光纖電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行分析

【摘 要】電流差動(dòng)保護(hù)以及較高度靈敏度、簡單可靠的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作迅速等優(yōu)勢(shì)，在電力通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，電力系統(tǒng)高壓、超高壓輸電線路的主保護(hù)均是采用這種方式。本文就是在這種發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合數(shù)字式高壓線路分相電流差動(dòng)保護(hù)裝置，基于運(yùn)行分析的角度展開討論。

【關(guān)鍵詞】電流差動(dòng)保護(hù)；光纖通信

一、光纖電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的優(yōu)勢(shì)

通常傳統(tǒng)的縱聯(lián)距離以及縱聯(lián)方向保護(hù)自身并不具備選項(xiàng)功能，如果高壓線路出現(xiàn)單相故障，一般采取的方法就是只跳開故障相，而由選相元件來選擇故障相。但是在電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的三相上均有一個(gè)差動(dòng)元件，如果線路中某一相出現(xiàn)問題，與其對(duì)應(yīng)相別的差動(dòng)元件就會(huì)動(dòng)作，從而跳開故障相，在實(shí)行保護(hù)動(dòng)作時(shí)，同步選擇出故障相別。這種自身具有選相功能的特點(diǎn)是非常有利的，尤其是在同桿并架雙回線路中。如圖1所示：

如果發(fā)生跨線故障，比如I回線的A相與II回線B相出現(xiàn)問題，采用傳統(tǒng)縱聯(lián)距離、縱聯(lián)方向保護(hù)時(shí)，僅僅依靠一側(cè)的電氣來是很難選出跨線故障的故障相的。比如上圖中M側(cè)末端出現(xiàn)I回線A相與II回線B相跨線故障，M側(cè)I回線中A相有短路電流，盡管B相本線沒問題，可是相鄰II回線B相出現(xiàn)問題也可以判斷有短路電流。兩個(gè)故障點(diǎn)與M側(cè)母線的距離是一樣的，盡管是不同的兩個(gè)點(diǎn)，也相當(dāng)于本線A、B兩項(xiàng)接地短路，因此傳統(tǒng)的縱聯(lián)保護(hù)無法判斷屬于跨線故障還是本線故障。針對(duì)這種情況，I回線會(huì)判定兩相故障，發(fā)三跳令跳三相，相應(yīng)的II回線同樣判定兩相故障，跳三相，此時(shí)兩條線路均跳三相，M、N兩側(cè)系統(tǒng)解列運(yùn)行，影響到系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。其實(shí)理想的狀態(tài)是I回線跳A相，II回線跳B相，并且有四根導(dǎo)線把兩個(gè)系統(tǒng)連在一起，是一個(gè)完整的三相系統(tǒng)，因此并不會(huì)影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由此可見，針對(duì)上述情況傳統(tǒng)縱聯(lián)保護(hù)方法無法選相，從而對(duì)系統(tǒng)造成影響。而采用電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，I回線A相縱差保護(hù)動(dòng)作，II回線B相縱差保護(hù)動(dòng)作就可以有效的解決上述問題，保證系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

此外，電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)還可以明確的判斷出區(qū)內(nèi)與區(qū)外的故障；TV斷線對(duì)縱差運(yùn)行沒有任何影響。

二、輸電線路電流縱差保護(hù)的主要問題

（一）電容電流的影響

由圖2中可以看出，輸電線產(chǎn)生電容電流，其從線路內(nèi)部流出，所以為動(dòng)作電流；而負(fù)荷電流屬于穿越性電流，只產(chǎn)生制動(dòng)電流，因此空載、輕載的狀態(tài)下，負(fù)荷電流比較小，相應(yīng)的制動(dòng)量也比較小，電容電流會(huì)出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)。要解決該問題可以提高起動(dòng)電流定值，如果有必要進(jìn)行電容電流的補(bǔ)償。

（二）TA斷線差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)

為保證電流縱差即使在單側(cè)電流線路內(nèi)部短路時(shí)也可以動(dòng)作，就要保證差動(dòng)繼電器在動(dòng)作電流與制動(dòng)電流相等時(shí)也可以正常動(dòng)作。如圖3所示：

M側(cè)為電源側(cè)，N側(cè)負(fù)荷側(cè)中性點(diǎn)未接地，如果線路內(nèi)部出現(xiàn)故障，如果要求電源側(cè)保護(hù)動(dòng)作將故障切除，此時(shí)動(dòng)作電流I_at=|I'_m+I'_n|=I_m，制動(dòng)電I_t=|I'_m-I'_n|=I_m，基于該條件比率制動(dòng)特性曲線的斜率要小于1。但是如果CT斷線就會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。如圖4所示：

比如N側(cè)斷線，動(dòng)作電流I_at與I_m相等，而制動(dòng)電流I_t同樣等于I_m，那么恰好會(huì)落在動(dòng)作區(qū)，所以要采取對(duì)應(yīng)措施防止TA斷線時(shí)誤動(dòng)差動(dòng)繼電器。

（三）TA的影響

受兩側(cè)暫態(tài)特性與飽和程度差異、二次回路時(shí)間常數(shù)差異的影響，如果在切除區(qū)內(nèi)或者區(qū)外故障時(shí)出現(xiàn)差動(dòng)電流，就會(huì)誤動(dòng)差動(dòng)繼電器。要解決該問題，首先就是提高比率制動(dòng)特性的起動(dòng)電流以及制動(dòng)系數(shù)，以縮小動(dòng)作區(qū)，擴(kuò)大制動(dòng)區(qū)。

