳輸延時時間相同，主站可以根據從站的響應資訊和自己的時間資訊計算出通道延時時間。
(4)主站計算出通訊通道的傳輸延時時間後，時刻把通訊通道的傳輸延時時間刪乏送給從站，從站根據收到主站發來資訊時的時刻主站發來的傳輸延時時間資訊，可以計算出在主站幻時刻從站所對應的時刻為(tcrO，從而可以計算出主站取樣時刻與從站取樣時刻的時間差。
(5)為從站收到主站資訊時最近的取樣時刻。當主從站的同步調整完成後，就可以傳送取樣資料了。
五、保護的硬體設計方案
在硬體的設計上可以採用單CPU或雙CPU。線路差動保護裝置除了完成保護計算和故障判斷功能之外，還要實現差動保護各端之間的電流資料交換。因此相對於一般的線路微機保護來說，完成的功能要多一些。對於整個保護裝置的要求是：計算速度要快，比較多的輸入和輸出控制用I/O口以及通訊介面。
根據以上分析，宜採用雙CPU方案，擬採用Intel 8051和80C196KB，其中8051完成通訊功能，80C196KB完成保護的計算判斷功能。硬體設計方案可以在已有成熟產品的硬體平臺上略加修改來實現。在此就不多作探討了。
輸電光纖的應用越來越廣泛，對其差動保護研究具有深遠的價值，文章只是基於設計角度對輸電光纖縱聯差動保護進行分析，在具體的保護技巧和方法方面沒人作較為詳細的分析，所以有待進一步進行實踐總結。
參考文獻：
【1】胡玉峰，陳德樹，尹項根.取樣值差動及其應用【J].電力系統自動化，2000，(12).
[2】李玉華，田林紅.PSL621D光纖電流差動保護裝置的使用和除錯[J]中國裝置工程，2009，(1 1).
[3】喬衛東，王紅青.光纖電流差動保護在上海500 kV工程中的應用[J]華東電力.2005，33(2).
[4]徐瑞東.光纖電流差動保護的應用方案及新技術探討[J]上海電器技術，2004.(3).