基于電流瞬間采樣值的輸電光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)分析論文
摘要：電流的差動(dòng)保護(hù)已經(jīng)具有和相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，隨著電力技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)由傳統(tǒng)的導(dǎo)引線保護(hù)發(fā)展到了今天的微波電流差動(dòng)保護(hù)和光纖電流差動(dòng)保護(hù)，由于光纖通信的可靠性高、容量大，致使光纖差動(dòng)保護(hù)逐漸向電力線路保護(hù)主力軍發(fā)展，文章基于電流瞬間采樣值的差動(dòng)保護(hù)方法，從設(shè)計(jì)角度對(duì)輸電光纖差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：電流瞬間;輸電;保護(hù)設(shè)計(jì)
電流差動(dòng)保護(hù)在電力系統(tǒng)元件保護(hù)里已經(jīng)是一種比較成熟的保護(hù)了，文章對(duì)線路保護(hù)的后備保護(hù)就不進(jìn)行研究了，僅對(duì)應(yīng)用于線路的差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行研究，主要研究的以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：(1)利用電流瞬時(shí)采樣值進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算來(lái)加快速度判斷是否發(fā)生保護(hù)區(qū)內(nèi)的故障，利用故障分量來(lái)提高差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的靈敏性和可靠性。(2)研究分析線路差動(dòng)保護(hù)中的數(shù)據(jù)通信和各端同步采樣的問(wèn)題。(3)對(duì)于影響保護(hù)性能的線路電容電流和CT飽和做了分析并加以解決。(4)完善了差動(dòng)保護(hù)判據(jù)。
一、利用故障分量電流瞬時(shí)采樣值進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)判斷
實(shí)踐證明，直接利用電流瞬時(shí)采樣值進(jìn)行羞動(dòng)保護(hù)的判斷可以提高保護(hù)的動(dòng)作速度，基本上只需要四分之一個(gè)工頻周期就可以判斷是否發(fā)生保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，不過(guò)由于瞬時(shí)采樣值電流差動(dòng)保護(hù)是直接利用采樣值進(jìn)行保護(hù)判斷計(jì)算的。
計(jì)算結(jié)果存在一定的動(dòng)作模糊區(qū)，所以在制動(dòng)區(qū)里有一定的模糊區(qū)域。利用故障分量來(lái)實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)一方面可以提高保護(hù)的靈敏性，另一方面由于消除了負(fù)荷電流對(duì)保護(hù)的影響，同時(shí)瞬時(shí)采樣值差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性存在更大不可能運(yùn)行區(qū)域，因此也可以盡量減少瞬時(shí)采樣值差動(dòng)保護(hù)模期區(qū)的影昀，由于保護(hù)是采用采樣值直接進(jìn)行計(jì)算的，因此要求保護(hù)各端每次采樣究成后馬上把電流數(shù)據(jù)傳送到保護(hù)的其他端，并在下一次采祥之前完成計(jì)算和故障的判斷，根據(jù)具體的采樣速度，先算出采樣間隔的時(shí)間，假如采樣點(diǎn)為一工頻周期16個(gè)，那么采樣的間隔時(shí)間為1.25ms，要求保護(hù)在此時(shí)間內(nèi)完成保護(hù)的計(jì)算和判斷，因此要求保護(hù)的處理速度相對(duì)快一點(diǎn)。
二、電流瞬時(shí)采樣值差動(dòng)保護(hù)實(shí)用判據(jù)
保護(hù)啟動(dòng)元件采用相電流突變量：
lij+N一ijl >lP (1)
式中，0為電流采樣值，Ip為整定值，Ⅳ為每周波采樣點(diǎn)數(shù)。
瞬時(shí)采樣值差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)方程為：
IiH+ir,I >Jo (2)
li,+iJ >Klim -i,l (3)
其中：為線路兩端電流采樣值，J為整定值，K為制動(dòng)系數(shù)。保護(hù)啟動(dòng)后，在每次采樣結(jié)束后把電流的采樣值代入(2)和(3)式，并把每次采樣值是否滿(mǎn)足(2)和(3)式1z錄下來(lái)，判斷滿(mǎn)足(2)和(3)的采樣次數(shù)是否符合本文第三章所述的.R次連續(xù)采樣中有S次滿(mǎn)足的要求，滿(mǎn)足則出口跳閘，當(dāng)保護(hù)啟動(dòng)兩個(gè)工頻周期后或保護(hù)處于模糊區(qū)時(shí)投入常規(guī)的相量差動(dòng)保護(hù)判據(jù)。