（四）兩側(cè)未同步采樣，加大不平衡電流

元件保護(hù)所用的縱差保護(hù)與線路的縱差保護(hù)是有差異的，線路縱差保護(hù)兩側(cè)電流的采樣裝置不同，兩側(cè)電流的采樣時(shí)間不同，所以動(dòng)作電流不是同一時(shí)刻的兩側(cè)電流的相量和，其誤差可以間隔一個(gè)采樣周期。要解決該問題可以采取下列措施：促使兩側(cè)同步采樣，或者計(jì)算工頻電角度，其與兩側(cè)采樣時(shí)刻差相對(duì)應(yīng)，再做相位補(bǔ)償。前者就采取措施做出調(diào)整使兩側(cè)裝置同步采樣；而后者采用的方法則是求出基于不同采樣時(shí)間兩側(cè)電流所對(duì)應(yīng)的時(shí)間差，然后求出該時(shí)差對(duì)應(yīng)的電氣角度，將一側(cè)電氣量做一個(gè)相位補(bǔ)償。對(duì)該角度進(jìn)行補(bǔ)償后再與另一側(cè)的電流一起進(jìn)行相量運(yùn)算。比如RCS-931裝置采用的就是挪采樣時(shí)間的方法，在測出角度后，一側(cè)裝置每次將采樣時(shí)間都往后挪一小步，若干次后兩側(cè)裝置就會(huì)同步采樣，然后再與另一側(cè)電流進(jìn)行相量運(yùn)算。

三、光纖電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行分析

（一）經(jīng)差動(dòng)開放的遠(yuǎn)方跳閘

在每側(cè)差動(dòng)計(jì)算動(dòng)作以后，一方面要進(jìn)地本側(cè)的分相跳閘，另一方面則向?qū)?cè)發(fā)送遠(yuǎn)方跳閘信號(hào)，信號(hào)接收設(shè)備接收到對(duì)側(cè)的分相跳閘信號(hào)后，就以本側(cè)的差動(dòng)繼電器作為就地判據(jù)跳對(duì)應(yīng)相。通常高靈敏的差動(dòng)繼電器所采用的是零差中選相用的，經(jīng)電容電流補(bǔ)償過的分相差動(dòng)繼電器。

（二）防止TA斷線誤動(dòng)

對(duì)差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行計(jì)算均在故障計(jì)算程序中進(jìn)行，其主要內(nèi)容包括差動(dòng)繼電器的計(jì)算、邏輯程序與出口程序，從某種程度上來說，只有起動(dòng)了起動(dòng)元件才會(huì)投入差動(dòng)保護(hù)，如果未起動(dòng)起動(dòng)元件，就沒有計(jì)算正常運(yùn)行程序中的差動(dòng)保護(hù)，即未投入差動(dòng)保護(hù)。下圖5為采樣中斷服務(wù)程序示意圖：

如圖5所示程序流程如下：主程序入口處等待采樣命令，每過0.833ms設(shè)備中的定時(shí)器就會(huì)發(fā)一次采樣脈沖，然后設(shè)備中的DSP就會(huì)執(zhí)行一遍，完畢后回到主程序入口等待下次采樣命令。采樣脈沖會(huì)先進(jìn)入主程序，執(zhí)行一些輔助性工作，例如后面需要采樣要對(duì)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換的值放在RAM哪個(gè)區(qū)進(jìn)行定義；或者檢查開入量狀態(tài)等等。接下來進(jìn)入采樣程序，在對(duì)應(yīng)的RAM地址中放入經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換的值繼續(xù)計(jì)算，此時(shí)如果起動(dòng)元件未動(dòng)作，證明系統(tǒng)無故障，則運(yùn)行正常運(yùn)行程序，該程序同樣包含輔助性工作，比如閉鎖PT斷線距離保護(hù)，或者設(shè)備自檢等等。如果起動(dòng)元件動(dòng)作，則證明系統(tǒng)有故障，則運(yùn)行故障計(jì)算程序，進(jìn)行差動(dòng)繼電器的計(jì)算，然后發(fā)送跳閘命令。由此可見，起動(dòng)起動(dòng)元件后才會(huì)運(yùn)行故障計(jì)算程序，從而進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算，而且跳閘命令也是故障計(jì)算程序發(fā)送的。

TA斷線差動(dòng)繼電器是要誤動(dòng)的，在運(yùn)行狀態(tài)正常的線路中，如果其中一側(cè)的TA斷線，則動(dòng)作電流與制動(dòng)電流以及負(fù)荷電流是相等的。所以要采取處理措施，具體如下：要發(fā)出跳閘命令必須具備以下條件，即起動(dòng)兩側(cè)的起動(dòng)元件，而且兩側(cè)差動(dòng)繼電器均處于動(dòng)作的狀態(tài)下。因此每一側(cè)差動(dòng)繼電器動(dòng)作后均要發(fā)送一個(gè)允許信號(hào)至對(duì)側(cè)。滿足下列條件差動(dòng)保護(hù)才可以發(fā)送跳閘命令：首先，要起動(dòng)本側(cè)的起動(dòng)元件；其次，本側(cè)差動(dòng)繼電器處于動(dòng)作狀態(tài)；第三，接收到對(duì)側(cè)發(fā)送的允許差動(dòng)動(dòng)作的信號(hào)。基于以上三點(diǎn)，如果一側(cè)TA斷線，因?yàn)殡娏饔型蛔兓蛘叽嬖诹阈螂娏?，可能?huì)起動(dòng)起動(dòng)元件，而且差動(dòng)繼電器也會(huì)動(dòng)作。不過對(duì)側(cè)未斷線，未起動(dòng)起動(dòng)元件，相應(yīng)的也未計(jì)算差動(dòng)繼電器，所以就無法發(fā)送差動(dòng)動(dòng)作的信號(hào)，因此，也就不存在本側(cè)誤動(dòng)的可能。

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