（电气工程专业论文）三端线路光纤差动保护及其相关问题的研究.pdf

a b s t r a c t t h ed i s p e r s e dp h a s ec u r r e n td i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o ni sas i m p l e p r i n c i p l ea n di m m u n et ot h ei n f l u e n c eo fp o w e rs y s t e mo s c i l l a t i o n ，s e r i e s c a p a c i t a n c e ，d o u b l e1 i n e sm u t u a li n d u c t a n c e ，t w op h a s eo p e r a t i o na n d s i n g l ep o w e rs u p p l ys y s t e m t h ep r o t e c t i o nh a sf a u l tp h a s ec h o i c ea b i l i t y a n ds h o r to p e r a t i o nt i m e s oi tiss u i t a b l ef o rm a i np r o t e c t i o n o p t i c a l f i b e rp i l o td i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o nw i l lb e a d o p t e dw i d e l y o nu t t v t r a n s m i s s i o n1 i n ew i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n d t h ec o s tr e d u c t i o no fc o m m u n i c a t i o nd e v i c es u c ha so p t i c a lf i b e re t c t h i sd i s s e r t a t i o ns o l v e ss e v e r a lp r o b l e m sa sf o l l o w s ： ! h ! 金金! 金! 里i 娶垒! 曼y n 曼b ! q 盟i 圣垒主i q n 鱼j 望璺主里皇卫主 i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，p r o t e c t i o nt e r m i n a l si n s t a l l e do nt h r e ee n d s o fl i n e sf r e e l y s a m p l ee x t e r n a l a cs i g n a l sw i t ht h es a m e s a m p l i n g f r e q u e n c ya n ds i m u l t a n e o u s l ya t t a c has a m p l es e q u e n c en u m b e rf o re v e r y s a m p le b ya d j u s tin gs a m p les e q u e n c en u m b e rb u tn o ts a m p leti m e ，t h e s c h e m ec a ns i m p l ya c h i e v es a m p l i n gs y n c h r o n i z a t i o no ft h r e et e r m i n a l s a f t e rf i n d i n gt h ec o r r e s p o n d i n gs a m p l es e q u e n c en u m b e r ，a d j u s ti t sv e c t o r c h a r a c t e r i s t i c so ft h r e et e r m i n a l sd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n m a s t e r m a s t e ra n dm a s