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1 引言 高壓線路分相電流差動保護(hù),，比較線路兩側(cè)的電流量,，其不受負(fù)荷電流的影響，不反應(yīng)系統(tǒng)振蕩,，具有良好的選擇性,，能快速切除全線故障，一般情況下也具有較高的靈敏度,。隨著計算機(jī)保護(hù)技術(shù)和光纖通信技術(shù)的日益成熟,，具有獨特優(yōu)點的數(shù)字式分相電流差動保護(hù)正在取代傳統(tǒng)的電流差動保護(hù)，光纖通道具有很好的抗電磁干擾能力和大容量傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)點,，許多傳統(tǒng)保護(hù)無法實現(xiàn)的輔助功能,，數(shù)字式分相電流差動保護(hù)都能做到，從而為現(xiàn)場使用提供了極大的方便,。 2 縱聯(lián)電流差動保護(hù) 隨著計算機(jī)技術(shù)及微波通信,、光纖通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在縱聯(lián)電流差動保護(hù)在通信傳輸中傳送的是經(jīng)保護(hù)處理后的數(shù)字量,，由于微波通道和光纖通道不受線路故障型式的影響,，尤其是光纖通道抗電磁干擾的能力強(qiáng)，短線路保護(hù)中光纖縱聯(lián)電流差動保護(hù)正越來越多地被采用,，這項技術(shù)也日趨成熟,。 縱聯(lián)電流差動保護(hù)按通信調(diào)制方式分為三種：頻率調(diào)制（FM）電流差動保護(hù)，脈寬調(diào)制（PWM）電流差動保護(hù),，脈碼調(diào)制（PCM）數(shù)字縱聯(lián)電流差動保護(hù),。由于當(dāng)今計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，脈碼調(diào)制（PCM）數(shù)字電流差動保護(hù)的優(yōu)越性越來越得到實踐的驗證,，尤其隨著短線路的增多和光纖通信技術(shù)的成熟,，脈碼調(diào)制（PCM）數(shù)字電流差動保護(hù)正逐漸被電力系統(tǒng)推廣應(yīng)用。本文就這種保護(hù)的原理和特點進(jìn)行論述,，并介紹現(xiàn)場應(yīng)用中的試驗方法和注意事項,。 3 脈碼調(diào)制（PCM）數(shù)字式電流差動保護(hù) 現(xiàn)代通信技術(shù)采用脈碼調(diào)制（PCM）的方式實現(xiàn)多路信息傳輸，這種方式抗干擾能力強(qiáng),，尤其適用于數(shù)字式保護(hù),，光纖通信是將電信號變?yōu)楣庑盘栠M(jìn)行傳輸，而光信號與電磁信號隔離,，為縱聯(lián)差動保護(hù)性能的提升提供了強(qiáng)有力的支持,。下面以許繼電氣股份有限公司研制的微機(jī)光纖縱聯(lián)分相電流差動保護(hù)為例闡述電流差動保護(hù)的原理。 保護(hù)裝置經(jīng)交流采樣,、模數(shù)變換后,，保護(hù)CPU單元對信號進(jìn)行濾波處理,，并將濾波后的電流數(shù)字量傳送給通信CPU單元，同時保護(hù)CPU單元也將接收通信CPU經(jīng)同步調(diào)整后的對側(cè)電流數(shù)字量,，并與本側(cè)電流數(shù)字量進(jìn)行比較判斷決定是否發(fā)出口命令,。通信CPU單元的作用是將本側(cè)的數(shù)字量經(jīng)并／串轉(zhuǎn)換后將信號傳向?qū)?cè)，并接收對側(cè)的數(shù)字量經(jīng)串／并轉(zhuǎn)換,，同時根據(jù)兩側(cè)的信息進(jìn)行電流的同步調(diào)整,。64K接口的作用即進(jìn)行PCM的調(diào)制解調(diào)，光接口（E／O）即實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換,。 3．1 動作判據(jù) 動作判據(jù)如式（1）,、（2），兩式同時滿足程序規(guī)定的次數(shù)即跳閘,。
