適用于5G 通道的輸電線(xiàn)路差動(dòng)保護(hù)方法

韓學(xué)軍 韓 俊 陸金鳳 李 奔 徐曉春 談 浩

（1、國(guó)家電網(wǎng)有限公司華東分部，上海 200000 2、南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000）

輸電線(xiàn)路差動(dòng)保護(hù)理論上具有輸電線(xiàn)路內(nèi)部短路時(shí)動(dòng)作的絕對(duì)選擇性，被廣泛用于輸電線(xiàn)路的主保護(hù)。

5G (5th generation mobile networks)- 第五代移動(dòng)通信技術(shù)是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)定義的超高可靠與低時(shí)延通信(ultra-reliable and low latency communications，URLLC)應(yīng)用場(chǎng)景，具有高速率、低時(shí)延、高可靠性、高授時(shí)精度等特點(diǎn)[1-4]，契合了線(xiàn)路差動(dòng)保護(hù)的要求[5-8]。

本文研究并提出了適用于5G 通道的線(xiàn)路差動(dòng)保護(hù)方法，提高了差動(dòng)保護(hù)通道的選擇性。

1 5G 差動(dòng)保護(hù)技術(shù)

1.1 幀結(jié)構(gòu)

國(guó)內(nèi)主流的光纖差動(dòng)保護(hù)使用同步數(shù)字體系網(wǎng)絡(luò)傳輸保護(hù)數(shù)據(jù)[9]，為提高通道利用率，本文提出了一種基于可路由采樣值[10]機(jī)制傳輸5G 差動(dòng)數(shù)據(jù)的方法。在傳統(tǒng)的SV 報(bào)文的結(jié)構(gòu)上，增加傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層信息，使報(bào)文能夠通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸；實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸。報(bào)文格式如圖1 所示。

圖1 5G 差動(dòng)保護(hù)報(bào)文結(jié)構(gòu)

1.2 網(wǎng)絡(luò)安全

為提高數(shù)據(jù)傳輸安全性，本文提出了一系列數(shù)據(jù)安全處理測(cè)量，包括：（1）數(shù)據(jù)白名單機(jī)制，僅當(dāng)接收數(shù)據(jù)的源ⅠP 地址在裝置的白名單內(nèi)，才認(rèn)為是有效數(shù)據(jù)。（2）流量控制機(jī)制，當(dāng)數(shù)據(jù)流量大于2Mbps 時(shí)，短時(shí)關(guān)閉接收端口，待流量穩(wěn)定小于2Mbps 后，重新開(kāi)放端口。（3）數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制，在報(bào)文中設(shè)置私有的標(biāo)志位和校驗(yàn)位，當(dāng)接收?qǐng)?bào)文中標(biāo)志位和校驗(yàn)位正確時(shí)，才認(rèn)為是有效數(shù)據(jù)。

1.3 采樣同步

電流差動(dòng)保護(hù)在算法上要求參與運(yùn)算的各側(cè)電氣量的采樣時(shí)刻必須同步，這是實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的關(guān)鍵所在。基于數(shù)據(jù)通道的同步方法不依賴(lài)于外部時(shí)鐘源，可靠性很高。因此，5G 通道的兩側(cè)同步不能采用基于數(shù)據(jù)通道的同步方法。本文提出了一種基于外部時(shí)鐘的同步方法。線(xiàn)路保護(hù)裝置的采樣時(shí)鐘實(shí)時(shí)跟外部時(shí)鐘同步，保證晶振體產(chǎn)生的脈沖前沿與外部時(shí)鐘具有1μs 的同步精度。當(dāng)給線(xiàn)路兩側(cè)保護(hù)裝置授時(shí)的外部時(shí)鐘同步時(shí)，兩側(cè)裝置采樣脈沖之間具有2μs 的同步精度?；谕獠繒r(shí)鐘的同步方法不受收發(fā)通道時(shí)延不一致的影響。

1.4 差動(dòng)保護(hù)通信接口

綜合網(wǎng)絡(luò)安全、客戶(hù)前置設(shè)備功能迭代、通信技術(shù)發(fā)展、裝置功耗、電磁兼容等因素考慮，5G 差動(dòng)保護(hù)不集成5G 通信功能，而是通過(guò)光口與外置CPE 連接。另外，為提高差動(dòng)保護(hù)通道的選擇性，仍保留光纖通信接口。差動(dòng)保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系圖如圖2 所示。

圖2 5G 通道差動(dòng)保護(hù)裝置通信示意圖

2 通道同步監(jiān)視方法

2.1 基于光纖通道的采樣同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)

圖3 基于光纖通道的采樣同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法

5G 通道和光纖通道的數(shù)據(jù)是同源的，因此，M 側(cè)的5G通道在tm2時(shí)刻接收到N 側(cè)裝置采樣時(shí)標(biāo)tnj的報(bào)文時(shí)，通過(guò)在緩存數(shù)據(jù)中找采樣時(shí)標(biāo)t=tnj+Δt時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)tmj，即可找到對(duì)應(yīng)的同步點(diǎn)。

需要注意的是，采用機(jī)械育秧播種時(shí)，要提前準(zhǔn)備好一定數(shù)量的硬塑盤(pán)作為托盤(pán)周轉(zhuǎn)。播種前要反復(fù)調(diào)試，確認(rèn)好播種機(jī)的狀態(tài)，將托盤(pán)內(nèi)的底土厚度穩(wěn)定在2.0-2.5 cm；精確調(diào)整好育秧播種的種子數(shù)量，使其維持在合適的范圍內(nèi)；上層的覆蓋用土的厚度一般維持在0.3-0.5 cm，實(shí)際情況中，以看不見(jiàn)芽谷為宜等。