t e r s l a v ea r et h et w om o d eo ft h r e et e r m i n a l s d i f f e r e n t i a lp r o t e c t i nm a s t e r m a s t e rm o d et h et h r e et e r m i n a ld e v i c ec a n t r i pi n d e p e n d e n t s i nm a s t e r s l a v em o d e ，o n l yt h em a s t e rt e r m i n a ld e v i c e c a nt r i p ，t h et w os l a v ed e v i c et r i pa f t e rt h em a s t e rh a v ed o n e t h et h r e e t e r m i n a l sd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o nc a ne a s yc o m p a t i b l et w ot e r m i n a l s t h r e et e r m i n a ld is t a n c em e a s u r i n g m a k i n gf u l l yu s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft r a n s m i t t i n gv o l t a g ea n d c u r r e n t s p h a s o r so fo p p o s i t e s i d eo f p h a s e s e g r e g a t e d c u r r e n t d i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o nr e l a y s ，t h ed i s s e r t a t i o ne m p l o y sat h r e et e r m i n a l d i s t a n c em e a s u r i n gt e c h n i q u ea n da c c u r a t e l yd e t e r m i n e st h el o c a t i o no f f a u l tp o i n t s t h i s s c h e m eh a sb e e na p p l l e do nd f 3 3 2 0 e td i g i t a lt r a n s m i s s i o n1 i n e p r o t e c t i o n t h ef e a s i b i l i t ya n da d v a n t a g eo ft h i ss c h e m ew a sv e r i f i e d b yt h er e s u l t so n1i o k vs y s t e mm o d e lo fd y n a m i cm o d e l i n gt e s ti nn a t i o n a l c e n t r ef o rq u a l i t ys u p e r v i s i o n t e s t i n go fr e l a ye l e c t r i cp o w e rr e s e a r c h i n s t i t u t e t h er e l a y ss u c c e e d e di nr u no n6 6 k vs y s t e m k e y w o r d s ：t h r e et e r m i n a lli n e ，t h r e et e r m i n a ls y n c h r o n o u ss a m p li n g ， c o n f i g u r a t i o no ft h r e et e r m i n a lc u r r e n td i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：丝韭 日期：竺：皇：! ：塑 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：主鸥师签名：壶匿磊e l论文作者签名：乏兰鲶师签名：盘隘差蕉 期：旦：皇! 