式（1）為基本判據(jù),，ICD表示線路電容電流，式（2）為主判據(jù),。 式（1）,、（2）的動作特性如圖1所示，制動量隨兩側(cè)電流大小,、相位而改變,，Im＝In時，制動量為零,，動作最靈敏,，區(qū)外故障，Im＝－In,，制動量≥動作量,，保護(hù)可靠不動作。
3．2 數(shù)據(jù)同步調(diào)整原理 兩側(cè)數(shù)據(jù)的同步調(diào)整采用數(shù)值調(diào)整法,，同步調(diào)整關(guān)系如圖2所示,，甲為本側(cè)，乙為對側(cè),，“”表示向?qū)?cè)發(fā)信時間,，周期為T，Δt1,、Δt2分別為兩側(cè)收到對側(cè)數(shù)據(jù)距本側(cè)最近一次發(fā)信的時間差,，Tc時刻甲方收到乙方數(shù)據(jù)，其幀結(jié)構(gòu)內(nèi)容如表1所示,。用于調(diào)整的兩個量為：對側(cè)收到本側(cè)傳來的序號N和Δt1，乙側(cè)最近一組發(fā)送數(shù)據(jù)序號名M,，再考慮到本側(cè)最新一組Is,、Ic的序號為P,，Is、Ic為電流經(jīng)傅氏濾波后的電流實部和虛部,，收到對側(cè)數(shù)據(jù)距本側(cè)最新一次中斷發(fā)信時間Δt2,，則可根據(jù)公式（3）得時刻TA
TA正是乙方M時刻數(shù)據(jù)對應(yīng)甲方的時間，但甲方的數(shù)據(jù)與M最近的一組序號為TB時刻,，兩側(cè)時差（TA－TB）所對應(yīng)的角度θ,，θ即甲側(cè)數(shù)據(jù)TB采樣點與乙側(cè)數(shù)據(jù)M采樣點所差的角度；所謂同步調(diào)整就是將對側(cè)M點數(shù)據(jù)向前移θ角,，使之與TB時刻本側(cè)數(shù)據(jù)對齊,，據(jù)式（3）可求得TB時刻甲方數(shù)據(jù)的序號S（i）和θ角（注：每個中斷點相差60°）。
IA為甲側(cè)收到的乙側(cè)M點電流,，IB為收到的乙側(cè)M點經(jīng)同步調(diào)整后的電流,。 這種調(diào)整方法在收到對側(cè)一幀信息即可完成，對通道依賴性不強(qiáng),，非常適合我國使用,。 3．3 通信原理 線路兩側(cè)差動保護(hù)每隔3．3 ms（60°）向?qū)?cè)發(fā)一幀數(shù)據(jù)，幀結(jié)構(gòu)如表1所示：每幀發(fā)送的數(shù)據(jù)共19個字節(jié),，其中包括12個字節(jié)的三相電流相量值的實部,、虛部分量，以及用于同步調(diào)整,、控制等的有關(guān)信息,，定義如下：
同步字———正常運(yùn)行時，各保護(hù)的收信回路處于搜索狀態(tài),，收到同步字后,，立即啟動中斷服務(wù)程序，接收而后的18個字節(jié)數(shù)據(jù),。 本側(cè)序號———本側(cè)電流相量排列序號,，用于同步調(diào)整。 對側(cè)序號———本側(cè)收到最新一幀對側(cè)數(shù)據(jù)的序號,，再發(fā)回對側(cè)用于同步調(diào)整,。 控制字———本側(cè)保護(hù)根據(jù)運(yùn)行狀況，向?qū)?cè)發(fā)出的狀態(tài)信息,。 