姜延軍

（重慶市開縣供電有限責任公司，重慶 405400）

相量值差動保護動作特性曲線上的啟動電流、制動電流拐點值和比率系數(shù)都有其明確的含義，能夠明確整定、準確測量。采樣值差動在一個數(shù)據(jù)窗內(nèi)連續(xù)重復(fù)多次判斷，如果均滿足保護動作判據(jù)，保護動作。由于信號量初相角的隨機性，采樣值差動保護判據(jù)存在很大的模糊區(qū)，模糊區(qū)的存在直接影響了保護的動作精度。采樣值差動保護的定值除了差流門檻定值、比率制動系數(shù)外，還有數(shù)據(jù)窗長度尺和重復(fù)判斷次數(shù)S需要整定。R、S值沒有明確的物理意義，但其值的選取影響動作特性模糊區(qū)的大小。

1 采樣值差動的實現(xiàn)方式

圖1

與常規(guī)相量差動保護類似，采樣值差動判據(jù)一般由折線式制動特性曲線構(gòu)成。其動作曲線如圖1所示。

圖1采樣值差動動作曲線采樣值差動的單點動作判據(jù)如下：

式中：和 為線路本側(cè)和線路對側(cè)的電流瞬時值；為采樣值差動的門檻值；為采樣值差動的制動系數(shù)。

在采樣值差動中，為保證動作判據(jù)的可靠性，通常采用多次重復(fù)判別的方法，即連續(xù)R個采樣點判

別中有不少于S個符合動作條件，則保護動作。其中，R和S的選擇將決定采樣值差動的性能。

目前，部分元件保護裝置中直接設(shè)置了采樣值差動動作判據(jù)，采樣值差動動作則保護直接出口。采樣值差動保護引入線路保護的作用則有所不同，采樣值差動保護的主要目的是防止快速相量差動在TA飽和或采樣值數(shù)據(jù)異常時誤動，因此在線路保護中，可以將采樣值差動動作作為快速相量差動出口的必要條件。因此，在采樣值差動動作判據(jù)的設(shè)計中，必須保證采樣值差動的靈敏度。采樣值差動的主要技術(shù)指標如下：

（1）一般設(shè)置較小，主要是確保差動電流的存在，可以設(shè)置為裝置的有流門檻（一般為0.05In）或按照一次電流大?。ㄈ?20A）設(shè)定；

（2）一般選擇較小，為相量差動保護制動系數(shù)的一半即可，可設(shè)為0.2～0.3。

（3）R和S的選取需要滿足靈敏度的要求。針對保護裝置采用每周期24點采樣的情況，選取原則為：啟動后前半個周期內(nèi)使用"8取5"的判據(jù)；啟動半周期后使用"20取16"的判據(jù)。

采樣值差動保護和常規(guī)相量差動保護同時進行計算，采樣值差動保護動作之后設(shè)置允許快速相量差動（一般動作時間100ms以內(nèi)的認為是快速相量差動）動作標志，該允許標志在采樣值差動復(fù)位之后展寬半個周期。常規(guī)相量差動保護滿足動作條件后，檢查是否存在允許標志，如果存在允許標志，則直接出口；如果允許標志不存在則繼續(xù)等待。允許標志分相設(shè)置，如A相差動保護動作只允許A相快速相量差動保護出口。

采樣值差動保護不影響帶有較長延時的相量保護（一般為100ms以上的保護段），對線路保護而言，即為零序差動保護。具有較長延時的線路零序差動保護，作為對高阻接地故障的最后保障判據(jù)，一般故障特征不明顯，但需要保證足夠的靈敏度，因而不適宜采用采樣值差動元件作為出口的必要條件。就零序差動的抗飽和能力而言，較長的動作延時足以抵消暫態(tài)飽和對零序差動的影響；而同時，零序差動保護所針對的高阻接地故障的特殊性以及動作延時長的特征，很容易采取一些其他的附加判據(jù)增強其對穩(wěn)態(tài)飽和的影響。

