光纤差动学习笔记
8> 针对输电线路的纵联差动保护，本文提出了制动曲线平移结合闭锁保护一段时间的解决方案：主要包含以下三个方面：
? ? ? ?
保护的闭锁
考虑到CT保护暂态分量中含有大量的2次谐波，利用2次谐波制动以防止差动保护误动。主要考虑暂态饱和。时间比较短 制动特性曲线平移
制动特性曲线恢复 ，恢复的快慢与负荷电流的大小有关。
3、TA饱和的判据
TA的特性是：电流幅值比较小的情况下，电流的误差比较小。因此，差动保护的动作区也比较大；在电流幅值比较大的情况下，误差也比较大，为了防止误动，差动保护的动作区也应该比较小。这也是，为啥 差动保护设分段的原因。
wXH-803 采用短数据窗和分段波形积分法相结合的抗TA饱和方法【用于线路差动保护的电流互感器饱和判据，李瑞生等】。采用检测到区外饱和自动提高动作门槛的方法。检测到饱和采用C号动作区；直流分量衰减结束后动作范围是D动作区。再配合时间延迟应该问题解决。同时再配合反时限动作门槛及制动系数。
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瞬时动作的特性使差动保护更多地受到短路暂态过程的影响，采用较大的制动系数将会降低保 护的灵敏度。考虑到TA饱和的随机性，为既不降低内部故障时保护的灵敏度，又能克服TA饱和的 不利影响，在判据中增加对外部故障引起TA饱和的检测算法。
由于TA线性传变区的存在，在短路刚发生的很短时间内，TA是未饱和的，因此对于区外严重 故障，差流出现时刻和故障发生时刻之间存在较明显的时差，而对区内故障，二者是基本同时的， 因此检验时差就可以判断TA饱和。
装置在检测到TA饱和后对差动保护实施闭锁，同时，也考虑到饱和后故障可能发展到区内的 情况，采用波形识别技术，能快速开放保护，以便区外转区内的故障情况能够正确动作。TA饱和不 闭锁稳态量差动的差流速断部分。
4、同步调整
对于数字式纵差保护，其原理虽简单，但对两侧的数据要求较高，其中最重要的是两侧数据必须为“同时刻”，即数据的同步问题。目前常用的解决方案有以下几种：1）采样数据修正法；2）采样时刻调整法；3）GPS同步法；4）参考相量同步法。
其中，前两种解决方案都是基于数字通道收、发延时相等的“等腰梯形算法”（即为乒乓算法）。但具体处理方法又各有不同：
对于采样数据修正法，线路两侧保护不分主从，地位相同，各自独立，自由采样。两侧保护对每一帧接收数据都要进行“梯形算法”，求出两侧采样偏差角并根据计算结果对接收数据进行扭转，以达到两侧数据的“同时”的目的。该方法的主要优点是两侧装置各自独立，自由采样，但对每帧数据都要进行数据修 共 21 页 第 7 页
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正的处理方法不适用于自愈型光纤通道或可变光纤通道，并且电网频率的变化会影响其修正精度。
对于采样时刻调整法，线路两侧一主一从，主站为参考端，自由采样；从站为同步端，通过“梯形算法”可计算出主站的采样时刻，并按主站的采样时刻调整自己的采样时刻，达到两侧数据同步的目的。由于两侧装置保护系统硬件时钟（晶振）的相对漂移，两侧采样时钟会逐渐失去同步，为此要不断的调整两侧的采样时刻。时刻调整虽然可采用分步渐变法调整，但会造成采样间隔的不均匀，而且要涉及硬件时钟的操作，极不方便。其优点是不必对每帧数据进行调整，一定程度上可适用于自愈环网或可变光纤通道。
后两种方法则是独立于光纤通道，这是他们的优点。GPS同步法依赖于GPS对时，可以达到相当高的精度，但受到自然环境和社会环境等因素的制约，并且需要相应的硬件支持，由于继电保护装置的特殊性，该方法不能作为保护装置唯一的同步方法。参考相量法受输电线路参数和电气量测量误差的影响，其精度不能得到保证。
本保护采用采样序号调整法，它与采样数据修正法、采样时刻调整法一样是基于数据通道的一种调整方法，但克服了它们的缺点，同时又集中了它们各自的优点。其主要特点：线路两侧保护装置以同频率自由采样，并对每一次采样标注一个采样序号；两侧装置仍一主一从，从侧以主侧为参考端进行同步，但只调整采样序号，并不调整采样时刻。该方法简单易行，但对采样频率有一定的要求，同步精度与采样频率有关。
1） 确定通道延时td
如图3.6，同步端上电后在t1时刻向参考端发同步命令，当参考端收到同步命令时，在最近的一个采样时刻向同步端发送参考信息，t为参考端收到同步命令距向同步端发送参考信息时间，同步端在t2时刻收到信息。
则有：td??t2?t1?t?2，一直计算到TD为一恒定值并记忆。
t(主）参考端td（从）同步端t1tdt2
图3.6确定通道延时td
2）确定同步端采样序号
当td稳定后，同步端即可进行采样时刻计算并进行调整，由图3.7可知，t3时刻为对侧采样时刻，而t2?t3就是通道延迟td，图3.7中T为采样间隔，有以下关系：
td=nT+?t(n=0，1，2，??..) 即 ?t=td-nT(n=0，1，2，??..)