堡竺 山东大学硕士学位论文 1 1 概述 第一章引言 城网中短线路和短线路群，超高压同杆并架双回线、串补电容线路、分支和 多端线路不断出现，给继电保护带来一些新问题【6 】【7 】。常规线路保护装置由于 存在受运行方式和系统振荡影响大、定值整定配合困难等多种原因难以满足城网 建设的要求，借助于光纤或微波数字通道交换两侧数据的分相电流差动保护原理 简单，克服了常规线路保护的缺陷，是城网中各电压等级线路的理想保护。随着 光缆通信材料价格的下降，光纤直连线路成为可能，新建的电力线路光纤多为同 步架设；电力通讯同步网络( s d h 和p d h ) 的发展和普及也为分相电流差动保护 的大规模应用提供了充足的通道资源，分相电流差动保护是将来保护发展的必然 趋势【1 】 2 1 】。 近年双端线路差动保护得到了迅速的应用，但针对分支和多端线路的光纤差 动保护应用较少，多端保护也有一些问题需要解决，如多端同步、多端差动保护 方案配置、多端与双端的平滑兼容、多端测距等，本文对线路差动保护相关问题 阐述，给出一种三端线路差动保护的方案。 1 2 电流差动保护发展史 电流差动保护的原理是在2 0 世纪初提出的，迄今为止，已约有9 0 年的历史。 由于其原理简单可靠而被广泛的用作电力系统的发电机、变压器、母线和大型电 动机等元件的主保护。电流差动保护的原理在电力线路上的应用，最早就是传统 的导引线保护【1 7 】，鉴于导引线的敷设距离限制和导引线中的过压问题，它只可作 为高、中压电网中的短距离输电线路的全线速动主保护。对于中、长距离的输电 线路，由于难以传送对端的电流，因而在相当长的时间内，难以应用电流差动保 护原理。随着微波通信技术、光纤通信技术的发展及其在电力系统通信中的逐渐 应用，先后出现了输电线路的微波电流差动保护和光纤电流差动保护2 】 2 5 】【2 6 】。 在国外2 0 世纪8 0 年代有很多相应的科研报告发表【1 0 jf 1 9 1 【2 引，如日本7 0 年代就 有分相电流差动微波保护。我国也较早的开展了输电线路的分相电流差动微波保 1 山东大学硕士学位论文 护的研究，1 9 7 9 年就有相应的科研报告发表【2 4 1 。这一阶段，主要是研究采用频 率调制方式的模拟式电流差动微波保护。进入8 0 年代，日本出现了采用p c m 调 制方式的数字式电流差动微波保护【1 3 】。8 0 年代末以来，g e 公司和a b b 公司也 相应研制出各自的数字式电流差动微波保护【3 5 】d 6 】。我国于8 0 年代末开始研制数 字式电流差动保护，w x h 1 4 型高压线路微机微波电流差动保护装置于1 9 9 4 年 研制成功并通过鉴定。由于光纤通信在电力通信系统的使用较少，需为光纤电流 差动保护敷设专用光缆，所以光纤电流差动保护通常用于短距离输电线路。近年 随着我国电力通信设备的发展，以及直连电缆的大量铺设数字式电流差动保护在 输电线路主保护中应用越来越多【2 1 1 。 目前国内外各大公司都相继推出了各自的纵差保护装置，国外产品有g e 公 司的l 9 0 、a b b 公司的r e l 5 6 1 、东芝公司的g r l l 0 0 、等；国内产品有许继的 w x h - 一3 5 、南瑞公司的l f p ( r c s ) 9 3 1 、四方公司的c s 卜1 0 3 、国电南自 的p s l - - 6 0 3 、东方电子的d f 3 6 2 0 等。 1 3 电流差动保护相关问题 电流差动保护应用至今，大多问题已有成功的解决方案；随着电压等级的升 高、输电容量及输电距离的增大，多端线路的出现，分相电流差动保护需研究以 下课题： 1 ) 电流差动保护原理及判据特性研究； 2 ) 线路输送容量大，对保护动作快速性的要求； 3 ) 长线路、重负荷、电流互感器变比大，二次电流小对保护的影响； 4 ) 适应于长、短线路及双、单电源等各种系统； 5 ) 识别t a 断线、t a 饱和； 6 ) 研究线路分布电容的影响，高阻接地灵敏性问题； 7 ) 多端采样同步调整； 8 ) 双端、多端测距问题： 2 山东大学硕士学位论文 1 4 论文主要工作及取得的成果 本文对线路差动保护相关问题进行了阐述，给出了三端线路差动保护的方 案。重点对三端同步方案、三端保护配置方案、三端测距进行了分析。上述方案 成功地应用于d f 3 3 2 0 e t 三端线路电流差动保护装置中，具有很高的参考价值。 