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1.引言

智能變電站的建設充分體現(xiàn)了一次設備智能化和二次設備網絡化的特點。一次設備智能化的重點是電子式互感器和智能斷路器的應用，電子式互感器的應用解決了電流互感器飽和導致差動保護動作行為不正確的問題，加上光纖電流差動保護自身的優(yōu)點，使光纖電流差動保護成為高電壓等級智能變電站輸電線路的主保護。

2.基本原理

光纖差動保護是在電流差動保護的基礎上演化而來，利用專用光纖通道實時地向對側傳遞采樣數(shù)據(jù)，同時接收對側的采樣數(shù)據(jù)，通過計算線路兩端的電流，能簡單、可靠地判斷出區(qū)內、區(qū)外故障。光纖差動保護的原理如圖1所示

圖1光纖差動保護原理

Fig. 1Fiber differential protection principle

設流過兩側保護的電流以母線流向本保護線路的方向為其正方向，則動作電流，制動電流。

    （式1）

   （式2）

式中：Idq為差動繼電器啟動電流；Kr為比率自動系數(shù)。同時滿足上述兩個條件，差動保護動作。比率制動特性如圖2所示。

圖2 比率制動特性

Fig. 2 Ratio braking characteristics

為躲過外部故障不平衡電流，通常還采用比率制動特性原理的電流繼電器，當動作電流與制動電流對應的工作點位于比率制動特性曲線動作區(qū)內，判為區(qū)內故障，差動繼電器動作跳閘。當工作點落在非動作區(qū)內，判為區(qū)外故障，繼電器不動作。

3.同步算法

線路光纖差動保護裝置的一個關鍵性技術就是線路兩側保護裝置采樣數(shù)據(jù)的同步問題。

智能變電站中采用電子式互感器，其輸出為離散的數(shù)字量，通過光數(shù)字信號形式經合并單元傳輸給間隔層保護設備，這個采樣數(shù)據(jù)處理、傳輸?shù)倪^程存在比較明顯的延時，一般為50μs～500μs，有的甚至超過1000μs，這種數(shù)據(jù)采集的延時對差動保護來說是不可忽略的，而且線路兩側的變電站中傳輸給間隔層保護設備釆樣數(shù)據(jù)的合并單元也存在著不同的延時，這給智能變電站線路差動保護兩側數(shù)據(jù)同步帶來新的問題。

對常規(guī)變電站差動保護裝置兩側數(shù)據(jù)的同步，目前已經有了很多種具體實用的方法，由于智能變電站與常規(guī)變電站中差動保護裝置的數(shù)據(jù)采樣的方式已經不同，這些方法已不再適用新的要求，需要改進或者研究新原理的兩側數(shù)據(jù)同步方法。目前國內外主流繼電保護廠家的同步方法不盡相同，但大致可以分為一下幾種方案：采樣數(shù)據(jù)修正同步法、釆樣時刻調整同步法、時鐘校正數(shù)據(jù)同步法、參考相量數(shù)據(jù)同步法、GPS數(shù)據(jù)同步法以及虛擬同步釆樣中斷技術的同步方法等。

智能變電站的線路差動保護裝置采樣數(shù)據(jù)的方式和常規(guī)變電站的線路差動保護裝置采樣數(shù)據(jù)的方式有很大的差別，由于采樣延時的存在，前面介紹的幾種常規(guī)模式下的數(shù)據(jù)同步方式已經不能直接使用。例如:由于IEC-60044-7和IEC-60044-8不允許間隔層設備向合并單元發(fā)送指令，這樣采樣時刻調整數(shù)據(jù)同步法就不能使用了。另外由于智能變電的建設剛剛起步，數(shù)量有限，對于線路兩側數(shù)據(jù)的采集，現(xiàn)在處于多種方式，既有兩側都是常規(guī)方式的，又有全是數(shù)字采集方式的，還有常規(guī)數(shù)字兩者混合的，這就使的本身復雜的數(shù)據(jù)同步問題變得更加復雜。我們必須改進以前的數(shù)據(jù)同步方法或者來用新的數(shù)據(jù)同步方法。

4．基于9-2協(xié)議的插值同步法

9-2協(xié)議中規(guī)定了合并單元輸出的數(shù)據(jù)要通過過程層網絡再輸入到保護裝置，這種傳輸延時是不固定的。智能變電站中的線路差動保護裝置和合并單元都使用相同時鐘信號，輸電線路兩側變電站的時鐘信號可以不相同不同步。

