光纤差动保护的应用研究及现场试验（二）

1引言

    高压线路分相电流差动保护，比较线路两侧的电流量，其不受负荷电流的影响，不反应系统振荡，具有良好的选择性，能快速切除全线故障，一般情况下也具有较高的灵敏度。随着计算机保护技术和光纤通信技术的日益成熟，具有独特优点的数字式分相电流差动保护正在取代传统的电流差动保护，光纤通道具有很好的抗电磁干扰能力和大容量传输数据的优点，许多传统保护无法实现的辅助功能，数字式分相电流差动保护都能做到，从而为现场使用提供了极大的方便。

    2纵联电流差动保护

    随着计算机技术及微波通信、光纤通信技术的发展，现在纵联电流差动保护在通信传输中传送的是经保护处理后的数字量，由于微波通道和光纤通道不受线路故障型式的影响，尤其是光纤通道抗电磁干扰的能力强，短线路保护中光纤纵联电流差动保护正越来越多地被采用，这项技术也日趋成熟。

    纵联电流差动保护按通信调制方式分为三种：频率调制（FM）电流差动保护，脉宽调制（PWM）电流差动保护，脉码调制（PCM）数字纵联电流差动保护。由于当今计算机技术和数字通信技术的发展，脉码调制（PCM）数字电流差动保护的优越性越来越得到实践的验证，尤其随着短线路的增多和光纤通信技术的成熟，脉码调制（PCM）数字电流差动保护正逐渐被电力系统推广应用。本文就这种保护的原理和特点进行论述，并介绍现场应用中的试验方法和注意事项。

    3脉码调制（PCM）数字式电流差动保护

    现代通信技术采用脉码调制（PCM）的方式实现多路信息传输，这种方式抗干扰能力强，尤其适用于数字式保护，光纤通信是将电信号变为光信号进行传输，而光信号与电磁信号隔离，为纵联差动保护性能的提升提供了强有力的支持。下面以许继电气股份有限公司研制的微机光纤纵联分相电流差动保护为例阐述电流差动保护的原理。

    保护装置经交流采样、模数变换后，保护CPU单元对信号进行滤波处理，并将滤波后的电流数字量传送给通信CPU单元，同时保护CPU单元也将接收通信CPU经同步调整后的对侧电流数字量，并与本侧电流数字量进行比较判断决定是否发出口命令。通信CPU单元的作用是将本侧的数字量经并／串转换后将信号传向对侧，并接收对侧的数字量经串／并转换，同时根据两侧的信息进行电流的同步调整。64K接口的作用即进行PCM的调制解调，光接口（E／O）即实现光电转换。

    3．1动作判据

    动作判据如式（1）、（2），两式同时满足程序规定的次数即跳闸。

    式（1）为基本判据，ICD表示线路电容电流，式（2）为主判据。

    式（1）、（2）的动作特性如图1所示，制动量随两侧电流大小、相位而改变，Im＝In时，制动量为零，动作最灵敏，区外故障，Im＝－In，制动量≥动作量，保护可靠不动作。

    3．2数据同步调整原理

    两侧数据的同步调整采用数值调整法，同步调整关系如图2所示，甲为本侧，乙为对侧，“?”表示向对侧发信时间，周期为T，Δt1、Δt2分别为两侧收到对侧数据距本侧最近一次发信的时间差，Tc时刻甲方收到乙方数据，其帧结构内容如表1所示。用于调整的两个量为：对侧收到本侧传来的序号N和Δt1，乙侧最近一组发送数据序号名M，再考虑到本侧最新一组Is、Ic的序号为P，Is、Ic为电流经傅氏滤波后的电流实部和虚部，收到对侧数据距本侧最新一次中断发信时间Δt2，则可根据公式（3）得时刻TA

    TA正是乙方M时刻数据对应甲方的时间，但甲方的数据与M最近的一组序号为TB时刻，两侧时差（TA－TB）所对应的角度θ，θ即甲侧数据TB采样点与乙侧数据M采样点所差的角度；所谓同步调整就是将对侧M点数据向前移θ角，使之与TB时刻本侧数据对齐，据式（3）可求得TB时刻甲方数据的序号S（i）和θ角（注：每个中断点相差60°）。

    IA为甲侧收到的乙侧M点电流，IB为收到的乙侧M点经同步调整后的电流。

    这种调整方法在收到对侧一帧信息即可完成，对通道依赖性不强，非常适合我国使用。

    3．3通信原理

    线路两侧差动保护每隔3．3ms（60°）向对侧发一帧数据，帧结构如表1所示：每帧发送的数据共19个字节，其中包括12个字节的三相电流相量值的实部、虚部分量，以及用于同步调整、控制等的有关信息，定义如下：

    同步字———正常运行时，各保护的收信回路处于搜索状态，收到同步字后，立即启动中断服务程序，接收而后的18个字节数据。

    本侧序号———本侧电流相量排列序号，用于同步调整。

    对侧序号———本侧收到最新一帧对侧数据的序号，再发回对侧用于同步调整。

    控制字———本侧保护根据运行状况，向对侧发出的状态信息。

    远动控制字———发送远动信息。

    Δt———收到对侧信息距本侧最近一次发信的时间，用于同步调整。

    校验码———其值为前17个字节的累加和，用于收信误码校验。

    数据传送采用“先算后送”的方式，这样一帧数据出错只损失一个采样间隔的跳闸时间。

    4数字式分相电流差动保护的应用

    4．1应用于短线路

    随着电网的改造，城市电网越来越紧密，高压系统（110kV以上）短距离输电线路越来越多，对于短距离线路，由于距离保护、零序保护应用不够理想，而采用高频保护又要增加不少辅助设备，所以随着光纤价格降低、敷设方便等优点的出现，数字式电流差动保护广泛应用于短线路成为可能。如图3所示的变压器出线与母线距离往往很短（如电厂经变压器升压后至开关站），为降低工程费用，许多地方将变压器侧的开关省掉，变压器故障时直接跳母线侧开关，但由于变压器距开关站有一定的距离，所以，采用变压器保护经光纤通道实现远方跳闸。许继电气股份有限公司研制的微机光纤短线路保护已应用于这种系统中，为使用单位节省了较大费用。