2 采樣值差動抗TA飽和

線路差動保護中需要考慮電磁式電流互感器的飽和問題，現(xiàn)有的飽和判據(jù)主要采用時差法，其所依據(jù)的主要原理如下：在短路剛發(fā)生后的很短時間內(nèi)，TA未飽和，因此對于區(qū)外嚴重故障，差動保護動作

時間與啟動時間之間存在時差，而對區(qū)內(nèi)故障，保護的啟動與保護的動作基本同時，因此，通過檢驗時差就可以判斷差動保護是正確動作還是由TA飽和引起的誤動作。通過時差法檢測出TA飽和之后，將閉鎖差動保護一段時間。

通過時差法，能夠有效防止區(qū)外故障引起暫態(tài)飽和時發(fā)生誤動。但在現(xiàn)場運行過程中多次出現(xiàn)如下情況：①在區(qū)外故障發(fā)生的第1個周期互感器并不飽和，但由于剩磁等多方面原因，在故障發(fā)生之后的第2個或第3個周期互感器出現(xiàn)了飽和現(xiàn)象，經(jīng)過一段時間之后互感器恢復(fù)正常傳變，該類飽和仍屬于暫態(tài)飽和；②由于電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，故障電流增大導(dǎo)致部分老的互感器發(fā)生了穩(wěn)態(tài)飽和。傳統(tǒng)的時差法不能檢測出這2類互感器飽和。對于第1類特殊形式的暫態(tài)飽和，線路保護裝置必須加以考慮；對于第2類穩(wěn)態(tài)飽和，傳統(tǒng)的線路保護裝置并未考慮，而是寄希望于電力部門的合理規(guī)劃及更換互感器。對時差法檢測，如果在這段時間內(nèi)再發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，保護會放慢動作速度。因此，有必要應(yīng)用采樣值差動保護對飽和判據(jù)進行適當改進。采樣值差動保護可以有效防止快速相量保護在第1類特殊暫態(tài)飽和情況下發(fā)生誤動，也可以有效抵消穩(wěn)態(tài)保護對差動保護的影響。

采樣值差動的一個突出特點是它不是計算某一數(shù)據(jù)窗的差流值，而是通過多點重復(fù)判別來判定動作與否。利用這個特點，通過合理選擇重復(fù)判別次數(shù)R和S，可以有效抑制區(qū)外故障時TA暫態(tài)響應(yīng)不一致對差動保護的影響。當被保護元件存在外部故障時，可能由于短路電流大而導(dǎo)致TA飽和，從而使傳變到二次側(cè)的電流波形發(fā)生畸變。由于兩側(cè)TA暫態(tài)響應(yīng)存在差異，在二次側(cè)可能得到較大的差流。若采用采樣值差動，則可利用電流過零點附近TA不會飽和、差流很小、不滿足動作條件這些特點，適當選擇S值來躲開不平衡電流，從而避免保護誤動。采樣值差動保護實時進行計算，若啟動一段時間后再發(fā)生飽和，電流過零點畸變小，采樣值差動判據(jù)仍然不動作，可有效防止差動保護誤動；如果區(qū)外飽和轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障，在區(qū)內(nèi)故障時，采樣值差動判據(jù)可靠動作，從而保證了裝置的動作速度不受影響。

2009 年4 月，某變電站內(nèi)線路差動保護裝置在主變充電時差動保護動作，經(jīng)查線路無故障，屬于不正確動作。該保護動作時的波形如圖2所示。

圖2 本側(cè)和對側(cè)電流動作波形

根據(jù)原始數(shù)據(jù)得到各相的差動電流和制動電流如圖3所示。

圖3 差動電流和制動電流波形

通過波形可以看出：從啟動起第2個周期之后，B相和C相明顯存在差動電流，可知由于TA容量不夠，從而導(dǎo)致TA發(fā)生了穩(wěn)態(tài)飽和。

傳統(tǒng)的時差法無法準確檢測出該類飽和，而且依靠制動系數(shù)也已無法確保保護不誤動。通過相量差動保護和采樣值差動保護計算得到的差動電流和制動電流的比較分別如圖4和圖5所示。