文章最后介绍了d f 3 3 2 0 e t 三端线路电流差动保护装置动模试验情况，给出了试 验结论。 3 山东大学硕士学位论文 第二章电流差动保护原理与实现技术 2 1 电流差动保护原理及判据 输电线路电流差动保护是多端相量电流的加减，电流的正负与t a ( 电流互 感器) 极性的位置密切相关，电流差动保护常用的主要有：全电流差动保护、零 序电流差动保护、突变量差动、负序差动等，本文主要论述全电流差动和零序差 动保护： 2 1 1 全电流差动保护 “全电流的含义为：保护判椐中的电流是故障电流及负荷电流的叠加，即 二者的相量和，而且该电流是正、负、零序电流的叠加( 如果正、负、零序电流 都有的话) 。 全电流差动保护跚川蚓含有主判据( 又称为比率制动差动元件) 及辅助判据 ( 又称为差动启动元件) ，二者构成“与”门出口。 2 1 1 1 全电流差动保护主判据的动作方程 主判据( 比率制动差动元件) 的动作方程有两类： 1 ) 动作特性为通过坐标原点的直线 = 卜+ 叫，k = 卜一i ，2 ( 2 - - 1 ) 动作方程：lop凹朋(2-2) s i 。= i d p ，甜( 2 - - 3 ) 输电线路两侧t a 的正极性端都位于母线侧时，式2 1 ，式2 2 表达的 动作方程才正确。 式中，肘、，j v 为输电线路两侧的电流，见图2 1 ，两侧t a 的正极性端位于 母线侧，当， f ( 或者i , v ) 自母线流向线路时为正值，当，材( 或者，) 自线路 侧流向母线时为负值。 差动电流； 5 山东大学硕士学位论文 l 制动电流； s 制动系数； s = k 门鹤= t 醇 耐差动电流的动作值，s 是人为地整定值，而l o p 删具有自适应性能，它 自动随匕的变化而变化。 mn mn 图2 1系统网络图 c a ) 差动保护区内短路；( b ) 差动保护区外短路或正常运行 差动保护主判据为a 、b 、c 三相式，组成“或门，每相的动作方程都按 式2 1 ，2 2 。 当差动保护区内故障( 包括相间短路和接地短路) 时，见图2 1 ( a ) ，短 i ，l 路相的全电流，肘、，都由母线流向线路，它们本身都为正值。l o p = i 如+ 凡l 为 短路相两侧来的短路电流向量和的绝对值，其值很大，k = l i m - i , i 2 小， 凹。( s 通常整定为小于1 ) ，短路相的继电器动作。 当差动保护的区外故障或正常运行时，见图2 一l ( b ) ，差动电流 1 i i l o p = l l + ( - i ) l = l 凡- i i 0 ( 理论上) ，实际上为不平衡电流。不平衡电流指 两侧t a 二次侧电流的向量差的绝对值，因两侧t a 误差特性不完全相同及电容 电流影响，故有一个不平衡电流，l 。值随外部短路电流的增大而增大；制 动电流乇= l 一，- i 2 = i l = l ，k = 的物理意义：区外故障或正常运行 时，两侧的t a 一次侧电流是相等的一个电流，而两侧t a 二次侧电流的大小相 6 山东大学硕士学位论文 等相位相反( 假设两侧的t a 变比误差、角度误差相等) ，所以t a 二次侧的 l = 毛，为穿越性的短路电流或负荷电流，其值很大，0 k 时动作方程为：+ s 一k ) ：( 2 - - 4 ) 这种差动保护主判据在l 一乇坐标平面上的动作特性为折线，见图2 - - 3 所 示，折线以上( 阴影部分) 为动作区。 7 山东大学硕士学位论文 i r e s o s i r e s o ) 2 i o p s e t 图2 - - 3全电流差动保护第二种主判据的动作特性( 折线) 式2 - - 4 中，为差动保护电流的最小动作电流整定值，k 为折线拐 点的制动电流整定值，其他符号意义同前。k o 、k o 、s 三值由运行人员整定。 0 p i 。p o 0 一i r e s o ) = l p s e t k m a x 图2 - - 4 差动保护特性匹配关系曲线 区外短路时，0 = l 6 ( 不平衡电流) 、k = 五( 区外短路时的短路电流) 。 l 6 随l 的增大而增大，当然不是正比关系，其示意图见图2 4 中的曲线。为 了保证外部短路最大短路电流m 瓤时差动保护可靠不动作，必须保证保护的动 作特性直线( 图2 - - 2 ) 或折线( 图2 3 ) 能较好的匹配l 柚曲线而且在l 6 曲线 之上，高出一个可靠系数，= 1 3 1 4 ，即图2 - - 4 中的a 点应一定在b 点 之e 。 