基于32位DSP的WXH-803光纖電流差動保護的研究

光纖電流差動保護是高壓超高壓線路主保護的發(fā)展方向，本文介紹了基于32位DSP所研制開發(fā)的WXH-803數(shù)字式光纖電流差動保護、在500kV系統(tǒng)動模情況及330kV掛網(wǎng)運行情況。該裝置采用96點高采樣率、快速短窗算法，采用故障分量差動、全電流差動、零序差動作為差動保護的判據(jù)，在500kV系統(tǒng)動模中典型動作時間16－18ms。
關(guān)鍵詞：微機線路保護；光纖；電流差動保護；快速短窗算法

Study of WXH-803 Current Differential Protection Based on Fibre-optic

LI Rui-sheng¹,WANG Qiang¹,WEN Ming-hao²,WANG Er-han¹

(1. XJ Business department of Electric protection and automation ，Xuchang , Henan 461000 ;2.Huazhong University of Science and Technology , Wuhan 430074)

Abstract：With the development of tele-communication in power system , current differential protection based on fibre-optic may be development trend for main protection of EHV power transmission line . This paper presents WXH-803 current differential protection system developed with 32-bit DSP , its dynamic simulation test in 500kV system and its tentative running in 330kV power line . The protection relay regards fault component current differential , phase full current differential , zero-sequence current differential as criterions with 96 sample points per power cycle and short-window fast algorithm , spends 16-18ms operating in 500kV dynamic simulation test .
Keywords：microcomputer-based line protection，fibre-optic，current differential protection，short-window fast algorithm

0 引言
分相電流差動保護原理簡單，不受系統(tǒng)振蕩、線路串補電容、平行互感、系統(tǒng)非全相運行、單側(cè)電源運行方式的影響，差動保護本身具有選相能力，保護動作速度快，最適合作為主保護。近年來，光纖技術(shù)、DSP技術(shù)、通信技術(shù)、繼電保護技術(shù)的迅速發(fā)展為光纖電流差動保護的應(yīng)用提供了機遇。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保護將會更廣泛的使用。目前國內(nèi)外大公司相繼推出了新的光纖電流差動保護，國外公司如GE公司的L90, ABB公司的REL561、東芝公司的GRL-100、阿爾斯通的P554等，國內(nèi)公司南瑞公司的RCS—931、四方公司的CSL—103、國電南自的PSL-603等各有其特點。
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微機線路保護,在姚(孟)－鄭(州)線、江(門)－茂(名)線等7條500kV線路運行良好。但一直沒有與之配套的光纖電流差動保護。WXH-803數(shù)字式光纖電流差動保護就是許繼電氣為800系列配套開發(fā)的光纖電流差動保護。

1 光纖電流差動保護通信插件設(shè)計
保護CPU采用TI公司的DSP數(shù)字信號處理器C32系列，完成16位A/D采樣、數(shù)據(jù)計算、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、同步校準功能、通道檢測等功能。保護CPU和通信CPU之間通過雙口RAM完成并行數(shù)據(jù)交換，如圖1。接收數(shù)據(jù)時，光收發(fā)模塊傳來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，完成對數(shù)據(jù)的檢錯、同步計算后，將正確的帶有同步信息的數(shù)據(jù)通過雙口RAM送給差動CPU插件。發(fā)送數(shù)據(jù)時，通信CPU把差動CPU插件傳來的采樣數(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)信號轉(zhuǎn)化成光信號，通過光纖通道傳送。

差動保護兩側(cè)交換的是數(shù)字信號,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)備一般是在通信機房，離保護間隔有一定距離，在通信機房設(shè)有一個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標準中關(guān)于G.703碼型協(xié)議。保護間隔內(nèi)的差動保護將數(shù)據(jù)通過光纖傳送給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)部時鐘，即兩側(cè)裝置發(fā)送時鐘工作在“主—主”方式下，接收時鐘采用從接收數(shù)據(jù)流提取的時鐘。復(fù)用方式下，發(fā)送數(shù)據(jù)采用從接收數(shù)據(jù)流中提取的時鐘，即兩側(cè)裝置發(fā)送時鐘工作在“從—從”方式下，接收時鐘仍采用從接收數(shù)據(jù)流提取的時鐘。

2 光纖電流差動保護配置
WXH-803數(shù)字式光纖電流差動保護裝置采用96點高速采樣、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)變窗算法計算相量的最小數(shù)據(jù)窗為四分之一周波。主保護采用故障分量差動、穩(wěn)態(tài)量電流差動、零序差動，后備保護由三段式相間距離和接地距離以及六段零序方向保護(四段零序電流及二段不靈敏零序電流保護)構(gòu)成的全套后備保護，并配有自動重合閘。
(a) 故障分量差動保護