分相電流差動(dòng)保護(hù)原理簡(jiǎn)單，不受系統(tǒng)振蕩,、線路串補(bǔ)電容,、平行互感、系統(tǒng)非全相運(yùn)行,、單側(cè)電源運(yùn)行方式的影響,，差動(dòng)保護(hù)本身具有選相能力，保護(hù)動(dòng)作速度快,，最適合作為主保護(hù),。近年來(lái),，光纖技術(shù)、DSP技術(shù),、通信技術(shù)、繼電保護(hù)技術(shù)的迅速發(fā)展為光纖電流差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用提供了機(jī)遇,。隨著通信技術(shù)的向前發(fā)展和光纖等通信設(shè)備的成本下降,，超高壓線路光纖電流差動(dòng)保護(hù)將會(huì)更廣泛的使用。目前國(guó)內(nèi)外大公司相繼推出了新的光纖電流差動(dòng)保護(hù),，國(guó)外公司如GE公司的L90, ABB公司的REL561,、東芝公司的GRL-100、阿爾斯通的P554等,，國(guó)內(nèi)公司南瑞公司的RCS—931,、四方公司的CSL—103、國(guó)電南自的PSL-603等各有其特點(diǎn),。
    2000年許繼電氣公司推出基于32位DSP所研制開發(fā)的WXH-801/802微機(jī)線路保護(hù),在姚(孟)－鄭(州)線,、江(門)－茂(名)線等7條500kV線路運(yùn)行良好。但一直沒(méi)有與之配套的光纖電流差動(dòng)保護(hù),。WXH-803數(shù)字式光纖電流差動(dòng)保護(hù)就是許繼電氣為800系列配套開發(fā)的光纖電流差動(dòng)保護(hù),。

1  光纖電流差動(dòng)保護(hù)通信插件設(shè)計(jì)
    保護(hù)CPU采用TI公司的DSP數(shù)字信號(hào)處理器C32系列，完成16位A/D采樣,、數(shù)據(jù)計(jì)算,、故障判別等功能。通信CPU完成主從定位,、數(shù)據(jù)收發(fā),、采樣同步調(diào)整、同步校準(zhǔn)功能,、通道檢測(cè)等功能,。保護(hù)CPU和通信CPU之間通過(guò)雙口RAM完成并行數(shù)據(jù)交換，如圖1,。接收數(shù)據(jù)時(shí),，光收發(fā)模塊傳來(lái)64Kb/s的同步串行數(shù)據(jù)，先把它變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)送至通信CPU,，完成對(duì)數(shù)據(jù)的檢錯(cuò),、同步計(jì)算后，將正確的帶有同步信息的數(shù)據(jù)通過(guò)雙口RAM送給差動(dòng)CPU插件,。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),，通信CPU把差動(dòng)CPU插件傳來(lái)的采樣數(shù)據(jù)變?yōu)?4Kb/s同步串行數(shù)據(jù)送至光收發(fā)模塊，由光收發(fā)模塊將串行數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào),，通過(guò)光纖通道傳送,。

    差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)交換的是數(shù)字信號(hào),通道采用專用光纖或復(fù)接PCM(微波或光纖通道)數(shù)據(jù)接口,。考慮到復(fù)接通信設(shè)備一般是在通信機(jī)房,，離保護(hù)間隔有一定距離,，在通信機(jī)房設(shè)有一個(gè)64kb/s(亦可為2M kb/s)同向數(shù)據(jù)接口與通用PCM設(shè)備相連，采用同步通訊方式,，通信規(guī)約符合CCITT標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于G.703碼型協(xié)議,。保護(hù)間隔內(nèi)的差動(dòng)保護(hù)將數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳送給64kb/s同向數(shù)據(jù)接口。專用,、復(fù)用通信接口示意圖如圖2,、3所示。專用方式下,，發(fā)送數(shù)據(jù)采用內(nèi)部時(shí)鐘,，即兩側(cè)裝置發(fā)送時(shí)鐘工作在“主—主”方式下，接收時(shí)鐘采用從接收數(shù)據(jù)流提取的時(shí)鐘,。復(fù)用方式下,，發(fā)送數(shù)據(jù)采用從接收數(shù)據(jù)流中提取的時(shí)鐘，即兩側(cè)裝置發(fā)送時(shí)鐘工作在“從—從”方式下,，接收時(shí)鐘仍采用從接收數(shù)據(jù)流提取的時(shí)鐘,。