8 山东大学硕士学位论文 由图2 - - 4 可见，保护的动作特性折线匹配l 6 曲线的性能优于保护动作特 性直线匹配曲线的性能；而且，整定s 值不同，保护特性折线的s = t g d 不 同，但不影响o ，k 的值，即不影响保护在负荷电流时的性能；保护动作特 性直线的s = t g c c 不同，影响保护在负荷电流时的性能。所以，保护特性折线优 于保护特性直线，当前折线型的差动保护被广泛采用，国内各大厂家的发电机、 变压器、大型电动机的保护几乎都是折线型的，线路电流差动保护采用折线型或 直线型都可以。 以下分析o 、k 、s 三值的整定计算( 以下各电流为t a 二次侧的电流， 为书写方便，t a 的变比都省去了) ： ( 1 ) k = o 8 1 1 i n( 2 5 ) i n 为输电线路的额定电流，如此整定k o 可保证在负荷电流情况下保护差动电流 的动作值为k 常数。 ( 2 ) 厶p o = 砖以。钿= z l ( 2 - - 6 ) 式中，可靠系数，= 1 3 ； l 。丘刀额定负荷电流时的差动不平衡电流； z 电流互感器t a 在额定电流时的变比误差，对于5 p 级的t a ， z _ 2 掌0 0 1 ( 两个t a ，一个误差为0 0 1 ，另一个为一0 0 1 ) ，对于1 0 p 级的t a ， f = 2 * 0 0 3 。 ( 3 ) s 的整定 区外故障出现最大短路电流时的差动电流l 为： 乞= l b m a x = k s ，m 强 ( 2 7 ) 式中， 一区外故障时的最大短路电流； z 最大外部短路电流时t a 的变比误差，此时两个t a 变比误差的差 别最大，取z = 0 1 ( 一个t a 变比误差为0 0 5 ，另一个t a 变比误差为一0 0 5 ) ； 9 山东大学硕士学位论文 k 盯非周期分量影响系数，差动保护为快速保护，短路初始的电流中 含有大量的非周期分量，但m a x 电流只是短路电流的周期分量，故取 吒m = 1 5 2 o ； k t a 的同型系数，若两侧t a 同型号，颤，= 1 ，若两侧t a 不同型号， 取瓦= 1 1 5 ； 区外故障出现岛卜m x 时，要求差动保护不动作，则要求：卿m 驭 l 曲m 觚，即 ，酣一= k ，l 。6 = k z 如卜m 娃 ( 2 8 ) 式中，可靠系数= 1 3 1 5 。 见图2 5 ，a 点位于b 点之上， s = 彬= l 细a 】【一外一一k 。， ( 2 9 ) 1 譬外m 缸 1 ，野o 上式右侧各项均已知或可算得，故根据上式可以整定s 值，( s 一般为 0 3 0 5 已能满足要求) 。 2 1 1 2 全电流差动保护辅助判据 辅助判据又称为差动启动元件，为了更进一步保证差动保护出口不误动，以 差动主判据与辅助判据组成与门出口，如图2 5 。 辅助判据的动作方程k l e t ( 2 - - 1 0 ) 辅助判据也是三相式，组成”或”门输出。l 为一个门槛，l 见式2 1 。 主判据的动作特性为折线( 见图2 3 ) 按原理讲不设辅助判据也可以，而为 了增强防误动的能力，通常仍设辅助判据：主判据的动作特性为通过坐标原点的 直线( 图2 2 ) 必须设置辅助判据。 1 0 图2 5差动保护框图 出口 山东大学硕士学位论文 2 1 2 零序电流差动保护 全电流差动保护由于受负荷电流的影响，降低了保护的灵敏度。对于高阻接 地故障，有必要利用两端零序电流构成的零序差动保护n 帕踟嘲，作为高阻接 地故障的全电流差动保护的后备。零序差动保护判据为将2 1 式中的，膨换成 i m o ，换成，o ，则上述2 一l 到2 1 0 式及图2 1 到2 5 与其论述都适用 于零序差动保护。零序差动不选相，增加零序差动保护选相判据： 当 聊k 且o 朋k 选a 相 当o m l 且 m o 选b 相 当j 筇 m k 且o m 乙选c 相 m 为选相系数 零序电流差动不再多做分析，主要用于处理接地故障。 山东大学硕士学位论文 2 1 3 线路差动保护的选取及特性分析比较 以上分析了差动特性，主判据保护特性折线优于保护特性直线，当前折线型 的差动保护被广泛采用，国内各大厂家的发电机、变压器、大型电动机的保护几 乎都是折线型的，线路差动保护采用折线型或直线型都可以。本文采用主判据保 护特性直线，设置辅助判据的方法。 