5G 通道采用基于外部時(shí)鐘的同步方法，因此，M側(cè)裝置收到N 側(cè)裝置采樣時(shí)標(biāo)tni的報(bào)文時(shí)，通過(guò)采樣時(shí)標(biāo)，可以在緩存數(shù)據(jù)中找相同采樣時(shí)標(biāo)時(shí)刻tni的采樣數(shù)據(jù)t'mj。

當(dāng)采樣數(shù)據(jù)tmj和采樣數(shù)據(jù)t'mj一致時(shí)，說(shuō)明5G 通道采樣同步正常；否則，說(shuō)明5G 通道采樣同步異常。

2.2 基于電氣量的采樣同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)

圖4 輸電線(xiàn)路等值模型

線(xiàn)路內(nèi)部無(wú)故障且5G 差動(dòng)通道同步時(shí)，滿(mǎn)足：

式(1)中，

因此基于電氣量的采樣同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法如下：

判據(jù)①，當(dāng)差動(dòng)電流異常偏大時(shí)，可認(rèn)為5G 差動(dòng)通道不同步；

2.3 自適應(yīng)切換的通道同步監(jiān)視方法

圖5 中，當(dāng)光纖通道正常時(shí)，裝置采用基于光纖通道的采樣同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)；當(dāng)光纖通道異常時(shí)，裝置采用基于電氣量的采樣同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

圖5 自適應(yīng)切換的通道同步監(jiān)視方法

3 仿真分析

3.1 測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)由2 臺(tái)適用于5G 通道的輸電線(xiàn)路差動(dòng)保護(hù)裝置、2 個(gè)CPE 和時(shí)鐘源構(gòu)成，如圖6 所示。

圖6 測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)中500kV 線(xiàn)路的具體參數(shù)如表1 所示。

表1 測(cè)試系統(tǒng)線(xiàn)路參數(shù)

3.2 光纖通道、對(duì)時(shí)源正常

由于對(duì)時(shí)源正常，5G 通道同步情況良好，基于光纖通道的采樣同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)正常，5G 差動(dòng)保護(hù)功能投入，如表2 所示。

表2 光纖通道、對(duì)時(shí)源正常時(shí)的5G 通道信息

3.3 光纖通道正常，對(duì)時(shí)源異常（不補(bǔ)償PPS 差值）

由于對(duì)時(shí)源異常，且未對(duì)外部時(shí)鐘源偏差進(jìn)行補(bǔ)償，5G差動(dòng)同步異常，基于光纖通道的采樣同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)異常，5G差動(dòng)保護(hù)功能退出。如表3 所示。

表3 光纖通道正常，對(duì)時(shí)源異常時(shí)（不補(bǔ)償PPS 差值）的5G 通道信息

3.4 光纖通道正常，對(duì)時(shí)源異常（補(bǔ)償PPS 差值）

雖然對(duì)時(shí)源異常，但對(duì)外部時(shí)鐘源偏差進(jìn)行了補(bǔ)償，5G差動(dòng)同步正常，基于光纖通道的采樣同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)正常，5G差動(dòng)保護(hù)功能投入。如表4 所示。

表4 光纖通道異常，對(duì)時(shí)源異常時(shí)（補(bǔ)償PPS 差值）的5G 通道信息

3.5 光纖通道異常，對(duì)時(shí)源正常

由于對(duì)時(shí)源正常，5G 通道同步情況良好，保護(hù)裝置基于電氣量的采樣同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)正常，5G 差動(dòng)保護(hù)功能投入，如表5 所示。

表5 光纖通道異常，對(duì)時(shí)源正常時(shí)的5G 通道信息

表5 中，5G 通道兩側(cè)差動(dòng)電流為0，電壓判據(jù)值為3.39V，僅為額定電壓的5.9%，5G 差動(dòng)同步正常，5G 差動(dòng)保護(hù)功能投入。

3.6 光纖通道、對(duì)時(shí)源異常

由于對(duì)時(shí)源異常，5G 差動(dòng)同步異常，保護(hù)裝置基于電氣量的采樣同步狀態(tài)監(jiān)測(cè)異常，5G 差動(dòng)保護(hù)功能退出，如表6所示。

表6 光纖通道、對(duì)時(shí)源異常時(shí)的5G 通道信息

表6 中，5G 通道兩側(cè)差動(dòng)電流高達(dá)0.35A,電壓判據(jù)值為85.52V，為額定電壓的1.48 倍，5G 通道同步異常，5G 差動(dòng)保護(hù)功能退出。

4 結(jié)論

本文從幀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全、采樣同步等方面研究了適用于5G 通信技術(shù)的輸電線(xiàn)路差動(dòng)保護(hù)解決方案，并提出了一種自適應(yīng)切換的通道同步監(jiān)視方法。本文提出的自適應(yīng)切換的通道同步監(jiān)視方法，能實(shí)時(shí)檢測(cè)5G 差動(dòng)同步狀態(tài)。能計(jì)算出兩側(cè)外部時(shí)鐘同步偏差并進(jìn)行軟件補(bǔ)償，提高了5G 差動(dòng)保護(hù)的可靠性。