圖4 由相量差動保護計算的差動電流和0.6倍制動電流比較

通過仿真計算和分析可知，如果采用采樣值差動作為快速相量差動出口的必要條件，可以有效預(yù)防穩(wěn)態(tài)TA飽和引起的誤動，此時線路差動保護不會誤動作。

圖5 由采樣值差動保護計算的差動電流和0.3倍制動電流比較

3 采樣值差動防數(shù)據(jù)"壞點"

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)字化變電站技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站的一個主要差異是數(shù)字化變電站采用電子式互感器取代了傳統(tǒng)的電磁式互感器。電子式互感器在實際應(yīng)用中受到變電站現(xiàn)場電磁環(huán)境的干擾偶爾會輸出異常數(shù)據(jù)；同時在傳輸過程中，傳輸設(shè)備也有可能在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中，形成異常數(shù)據(jù)（壞點）。在電子式互感器產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)時，應(yīng)采取必要的措施避免保護產(chǎn)生不正確的動作行為。目前常用的方法有：

（1）通過電壓來閉鎖電流相關(guān)保護，電壓閉鎖最大的問題在于電壓判據(jù)門檻值不易選擇，錯誤的整定甚至?xí)?dǎo)致保護拒動。

（2）通過判斷電流波形正負半周期的對稱度來檢測電流是否正常，該方法類似于勵磁涌流的判別方法，將使保護裝置的動作速度變慢。

（3）增加電流波形異常檢測方式，就提到一種方法來實現(xiàn)對電子式TA數(shù)據(jù)的檢測。

對于線路差動保護來說，采樣值差動是處理異常數(shù)據(jù)（壞點）的一種有效手段。根據(jù)電子式互感器的設(shè)計原理和積累的異常數(shù)據(jù)分析，電子式互感器產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)通常包括以下幾種：偶然的單點大

數(shù)，壞點之間不連續(xù)；連續(xù)幾點大數(shù)據(jù)；一直連續(xù)產(chǎn)生大數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)直流特性。

采樣值差動的一個突出特點是它不是計算某一數(shù)據(jù)窗的差流值，而是通過多點重復(fù)判別來判定動作與否。對于每周期24點采樣的線路差動保護來說，即使啟動后前半個周期采用"8取5"的采樣值差動保護，也只有壞5個數(shù)據(jù)才有可能誤動，壞數(shù)據(jù)的概率達到了60%；而啟動半周期后采用"20取16"的采樣值差動保護，必須達到16個壞數(shù)據(jù)保護才可能誤動，壞數(shù)據(jù)的概率需要達到80%。對于數(shù)字化變電站來說，壞數(shù)據(jù)的概率一般不可能達到如此大的比例。

對于一直產(chǎn)生的呈現(xiàn)直流特性的大數(shù)據(jù)，采樣值差動并不能有效避免該類異常數(shù)據(jù)對保護的影響，但可以使用其他方法進行排除。例如：保護采用濾波算法之后，得出的工頻量將很??；或是長時間存在差流閉鎖保護等方法。

在某種程度上，電子式互感器中的異常數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)電磁式互感器中受到電磁干擾后產(chǎn)生的奇異波形（如尖脈沖）類似，采樣值差動也能有效避免傳統(tǒng)電磁式互感器受到電磁干擾后產(chǎn)生的奇異波形對保護的影響。

結(jié)語

采樣值差動保護在元件保護中已有成熟應(yīng)用，將其引入線路差動保護中，作為快速相量差動保護出口的必要條件，將大大提高線路差動保護的可靠性和適應(yīng)性。對于傳統(tǒng)變電站來說，采樣值差動可以提高保護裝置抗TA飽和（特別是穩(wěn)態(tài)飽和）的能力；對于數(shù)字化變電站來說，可以提高抗異常數(shù)據(jù)（壞點）的能力。

[1]馮建勤;宋寅卯 基于電流采樣值的相敏過電流保護 2006-06-30

[2]隋國正 FTU中電流采樣值準確性問題研究2008-09-15