遠(yuǎn)動控制字———發(fā)送遠(yuǎn)動信息,。 Δt———收到對側(cè)信息距本側(cè)最近一次發(fā)信的時間，用于同步調(diào)整,。 校驗碼———其值為前17個字節(jié)的累加和,，用于收信誤碼校驗。 數(shù)據(jù)傳送采用“先算后送”的方式,，這樣一幀數(shù)據(jù)出錯只損失一個采樣間隔的跳閘時間,。 4 數(shù)字式分相電流差動保護(hù)的應(yīng)用 4．1 應(yīng)用于短線路 隨著電網(wǎng)的改造,，城市電網(wǎng)越來越緊密，高壓系統(tǒng)（110 kV以上）短距離輸電線路越來越多,，對于短距離線路,，由于距離保護(hù)、零序保護(hù)應(yīng)用不夠理想,，而采用高頻保護(hù)又要增加不少輔助設(shè)備,，所以隨著光纖價格降低、敷設(shè)方便等優(yōu)點的出現(xiàn),，數(shù)字式電流差動保護(hù)廣泛應(yīng)用于短線路成為可能,。如圖3所示的變壓器出線與母線距離往往很短（如電廠經(jīng)變壓器升壓后至開關(guān)站），為降低工程費用,，許多地方將變壓器側(cè)的開關(guān)省掉,，變壓器故障時直接跳母線側(cè)開關(guān)，但由于變壓器距開關(guān)站有一定的距離,，所以,，采用變壓器保護(hù)經(jīng)光纖通道實現(xiàn)遠(yuǎn)方跳閘。許繼電氣股份有限公司研制的微機(jī)光纖短線路保護(hù)已應(yīng)用于這種系統(tǒng)中,，為使用單位節(jié)省了較大費用,。
4．2 遠(yuǎn)方跳閘 如圖4所示系統(tǒng)，由于線路較短,，在主變故障時,，為避免母線受影響，主變保護(hù)動作時既跳開變壓器出線斷路器,，也希望跳開母線處斷路器,，這時數(shù)字式分相電流差動保護(hù)的遠(yuǎn)方跳閘輔助功能即可實現(xiàn)這一目的。同樣當(dāng)母線保護(hù)動作時,，利用遠(yuǎn)方跳閘功能也可將變壓器出線斷路器跳開,。
5 應(yīng)用實例 湖南漣源變電站至漣源鋼廠的220 kV系統(tǒng)接線與圖3相似。按要求,，希望變壓器側(cè)的微機(jī)分相電流差動保護(hù)能夠?qū)?個開關(guān)量遠(yuǎn)方傳至母線側(cè),，這6個開關(guān)量包括：主變跳閘、手動跳閘,、主變動作信號,、主變異常信號、備用開入1,、備用開入2,。要在變壓器側(cè)差動保護(hù)中傳輸6個遠(yuǎn)動信號，不可能在數(shù)據(jù)幀中設(shè)6個遠(yuǎn)動控制字,。唯一的辦法就是根據(jù)開入量的不同進(jìn)行編碼,，而傳送的遠(yuǎn)動控制字仍是一個字節(jié),，這樣才不致影響通訊中一幀數(shù)據(jù)的長度，即不影響通信傳輸時間,。遠(yuǎn)動控制軟件框圖如圖5和圖6所示：
這一工程中，主變側(cè)的差動保護(hù)僅具備模擬量,、數(shù)字量的采集,、轉(zhuǎn)換及傳送，根據(jù)采集到的開關(guān)量的不同進(jìn)行編碼,，母線側(cè)的微機(jī)分相電流保護(hù)根據(jù)接收到的遠(yuǎn)動控制字的不同,，發(fā)出不同的保護(hù)命令。 根據(jù)以上思路設(shè)計的保護(hù)系統(tǒng),，經(jīng)過動模試驗及實際運(yùn)行的考驗,，效果滿意。這一保護(hù)系統(tǒng)為這一工程節(jié)省一組高壓斷路器,，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,。 