图3.7中，n=2，参考端Mi采样序号与同步端Ni采样序号为同步采样序号，参考端采样序号Mi+2采样序号与同步端t2时刻收到信息最近的Ni+2采样序号为同步采样序号。
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tMi(主）参考端Mi+2?ttd（从）同步端t1t3图3.7确定同步端采样序号
3）同步校准
当两端进入同步采样以后，若没有通道切换，造成两侧采样同步误差的主要原因是晶振漂移引起，为缓慢的非突变的过程，因此没有必要也不可能对同步端采样时刻进行时时调整，但对它进行时时检查是必要的，也是简而易行的。当通道切换到迂回通道时，通道延时也会有一个相应的变化，重新计算td，通道稳定后进入正常的同步校准。
考虑到适应自愈环网或可变通道的工作方式，两侧数据的传输延时可能不一致，带来同步角差，保护采用自适应算法进行在线分析，发现收、发通道传输延时不一致时进行同步修正。在此引入一个“偏离角”
Nit2Ni+2
?概念，当?小于2°时，再启动同步调整，消除?。
如图3.8，当通道不变化时（td为恒值），进行校准检查，两侧的第Mi与Ni个点应对齐，误差为?。图3.7中实线表示滞后对侧，虚线表示超前对侧。 对侧采样时刻
t3=(t2-t1－t)/2
?可通过以下方法求出：
令?t1=t3-t1，则有?=?t1-nT (n=0，1，2??.) 当?的绝对值大于2?时，应调整下一采样序号
当通道突然改变时，通道延时也会有一个相应的变化，此过程不校准，在通道稳定后，重新计算td，并进入正常的同步序号调整。
tMi(主）参考端Mi+2td（从）同步端t1?t1Ni+2t2t3?Ni
图3.8同步校准
5 误码监测
差动保护接收到的每一帧数据都需经过长16位的CRC检验，错误数据舍弃，并认为本帧数据误码。如果误码帧数达到一定值时，将给出通道异常告警报文信息，表示通道不可靠。通道误码严重或通道中断时，将给出通道异常告警中央信
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号，保护将被闭锁。通道恢复后，差动保护自动投入。
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为保证通信可靠性，对通信状态的监视和处理主要包括以下几方面： 1)每帧数据进行CRC校验（由硬件实现）及代码和校验，错误则舍弃；
2)每秒进行错误帧统计，错误帧数大于一给定值时，将上一秒认为通信异常，通信异常延续10s认为通道失效，通道失效之后闭锁差动保护，一旦通信恢复，自动恢复保护；装置自动统计数据传输的误码率，当其达到一给定值（10）时，报自检信息“E108光纤通道异常”；
3)通信为恒速率，每秒钟收到的帧数为恒定，如果连续丢失帧数大于给定值，认为通道中断；通道中断时闭锁差动保护，一旦通信恢复，自动恢复保护；通道中断持续100ms报自检信息“E107光纤通道中断”； 4)对装置内同样经由数字通信通道传送的开关量信息，采用专门的互补校验处理以进一步提高其传送的可靠性。
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6通信数据帧格式
保护装置每隔一定时间(相隔5ms)向对侧保护装置发送采样数据，通信数据帧格式如表3.1所示，采用64kbit/s同步串行数据通信，5ms可以传送40个字节，实际通信数据帧传送28个字节，具有30％的裕
度。表3.1 通信数据帧格式（共28个字节）
帧头 本侧小序号 本侧大序号 命令* 起始序号 对侧小序号** 采样时差** 1字节 1字节 2字节 模拟量 本侧信息 远跳命令 CRC 2字节 2字节 1字节 1字节 2字节 2字节 2字节 12字节 7 快速变数据窗相量算法及传送
由于目前提供给电流差动保护的通信速率较低（64kbit/s），如果传送采样值，将浪费大量的数据信
息。而采用传送相量的办法，可将高速采样的丰富信息合成相量传送到对侧，不会额外增加通信的负担，同时也减轻了CPU计算量。然而传统的相量求取方法数据窗较长，影响电流差动保护的动作速度。文献讨论过自适应短窗数字滤波器在WXH－801(2)线路保护的使用，作为短窗方向元件使用。
WXH－803线路保护进一步研究发展了快速变数据窗相量算法，采用每周96点高速采样的数据量，传统数据处理傅立叶计算采用了一种“滑动数据窗”（典型的为半波或全波），而快速变数据窗相量算法是应用采样值作傅氏算法的部分和。变窗算法不需要半周整数倍的数据窗，根据变窗算法计算相量的最小数据窗为四分之一周波。（[46]李瑞生，索南加乐，张克元，等：高压微机线路保护自适应数字滤波器，第八届全国继电保护学术研讨会论文集，xx－xx，北京，2001.03） a)滤衰减分量
[46]
outm??im?im?M2??X
其中
outm为滤波算法的第M个输出
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