趙劍松 葛建偉 李文正 董新濤 蘇亞昕 鄧茂軍

摘要：三端線路有其自身結構的特殊性，應用時存在諸多問題?，F針對三端線路區(qū)外故障CT易飽和、三端采樣不同步、故障測距不準確等問題進行了分析，并提出了解決方案。特別是基于故障選相的測距方案，已成功應用于線路保護裝置，通過了國網電科院和開普的RTDS仿真測試驗證，測距結果滿足測距精度要求。

關鍵詞：差動保護;易飽和;采樣不同步;故障測距

1 差動區(qū)外故障問題

目前動模CT飽和線性度最短按3.3 ms進行試驗，因此可利用時差法在3.3 ms內進行區(qū)內外判別，區(qū)外故障CT飽和，判為區(qū)外后會存在差流，由于差流保持，差動不開放，但此時如果再發(fā)生區(qū)外轉區(qū)內故障，由于差流仍然存在，則閉鎖差動，所以需要增加飽和開放判據來解決區(qū)外飽和轉區(qū)內故障時差動保護閉鎖的問題。飽和開放判據需考慮區(qū)外飽和時不誤動，同時區(qū)外飽和轉區(qū)內故障時開放，使差動保護動作。

本文采用了虛擬制動電流的原理，對一個周波內差流采樣24個點，將虛擬0.2倍差流最大值作為制動電流低門檻，虛擬0.5倍差流最大值作為制動電流高門檻，同時統(tǒng)計一個周波內差流大于此門檻值的個數M>N1（低門檻采樣點數），且M>N2（高門檻采樣點數），差動保護開放，否則閉鎖。在有直流分量的情況下，虛擬制動電流的方案可能不開放，因此還增加了微分飽和開放判據，對一個周波內差流進行微分，將虛擬0.2倍的差流微分最大值作為制動電流低門檻，將虛擬0.5倍的差流微分最大值作為制動電流高門檻，同時統(tǒng)計一個周波內差流微分值大于此門檻的個數M1>S1（微分低門檻采樣點數），且M1>S2（微分高門檻采樣點數），差動保護開放，否則閉鎖。判據如下式所示：

式中：Iop（k）為一個周波內每個采樣點的差動電流值;Iopmax為一個周波內差動電流最大值;N1為原始值低門檻;S1為微分值低門檻;N2為原始值高門檻;S2為微分值高門檻。

微分飽和開放判據受高頻分量的影響較大，在有高頻分量的情況下，微分飽和開放判據容易開放，導致差動保護誤動作。對于轉換性的區(qū)內故障或單端電源區(qū)外故障飽和，差流飽和段出現較大間斷角時，上述兩種虛擬制動電流方案和微分飽和開放判據都有可能不開放，因此又增加了差流點差飽和開放判據，此判據如下：

式中：Iop（k）為一個周波內每個采樣點的差動電流值;Iop為計算得到的差流;Ires為計算得到的制動電流;Icd為差動動作定值。

若24個采樣點中滿足式（3）和式（4）判據的點數大于G（門檻值），則差動保護開放，否則閉鎖。

2 同步調整問題

2.1? ? 主從定位

三端線路互聯時，整定三側裝置識別碼，確定識別碼最大的裝置為主側，兩個從側均對主側進行調整，兩個從側之間不進行調整，從而實現三側裝置同步;若三側互聯裝置之間有一對光纖斷鏈，則固定認為兩側光纖通信正常的裝置為主側，若三側互聯裝置之間有兩對及以上光纖斷鏈，則不進行同步調整，差動保護閉鎖。

2.2? ? 乒乓算法

確定主側后，對兩從側裝置進行同步調整，采用采樣序號和采樣時刻調整相結合的方法。對主從兩側裝置采樣序號差進行判斷，若連續(xù)6次兩端采樣序號差固定不變，則認為兩側采樣穩(wěn)定，然后對采樣時刻進行調整。從側裝置根據乒乓算法計算出采樣延時和采樣時刻偏差ΔTs。

如圖1所示，采樣時刻和采樣延時計算方法如下所示：

式中：n2為離從端接收到主端發(fā)送過來的數據幀最近的采樣序號;n1為從端發(fā)送數據幀的采樣序號;t1為從端接收采樣序號為n1的報文時刻與最近采樣序號發(fā)送時刻之差;t2為主端接收采樣序號為n1的報文時刻與發(fā)送時刻的時間差;T為采樣時間間隔。

2.3? ? 采樣時刻調整

對于常規(guī)站裝置，保護CPU計算采樣時刻偏差ΔTs，可通過改變自身的采樣間隔來調整采樣時刻。若0<ΔTs<100，每次將采樣間隔延后1 μs，總共調整ΔTs/1 μs次，可使采樣時刻同步。若ΔTs<0，每次將采樣間隔提前1 μs，總共調整ΔTs/1 μs次，可使采樣時刻同步。