6 差動保護(hù)的現(xiàn)場試驗 高壓線路分相電流差動保護(hù)投運(yùn)前的現(xiàn)場試驗，一直是困擾技術(shù)人員的一個問題,，由于線路兩端距離的限制,，現(xiàn)場試驗不能象試驗室那樣方便。線路兩端的電源雖然經(jīng)過不同的變壓器轉(zhuǎn)角,，但兩側(cè)電壓之間的相位是相對固定的,。針對這一現(xiàn)場的特性，使我們在現(xiàn)場進(jìn)行兩側(cè)差動保護(hù)的對調(diào)試驗成為可能,。我們曾經(jīng)在湖南漣源鋼鐵公司到婁底變電站一條220kV,、800多米長的線路兩側(cè)進(jìn)行對調(diào)試驗。 具體的試驗方案是一側(cè)將市電經(jīng)變換,，將一5 A的電流接入保護(hù),，另一側(cè)保護(hù)設(shè)為單側(cè)運(yùn)行方式，市電接入移相器,，移相器輸出經(jīng)變換,，將可改變相位的電流接入本側(cè)保護(hù)。接線圖如圖7所示,。
試驗時,，相位固定不變的一側(cè)接5 A電流不動，這樣,，這一側(cè)以5 A的電流向?qū)?cè)傳輸電流向量,，另一側(cè)接5 A電流，改變相位,，采用一側(cè)突加電流的試驗方法,，這一側(cè)就有相位變化的電流向量供本側(cè)和對側(cè)進(jìn)行判斷,。 按照差動保護(hù)通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制動特性：區(qū)外故障,，當(dāng) 按照上述試驗方法,，依據(jù)差動保護(hù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),，試驗結(jié)果與制動特性完全吻合。 7 光纖保護(hù)通道聯(lián)調(diào)試驗 光纖保護(hù)在現(xiàn)場調(diào)試中,，除了差動保護(hù)在現(xiàn)場做聯(lián)調(diào)試驗需要花費一定的精力外,，光纖通道的測試也是一項細(xì)致工作，只有保證光纖通道正常,，才能確保系統(tǒng)試驗的進(jìn)行?，F(xiàn)場由于受到設(shè)備的限制，常用的通道試驗方法是采用保護(hù)自發(fā)自收來檢驗光纖通道,。具體分以下幾步：①從保護(hù)的光端機(jī)引出的尾纖上經(jīng)光連接器自發(fā)自收,，檢驗保護(hù)自身收發(fā)是否正常。②將保護(hù)尾纖經(jīng)光連接器與線路光纖連接,，在線路的對端,，光纖經(jīng)光連接器自環(huán)，檢驗通道是否正常,。對端也可以采用類似步驟測試光纖通道,。 當(dāng)然，測試光纖通道還可以采用專用測試設(shè)備,，但這些設(shè)備很昂貴,，一般情況下現(xiàn)場不具備條件。所以,，上述方法是現(xiàn)場測試光纖通道的經(jīng)濟(jì)實用的方法,。 另外需要指出的是，光纖通道的現(xiàn)場維護(hù)也是很重要的工作,。①保證光纖接口處連接可靠,；②尾纖不能折，防止損壞玻璃纖維,；③現(xiàn)場注意防鼠,，以防老鼠咬壞尾纖；④要把多余的尾纖正確盤好，并固定好,，防止開關(guān)屏門時擠壞尾纖,；⑤安裝和通道試驗時注意保護(hù)尾纖。 8 結(jié)束語 從以上對數(shù)字式分相電流差動保護(hù)的應(yīng)用闡述和實際工程的應(yīng)用實例可以看出,，隨著光纖通信技術(shù)的日臻成熟和OPGW架空線路的推廣,，數(shù)字式分相電流差動保護(hù)以其獨特的優(yōu)點，在高壓線路保護(hù)的應(yīng)用中具有廣闊的前景,，數(shù)字式分相電流差動保護(hù)必將在線路保護(hù)中占據(jù)重要的地位,。
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