其动作方程为： 辅助判据：乞k o ( 2 - - 1 1 ) 主判据：乞既( 2 - - 1 2 ) 两者与门动作，辅助判据作为起动元件，主判据作为动作元件，两者合起来 动作方程：钿+ s k ( 2 - - 1 3 ) 2 1 3 1 差动保护一i r e s 动作制动特性分析 差动保护在一k 坐标平面上的动作特性亦为折线，动作特性见图2 m 5 直 线1 和直线2 组成的折线，折线以上( 阴影部分) 为动作区。在小电流情况下， 满足差动特性保护动作，在大电流下继电器的动作除满足差动特性外，还要满足 比率制动特性。 区内故障：若动作电流小，采用差动动作方程辅助判据乞o ，保证高阻 接地故障有足够的灵敏度，如图2 6 区a 为小电流区；内部非高阻接地或相间 故障动作电流大，采用比率制动动作方程主判据乞；动作区向第一象限 右移，保证区内故障有足够的灵敏度，如图2 6 区b 为大电流区为直线2 。 区内故障一侧电流大一侧电流小，按最严重单电源考虑，一侧为故障电流， 一侧电流为零，设l = 0 ，乙= ，k = 凡2 ，乞= 2 k ，s 取小于2 的值， 单侧电源下启动电流只要大于k o ，如图2 6 为直线3 ，可靠动作。 区外故障：区外故障电流流出，由于t a 型号及变比不一致，剩磁可能不同， 在外部短路时两侧t a 相对误差，两侧装置中互感器和数据采集系统的误差，两 侧装置同步调整的误差，前面已分析，采用比率制动动作方程主判据可靠防止误 动。 1 2 山东大学硕士学位论文 图2 - - 6 差动保护i o , 一k 动作制动特性 2 1 3 2 差动保护l l ，电流流入流出特性分析 r e s 当两侧电流幅值相差较大时，用一l 动作制动特性进行分析会带来误 差，可用l l ，电流流入流出特性分析。 如图2 - - 1 ( b ) 由于区外故障时a r g ( i m 如) = 1 8 0 0 ，采用l 一电流流 入流出特性分析如图2 7 ( 阴影部分为动作区) 。规定m 侧电流正方向流入线路， n 侧流出线路，按i m i n 分析。则流入电流l = 厶，流出电流l ，= 一i n 。则 i = im i n 。i 懈= qm + ln ) 2 。代岫程( 2 - - 1 1 、) 、( 2 - - 1 2 ) 祷： k i 一i o p o 乙篙毛 ( 2 1 4 ) ( 2 1 5 ) 由式2 1 5 可得：外部短路允许最大流出电流为( 1 0 5 s ) ( 1 + 0 5 s ) ，直线1 为式2 1 4 。若s = 2 3 ( 直线2 ) ，允许有5 0 的流出电流流出；若s = i 2 ( 直 线3 ) ，允许2 5 的流出电流流出。直线4 为流入流出电流相同即1 0 0 电流流 出。可见s 值越大允许电流流出越小。 山东大学硕士学位论文 1 0 2s = 2 3 3s = 1 2 i n 图2 7 歹加一f 伽，电流流入流出特性分析 2 1 3 3 差动保护复平面动作特性陋1 1 差动保护实际是比较两侧电流相位，采用复平面动作特性分析，更清晰反映 两侧电流相位与制动系数的关系，更能准确反映保护动作区域。 对于公式( 2 1 5 ) ，即为fl + i n i 毒s il l i ， 取i u = p i , v ，p = p 最+ j p x ，动作方程可转化为 f 业i 曼 ( 2 1 6 ) 1 1 一多f 2 图2 8 示出s 取不同值时差动保护复平面动作特性，阴影区为动作区。 由图2 8 可知s = 2 时，动作区为第一、四象限； s 2 ( s - 2 4 ) 时动作区为圆内，s 值越小动作区越大，s 值越 大动作区越小。 1 4 腻l 一 燃 l 一一 ，7 图2 8 差动保护复平面动作特性 r 山东大学硕士学位论文 2 2 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 嘲嘲踟锄有以下几种：1 ) 采样数据修正法阱32 ) 采样时刻调整法嘲嘲3 ) g p s 同步法3 1 14 ) 参考相量同步法嘲 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，主要过程如下： 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。g p s 同步法依赖于g p s 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。 光纤直连方式在中低压线路保护中已成为主流，所以梯形算法适用：本保护 采用采样数据调整法，各端装置地位相同，不需要额外的设置，方便用户使用； 在频率偏移较大时，对向量进行频率修正。 