2 光纖電流差動(dòng)保護(hù)配置
    WXH-803數(shù)字式光纖電流差動(dòng)保護(hù)裝置采用96點(diǎn)高速采樣、快速變數(shù)據(jù)窗相量算法(以下快速短窗算法),?？焖俣檀八惴ㄔ赪XH-801/2數(shù)字式線路保護(hù)中作為短窗方向元件使用^[1]。變窗算法不需要半周整數(shù)倍的數(shù)據(jù)窗,，根據(jù)變窗算法計(jì)算相量的最小數(shù)據(jù)窗為四分之一周波,。主保護(hù)采用故障分量差動(dòng)、穩(wěn)態(tài)量電流差動(dòng),、零序差動(dòng),，后備保護(hù)由三段式相間距離和接地距離以及六段零序方向保護(hù)(四段零序電流及二段不靈敏零序電流保護(hù))構(gòu)成的全套后備保護(hù)，并配有自動(dòng)重合閘,。
    (a) 故障分量差動(dòng)保護(hù)
  
    式(1)為電流差動(dòng)判據(jù)，式(2)為比率差動(dòng)判據(jù),，兩者同時(shí)成立保護(hù)跳閘,，式中：ΔI_mφ、ΔI_nφ為兩側(cè)相電流的故障分量,，Φ＝A,B,C,， k為制動(dòng)系數(shù)，I_set動(dòng)作門檻,。故障分量電流差動(dòng)保護(hù),，不受負(fù)荷電流的影響,，保護(hù)的靈敏度高，護(hù)耐過(guò)渡電阻能力強(qiáng)^[2,3],。
    (b) 穩(wěn)態(tài)量電流差動(dòng)保護(hù)

    電流差動(dòng)判據(jù)和比率差動(dòng)判據(jù)同時(shí)成立保護(hù)跳閘,，式中： I_mφ、I_nφ為兩側(cè)相電流的故障分量,，Φ＝A,B,C ,，k≤1的制動(dòng)系數(shù)，I_set動(dòng)作門檻,。全電流差動(dòng)保護(hù)利用保護(hù)繼電器測(cè)量的故障電流,，是負(fù)荷電流與故障分量電流的疊加，一般情況下可以滿足靈敏度的要求,，但穩(wěn)態(tài)量電流差動(dòng)保護(hù)存在問(wèn)題,，判據(jù)中未考慮負(fù)荷電流的影響。假設(shè)忽略電容電流的影響,，無(wú)故障及區(qū)外故障兩側(cè)電流大小相等,，方向相反，保護(hù)可靠不動(dòng)作,，負(fù)荷電流不會(huì)產(chǎn)生影響,。區(qū)內(nèi)故障發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻短路，負(fù)荷電流為穿越性電流,，對(duì)兩側(cè)電流大小及相位有影響,，使其朝不利動(dòng)作方向發(fā)展，影響保護(hù)的靈敏度,，即允許過(guò)渡電阻能力有限,，穩(wěn)態(tài)量電流差動(dòng)保護(hù)允許過(guò)渡電阻能力一般不超過(guò)250Ω，不滿足500kV線路允許過(guò)渡電阻能力300Ω的要求^[4],。圖4給出了雙端系統(tǒng)區(qū)內(nèi)發(fā)生單相經(jīng)過(guò)渡電阻短路電壓,、電流向量圖，由于負(fù)荷電流的存在,，使兩側(cè)電流相位變大,，同時(shí)影響兩側(cè)電流幅值，在長(zhǎng)線路重負(fù)荷經(jīng)過(guò)渡電阻情況下,，影響更嚴(yán)重,。若一端故障電流小于負(fù)荷電流,兩側(cè)電流I_m，I_n夾角超過(guò)90°,，導(dǎo)致保護(hù)距動(dòng)^[5],。

    (c) 零序電流差動(dòng)保護(hù)