對于智能站裝置，由于合并單元1 s鐘發(fā)送4 000幀數據給過程層NPI插件，一個周波內采樣80個點，保護CPU需對NPI進行重采樣，從80個點抽取24個點進行保護計算。在同步調整過程中，保護CPU和NPI插件需要采樣同步，保護CPU通過FPGA每秒產生一個虛擬同步脈沖，保護CPU和NPI插件均以此脈沖作為采樣序號為0的采樣起始時刻，隨后各自按相同的采樣間隔T進行采樣，這樣就實現了保護CPU和NPI之間的同步采樣。保護CPU計算出采樣時刻偏差ΔTs后，調整方法和常規(guī)裝置一致。

3 故障測距問題

3.1? ? 基于故障選相的故障支路識別

當T接線路發(fā)生短路故障時，如果是單相故障，故障選相結果為單相，此時根據各側零序電壓、電流分量計算T點零序電壓;發(fā)生相間及三相故障時，故障選相結果為多相，此時根據各側正序電壓、電流故障分量計算T點正序電壓故障分量。

式中：Ut0.m、Ut0.n、Ut0.s為從M端、N端、S端計算T點零序電壓;Ut1.m、Ut1.n、Ut1.s為從M端、N端、S端計算T點正序電壓故障分量。

線路正常運行或T點發(fā)生故障時，則三側計算出的T點電壓接近相等。如果某條支路發(fā)生短路，則由故障支路計算出的電壓與由另兩條正常支路計算出的電壓不等。當發(fā)生單相故障時，選相結果為單相時比較式（7）中的ΔUmn、ΔUms、ΔUsn可以得到識別故障支路的條件;如果是多相故障，選相結果為多相，則比較式（8）中的ΔUmn、ΔUms、ΔUsn可以得到識別故障支路的條件。當這3個量最小值為ΔUmn時，判斷故障支路為ST;當3個量最小值為ΔUms時，判斷故障支路為NT;當3個量最小值為ΔUsn時，判斷故障支路為MT。若ΔUmn≈ΔUsn≈ΔUms，則故障點發(fā)生在T節(jié)點，取三值均小于1 V，任兩電壓差為0.5 V，判為T節(jié)點故障。

3.2? ? 基于故障選相的測距方案

故障支路識別出來之后，假設故障發(fā)生在MT分支線路，如圖2所示。

當選相結果為單相時，采用零序分量計算T節(jié)點的零序電壓為：

由N側和S側計算T節(jié)點的電流為：

再由雙端測距方法計算出故障點M側的距離為：

式中：Zmt為線路MT的單位阻抗;Lmt為線路MT的總長度，線路長度整定為線路MN、MS、NS的全長，此時N側和S側計算的距離分別為：

當發(fā)生多相故障，選相結果為多相，采用正序突變量分量計算T節(jié)點的正序電壓：

由N側和S側計算T節(jié)點的電流：

再由雙端測距方法計算出故障點到M側的距離為：

線路長度整定為線路MN、MS、NS的全長，此時N側和S側計算的距離分別為式（12）和式（13）中計算的LNF和LSF的值。

4 動模仿真及測距結果

本方案通過南京國網電科院和開普的動模測試，動模系統(tǒng)仿真如圖3所示。M側和N側裝置為常規(guī)裝置（型號：WXH-813T-G），S側為智能站裝置（型號：WXH-813T-DA-G），MT線路長度為75 km，NT線路長度為75 km，ST線路長度為25 km，測距結果如表1所示。

由表1實測數據，經計算測距最大誤差為0.8%，最小誤差為-0.4%，滿足測距精度2.5%的要求，不管故障點在哪條支路上，經不經過渡電阻，測距結果均滿足要求。仿真測距結果驗證了基于故障選相的故障測距方案的可靠性。

另外還進行了互感器飽和等試驗，區(qū)外飽和轉區(qū)內故障時，飽和開放判據滿足，保護均能可靠動作，區(qū)外故障時，保護不誤動。

5 結語

本文針對T接線路區(qū)外故障CT易飽和、采樣不同步、故障測距不準確等問題，分別提出了降低比率制動系數、增加飽和開放判據、增加同步調整方案、增加基于故障選相的測距方案等方法來解決以上問題。特別是基于故障選相的測距方案，通過動模仿真驗證了測距方案的可靠性。該測距方案對多端線路也同樣適用，首先根據選相結果采用不同的電壓分量進行故障支路判別，然后再進行故障點的測距計算，具有廣泛的應用前景。

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收稿日期：2020-07-22

作者簡介：趙劍松（1985—），男，湖南婁底人，碩士，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護。