9-2協(xié)議中規(guī)定合并單元輸出的釆樣數(shù)據(jù)幀中含有以下數(shù)據(jù)：

1.釆樣數(shù)據(jù)；

2.電子式電流互感器的額定延時；

3.釆樣標號SmpCnt。

可以利用數(shù)據(jù)傾中的電子式電流互感器的額定延時和采樣標號SmpCnt，得到適用于9-2協(xié)議的智能變電站線路差動保護裝置的插值數(shù)據(jù)同步法。

如圖3所示，設電子式電流互感器的釆樣間隔t_s，輸電線路兩側的合并單元和線路差動保護裝置都有自己的高頻率高穩(wěn)定的晶振進行走時計時。變電站的時鐘源每整秒發(fā)出秒脈沖信號，站內的合并單元和差動保護裝置收到秒脈沖信號的上升沿時，把各自的釆樣計數(shù)器清零，然后按各自自己的晶振走時，并給電子式互感器按一定的采樣頻率發(fā)送釆樣指令，發(fā)送指令后采樣計數(shù)器就加一，合并單元發(fā)給差動保護裝置的數(shù)據(jù)中即含這個釆樣計數(shù)器(Smpcnt)。下面以M側為例來介紹這種方法數(shù)據(jù)同步的處理過程。

將SmpCnt的采樣計數(shù)值設為M₁，那么從合并單元到保護裝置的延時的計算公式如式3：

   (式3)

圖3 基于9-2協(xié)議的插值同步法示意圖

Fig. 3 9-2 schematic synchronization method based on interpolation protocol

M側采樣數(shù)據(jù)從電子式互感器到差動保護裝置之間的總延時為:

     (式4)

M側差動保護裝置在t_m1”時刻收到合并單元的釆樣數(shù)據(jù)后將其發(fā)送給N側差動保護裝置。經過通道延時T_d后N側差動保護裝置在時刻收到M側差動保護裝置發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)幀。再經△t延時后到發(fā)送中斷時向M側差動保護裝置發(fā)送一幀既包含本側的采樣數(shù)據(jù)，又包含這個△t和N側采樣數(shù)據(jù)從電子式互感器到差動保護裝置之間的總延時為t_b的數(shù)據(jù)幀。M側差動保護裝置經過T_d通道延時后在t_mr時刻收到N側保護裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，這樣我們可以得出通道延時T_d的計算公式式5:

    (式 5)

將t_n2”對應到N側合并單元和電子式電流互感器的采樣時刻分別為t_n2’、t_n2，對應到M側的差動保護裝置應該為t_mn”時刻，同一個變電站的合并單元和差動保護裝置已經經同一秒脈沖實現(xiàn)時鐘同步，因此t_mn”時刻就是t_mn’時刻，所以M、N兩側的合并單元之間存在的時間差t_α=t_m1’-t_mn’。我們再通過拉格朗日二次插值法，按照t_α的時間值在t_m1’采樣點前、后選取合適的釆樣點數(shù)據(jù)進行插值計算，在M側就能實現(xiàn)兩側采樣數(shù)據(jù)的同步。同理也利用拉格朗日插值法在N側也能實現(xiàn)兩側采樣數(shù)據(jù)的同步。

很明顯該方法既適用于兩側都是9-2協(xié)議智能變電站的線路差動保護裝置數(shù)據(jù)同步，還適用于一側為常規(guī)變電站的線路差動保護。

釆用拉格朗日插值法按基于9-2協(xié)議的數(shù)據(jù)同步法進行輸電線路兩側采樣數(shù)據(jù)的同步，眾所周知，由于插值余項的存在和插值計算過程中本身的計算誤差，導致擬合波形和實際波形肯定有幅值和角度的誤差。這種誤差的多少和采用的插值的次數(shù)有不小的關系。釆用拉格朗日二次插值肯定要比其一次差值誤差小，在實際的工程應用中一般都采用二次插值。

5.總結

本首先介紹了常規(guī)模式下和智能變電站模式下的幾種差動數(shù)據(jù)同步法。分析了智能變電站中的差動保護不能使用常規(guī)模式下差動數(shù)據(jù)同步方法的原因。其次分析了適合于9-2協(xié)議的拉格朗日插值數(shù)據(jù)同步方法，并對其計算誤差對進行了探討，結果說明拉格朗日二次插值法能滿足智能站9-2協(xié)議下的差動保護同步計算誤差的要求。本文的設計就是使用以上方法，并驗證其是滿足現(xiàn)場要求的。

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作者簡介：1、陳新美（1970-），女，河南許昌，主任檢測工程師，主要從事繼電保護標準的研究；