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1 引言
高壓線路分相電流差動(dòng)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(jì)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(dú)特優(yōu)點(diǎn)的數(shù)字式分相電流差動(dòng)保護(hù)正在取代傳統(tǒng)的電流差動(dòng)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(diǎn)，許多傳統(tǒng)保護(hù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的輔助功能，數(shù)字式分相電流差動(dòng)保護(hù)都能做到，從而為現(xiàn)場(chǎng)使用提供了極大的方便。
2 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)
隨著計(jì)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(dòng)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(dòng)保護(hù)正越來(lái)越多地被采用，這項(xiàng)技術(shù)也日趨成熟。
縱聯(lián)電流差動(dòng)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(dòng)保護(hù)，脈寬調(diào)制（PWM）電流差動(dòng)保護(hù)，脈碼調(diào)制（PCM）數(shù)字縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)。由于當(dāng)今計(jì)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(dòng)保護(hù)的優(yōu)越性越來(lái)越得到實(shí)踐的驗(yàn)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(dòng)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(diǎn)進(jìn)行論述，并介紹現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的試驗(yàn)方法和注意事項(xiàng)。
3 脈碼調(diào)制（PCM）數(shù)字式電流差動(dòng)保護(hù)
現(xiàn)代通信技術(shù)采用脈碼調(diào)制（PCM）的方式實(shí)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(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)進(jìn)行傳輸，而光信號(hào)與電磁信號(hào)隔離，為縱聯(lián)差動(dòng)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(dòng)保護(hù)為例闡述電流差動(dòng)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(duì)信號(hào)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(shí)保護(hù)CPU單元也將接收通信CPU經(jīng)同步調(diào)整后的對(duì)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(hào)傳向?qū)?cè)，并接收對(duì)側(cè)的數(shù)字量經(jīng)串／并轉(zhuǎn)換，同時(shí)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(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。
3．1 動(dòng)作判據(jù)
動(dòng)作判據(jù)如式（1）、（2），兩式同時(shí)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(dòng)作特性如圖1所示，制動(dòng)量隨兩側(cè)電流大小、相位而改變，Im＝In時(shí)，制動(dòng)量為零，動(dòng)作最靈敏，區(qū)外故障，Im＝－In，制動(dòng)量≥動(dòng)作量，保護(hù)可靠不動(dòng)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(duì)側(cè)，“”表示向?qū)?cè)發(fā)信時(shí)間，周期為T，Δt1、Δt2分別為兩側(cè)收到對(duì)側(cè)數(shù)據(jù)距本側(cè)最近一次發(fā)信的時(shí)間差，Tc時(shí)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(gè)量為：對(duì)側(cè)收到本側(cè)傳來(lái)的序號(hào)N和Δt1，乙側(cè)最近一組發(fā)送數(shù)據(jù)序號(hào)名M，再考慮到本側(cè)最新一組Is、Ic的序號(hào)為P，Is、Ic為電流經(jīng)傅氏濾波后的電流實(shí)部和虛部，收到對(duì)側(cè)數(shù)據(jù)距本側(cè)最新一次中斷發(fā)信時(shí)間Δt2，則可根據(jù)公式（3）得時(shí)刻TA
TA正是乙方M時(shí)刻數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)甲方的時(shí)間，但甲方的數(shù)據(jù)與M最近的一組序號(hào)為TB時(shí)刻，兩側(cè)時(shí)差（TA－TB）所對(duì)應(yīng)的角度θ，θ即甲側(cè)數(shù)據(jù)TB采樣點(diǎn)與乙側(cè)數(shù)據(jù)M采樣點(diǎn)所差的角度；所謂同步調(diào)整就是將對(duì)側(cè)M點(diǎn)數(shù)據(jù)向前移θ角，使之與TB時(shí)刻本側(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊，據(jù)式（3）可求得TB時(shí)刻甲方數(shù)據(jù)的序號(hào)S（i）和θ角（注：每個(gè)中斷點(diǎn)相差60°）。
IA為甲側(cè)收到的乙側(cè)M點(diǎn)電流，IB為收到的乙側(cè)M點(diǎn)經(jīng)同步調(diào)整后的電流。
這種調(diào)整方法在收到對(duì)側(cè)一幀信息即可完成，對(duì)通道依賴性不強(qiáng)，非常適合我國(guó)使用。
3．3 通信原理
線路兩側(cè)差動(dòng)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(gè)字節(jié)，其中包括12個(gè)字節(jié)的三相電流相量值的實(shí)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(shí)，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(dòng)中斷服務(wù)程序，接收而后的18個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。
本側(cè)序號(hào)———本側(cè)電流相量排列序號(hào)，用于同步調(diào)整。
對(duì)側(cè)序號(hào)———本側(cè)收到最新一幀對(duì)側(cè)數(shù)據(jù)的序號(hào)，再發(fā)回對(duì)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(dòng)控制字———發(fā)送遠(yuǎn)動(dòng)信息。
Δt———收到對(duì)側(cè)信息距本側(cè)最近一次發(fā)信的時(shí)間，用于同步調(diào)整。
校驗(yàn)碼———其值為前17個(gè)字節(jié)的累加和，用于收信誤碼校驗(yàn)。
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(cuò)只損失一個(gè)采樣間隔的跳閘時(shí)間。
4 數(shù)字式分相電流差動(dòng)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(lái)越緊密，高壓系統(tǒng)（110 kV以上）短距離輸電線路越來(lái)越多，對(duì)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(jià)格降低、敷設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)的出現(xiàn)，數(shù)字式電流差動(dòng)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(fèi)用，許多地方將變壓器側(cè)的開關(guān)省掉，變壓器故障時(shí)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(shí)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(fèi)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(shí)，為避免母線受影響，主變保護(hù)動(dòng)作時(shí)既跳開變壓器出線斷路器，也希望跳開母線處斷路器，這時(shí)數(shù)字式分相電流差動(dòng)保護(hù)的遠(yuǎn)方跳閘輔助功能即可實(shí)現(xiàn)這一目的。同樣當(dāng)母線保護(hù)動(dòng)作時(shí)，利用遠(yuǎn)方跳閘功能也可將變壓器出線斷路器跳開。