例如每周波采樣16點(diǎn)時(shí)，當(dāng)保護(hù)啟動(dòng)元件動(dòng)作后，對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)都進(jìn)行(2)式和(5.3)式的判別，如果連續(xù)的7(R)個(gè)采樣點(diǎn)中滿(mǎn)足(2)式和(3)式的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)大于4，那么保護(hù)直接出口跳閘;如果連續(xù)的7(R)個(gè)采樣點(diǎn)中滿(mǎn)足(2)式和(3)式的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)小于4，那么保護(hù)不跳閘;如果連續(xù)的7(R)個(gè)采樣點(diǎn)中有4個(gè)點(diǎn)t足(2)式和(3)式，此時(shí)處于保護(hù)的模糊區(qū)，那么啟用常規(guī)相量比例制動(dòng)判據(jù)進(jìn)行判別。
三、線路電容電流的補(bǔ)償和CT飽和的檢測(cè)閉鎖
對(duì)于CT飽和的檢測(cè)目前有許多方法，有諧波檢測(cè)法、同步識(shí)別法、波形比較法、自適應(yīng)阻抗識(shí)別法，由于我們是直接利用采樣值進(jìn)行判斷的，所以我們采樣波形識(shí)別法來(lái)判斷是否是外部發(fā)生故障引起CT飽和的，方法如下：當(dāng)差流出現(xiàn)后，檢測(cè)一下差流出現(xiàn)前一段時(shí)聞(故障發(fā)生后)內(nèi)各端電流的方向，如果是內(nèi)部故障，那么這段時(shí)間內(nèi)個(gè)端電流采樣值的方向應(yīng)該大多數(shù)(比如有3個(gè)或以上采樣點(diǎn))一致，而如果是外部故障那么這段時(shí)間內(nèi)個(gè)端電流采樣值的方向應(yīng)該大多數(shù)相反，這樣就可以檢測(cè)出由外部故障引起的CT飽和，防止保護(hù)誤動(dòng)作，同時(shí)我們采樣的判據(jù)是制動(dòng)特性的，他本身也具有一定的抑制CT飽和的作用一
四、差動(dòng)保護(hù)中的數(shù)據(jù)通信和各端采樣同步
因?yàn)槭抢脤?zhuān)用光纖作為通信的媒介，通信可靠性高，通信路由不變，因此利用采樣時(shí)刻調(diào)整法來(lái)實(shí)現(xiàn)線路各端的采樣同步，由主站在發(fā)出同步調(diào)整命令，主站在厶，，時(shí)刻向從站發(fā)送一幀計(jì)算通道延時(shí)td的命令信息，從站收到后將命令碼和從接收到命令到發(fā)出響應(yīng)信息的延時(shí)時(shí)間“，回送給主站，主站在t，時(shí)刻收到從站發(fā)來(lái)的響信息，由于兩個(gè)方向的信息傳送是通過(guò)同一路徑，可認(rèn)為主站到從站和從站到主站兩個(gè)方向的傳輸延時(shí)時(shí)間相同，主站可以根據(jù)從站的響應(yīng)信息和自己的時(shí)間信息計(jì)算出通道延時(shí)時(shí)間。
(4)主站計(jì)算出通信通道的傳輸延時(shí)時(shí)間后，時(shí)刻把通信通道的傳輸延時(shí)時(shí)間刪乏送給從站，從站根據(jù)收到主站發(fā)來(lái)信息時(shí)的時(shí)刻主站發(fā)來(lái)的傳輸延時(shí)時(shí)間信息，可以計(jì)算出在主站幻時(shí)刻從站所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為(tcrO，從而可以計(jì)算出主站采樣時(shí)刻與從站采樣時(shí)刻的時(shí)間差。
(5)為從站收到主站信息時(shí)最近的采樣時(shí)刻。當(dāng)主從站的同步調(diào)整完成后，就可以傳送采樣數(shù)據(jù)了。
五、保護(hù)的硬件設(shè)計(jì)方案
在硬件的設(shè)計(jì)上可以采用單CPU或雙CPU。線路差動(dòng)保護(hù)裝置除了完成保護(hù)計(jì)算和故障判斷功能之外，還要實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)各端之間的電流數(shù)據(jù)交換。因此相對(duì)于一般的線路微機(jī)保護(hù)來(lái)說(shuō)，完成的功能要多一些。對(duì)于整個(gè)保護(hù)裝置的要求是：計(jì)算速度要快，比較多的輸入和輸出控制用I/O口以及通信接口。
根據(jù)以上分析，宜采用雙CPU方案，擬采用Intel 8051和80C196KB，其中8051完成通信功能，80C196KB完成保護(hù)的計(jì)算判斷功能。硬件設(shè)計(jì)方案可以在已有成熟產(chǎn)品的硬件平臺(tái)上略加修改來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此就不多作探討了。
輸電光纖的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)其差動(dòng)保護(hù)研究具有深遠(yuǎn)的價(jià)值，文章只是基于設(shè)計(jì)角度對(duì)輸電光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行分析，在具體的保護(hù)技巧和方法方面沒(méi)人作較為詳細(xì)的分析，所以有待進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)踐總結(jié)。
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