    電流差動(dòng)判據(jù)和比率差動(dòng)判據(jù)同時(shí)成立保護(hù)跳閘，式中：I_m0 ,、I_n0為兩側(cè)零序電流,，I_0dz為零序電流差動(dòng)整定值,。由于零序分量?jī)H在接地故障存在，亦為故障分量,。區(qū)內(nèi)發(fā)生接地故障：I_m0 ,、I_n0從保護(hù)流向線路，只要達(dá)到電流差動(dòng)判據(jù)門檻,，保護(hù)可靠動(dòng)作,。區(qū)外發(fā)生接地故障：流過(guò)兩側(cè)的電流為穿越性電流，式(5),、(6)均不滿足,，零序差動(dòng)保護(hù)可靠不動(dòng)作。
    (d)三種差動(dòng)保護(hù)的配合使用
    故障分量電流差動(dòng)保護(hù)不受負(fù)荷電流的影響,、靈敏度高,，但存在時(shí)間短，在首次故障使用,。穩(wěn)態(tài)量電流差動(dòng)受負(fù)荷電流及過(guò)渡電阻的影響,，靈敏度下降，可在全相及非全相全過(guò)程使用,。零序電流差動(dòng)僅反應(yīng)接地故障,，接地故障時(shí)故障分量差流和零序差流是相等。零序差動(dòng)不比故障分量電流差動(dòng)保護(hù)靈敏度高,?？稍跓o(wú)法使用故障分量電流差動(dòng)保護(hù)的少數(shù)場(chǎng)合(如故障頻繁發(fā)生而且間隔很短的時(shí)候)彌補(bǔ)全電流差動(dòng)保護(hù)靈敏度不足的缺陷，零序電流差動(dòng)保護(hù)需要100ms左右延時(shí)以躲過(guò)三相合閘不同時(shí)等因素的影響及三相門口短路測(cè)量誤差和暫態(tài)分量引起的計(jì)算誤差^[6],。

3  試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行
    WXH-803數(shù)字式光纖電流差動(dòng)保護(hù)裝置于2002年10月通過(guò)了國(guó)家繼電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的動(dòng)模實(shí)驗(yàn),，2002年11月通過(guò)了華北電科院的數(shù)模試驗(yàn)，于2002年9月在陜西省電力局330kV輸電線路張(村)羅(敷)I線上掛網(wǎng)試運(yùn)行,，該線路全長(zhǎng)97.5公里,，掛網(wǎng)試運(yùn)行線路如圖5。

    該線路配置雙重保護(hù)配置：一套為南瑞公司RCS-931型縱差保護(hù)裝置,； 另一套為日本三菱重工MCD-H PCM 電流差動(dòng)繼電器,。鑒于線路較長(zhǎng)，以上保護(hù)均復(fù)用PCM通道,，保護(hù)室與通信機(jī)房之間采用光纖連接,，在通信機(jī)房設(shè)有專用數(shù)字接口實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換并與通信設(shè)備相連。WXH-803保護(hù)裝置輸出光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸至通信機(jī)房,，在通信機(jī)房經(jīng)過(guò)專用設(shè)備采用PCM復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)與通信設(shè)備的連接，如圖6,。試運(yùn)行期間,，裝置未發(fā)生異常情況,，經(jīng)受三次區(qū)外故障，正確不動(dòng)作,，倒閘操作過(guò)程中,，裝置未出現(xiàn)異常。

    2002年11月在華北電力集團(tuán)公司電網(wǎng)安全穩(wěn)定技術(shù)管理中心數(shù)模試驗(yàn)室進(jìn)行了500kV數(shù)模試驗(yàn),。參加此次試驗(yàn)還有：ALSTOM公司的P544縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù),，南京南瑞繼保電氣有限公司RCS-931A型縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，北京四方繼保自動(dòng)化有限公司CSL-103A型縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù),。由于WXH-803保護(hù)裝置采用快速變數(shù)據(jù)窗相量算法可在保證可靠性的前提下可有效地提高電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度,。驗(yàn)收試驗(yàn)中金屬性故障時(shí)保護(hù)的典型動(dòng)作時(shí)間16－18ms (含出口繼電器時(shí)間)，此算法至少比采用半周算法的保護(hù)快5ms,。圖7是150km小系統(tǒng)中點(diǎn)發(fā)生A相單相接地故障50ms后轉(zhuǎn)換為B相接地故障,，首次A相故障18ms跳A相(短路電流0.9A),轉(zhuǎn)換為B相故障33ms三相跳閘。

4  結(jié)束語(yǔ)
    WXH-803數(shù)字式光纖電流差動(dòng)保護(hù)裝置采用96點(diǎn)高速采樣,、快速短窗算法,、采用故障分量差動(dòng)、穩(wěn)態(tài)量電流差動(dòng),、零序電流差動(dòng)作為差動(dòng)保護(hù)的判據(jù),。經(jīng)過(guò)500kV系統(tǒng)動(dòng)模試驗(yàn)、數(shù)模試驗(yàn)驗(yàn)證及330kV系統(tǒng)掛網(wǎng)試運(yùn)行,，證明了WXH-803保護(hù)裝置可以適用于500kV輸電線路,。