山东大学硕士学位论文 本装置基于采样数据修正法提出一种基于采样圆的三端线路光纤差动同步 相量算法，三端线路利用光纤通道两两通信，在各个装置中能收到另外两个对端 从各自的光纤通道中发送来交流量，然后在各个装置中解析出各对端的数据包， 用这些数据经过基于采样圆的三端线路光纤差动同步相量算法，一次性找出同一 时刻的三端交流相量，再用这些同一时刻的交流相量来判断交流输电线路是否在 区内故障。 技术方案如下： 三端线路通过光纤两两通信，通过通信一端装置收到两个对端发出的交流相 量和对应的时标及采样标号；首先通过这些数据算出收到时刻两对端对应的本端 的采样标号，然后通过它们分布在由采样标号组成的采样圆周上的具体情况，算 出对应本端的同步相量，再通过相量校正，算出两对端对应本端同一时刻的同步 相量。 经过三端线路光纤差动同步相量算法，三端光纤差动保护需要的三端同步相 量可以全部算出，而且只经过一次同步，它简单、快速、准确的计算方法在线路 故障时能为保护装置的电流差动元件提供准确数据，这样为线路故障时快速切除 故障提供了可靠的保证。 本算法与目前别的同类的同步向量算法相比，算法简单，计算量小，耗时少， 计算精度高，适用性强，能为三端线路光纤差动保护提供可靠的数据依据，使其 快速准确的动作。 1 6 山东大学硕士学位论文 附图说明： 图2 - 9 是三端线路光纤差动连接示意图。 图2 1 0 是三端同步算法的数据收发示意图。 图2 1 1 是采样标号组成的采样圆周图。 图2 1 2 是三端采样标号一致时的示意图。 图2 一1 3 是两个对端对应的本端采样标号连续分布在圆周上示意图。 图2 一1 4 是两个对端对应的本端采样标号分布在最大半圆上的示意图。 图2 一1 5 是两个对端对应的本端采样标号分布在大半圆上的示意图。 图2 1 6 是两个对端对应的本端采样标号分布在小半圆上的示意图。 图2 - 1 7 是向量旋转示意图。 三端线路光纤差动保护如附图2 - 9 所示，它们各个装置利用光纤两两通信， 在各自装置中能收到另外两个对端从各自的光纤通道中发送来交流量，然后在各 个装置中解析出各对端的数据包，利用这些数据经过基于采样圆的三端线路光纤 差动同步相量算法，找出同一时刻的三端交流相量。 各个装置中每隔一个固定的时间( 也就是一个中断) ，向各光纤端口发送一 次数据，一包数据的帧中包含本端这一时刻的交流电压、交流断流、收发时延、 本端采样标号、对端采样标号及一些动作和其他标志具体见如下表。 表2 - 1 差动数据包内容 良释避。誓i二名称一二。_ 序鼍，二。，纛，77 名称 + 纛蛾墓 1a 相电流实部8 负序电压虚部 2a 相电流虚部9 收发时延 3 b 相电流实部1 0本端采样标号 4 b 相电流虚部 1 1 对端采样标号 5 c 相电流实部 1 2本侧差动动作标 6 c 相电流虚部 1 3 本侧开关断开位置标 7 负序电压实部 在各个通道都好的情况下，各个装置将收到的各通道的数据和本端的采样数 据按顺序排列在各自的缓冲区中。当装置判断出两个通道在一定的时间内一直有 好的数据后，就进入基于采样圆的三端线路光纤差动同步相量算法。 由附图2 1 0 可得出本端对第一个通道数据发送过程中t l 到3 l 的时间： 工= 丁t 4 - t l + 孚 ( 2 川) 山东大学硕士学位论文 第二个通道数据发送过程中t 1 到t 3 工的时间： t t l - t 3 l - - t t 4 - - t r + 孚 t l 表示本端发送数据到第一个通道的时刻5 t 2 表示第一个通道对端接收到本端的时刻5 t 3 表示第一个通道对端发送数据给本端的时刻； ( 2 1 8 ) t 4 表示本端接收到第一个通道发送的数据时刻； t l f 3 。表示f l 到f 3 之间的时间差。 巧表示本端发送数据到第二个通道的时刻； f 2 表示第二个通道对端接收到本端的时刻； f 3 ，表示第二个通道对端发送数据给本端的时刻； f 4 表示本端接收到第二个通道发送的数据时刻； 乃，q 。，。表示f l 到f 3 三之间的时间差。 由于三个装置的采样周期是相同的，可以设它们的采样周期为c ，并规定 它们的最大的采样标号为f 瑚x ，最小采样标号为0 。则由t l 到t 3 l 最接近的左侧 采样点f ( f ) 对应的采样标号为 ( f ( f ) ) = n ( t 。) + 肛( 互，胡，t ) ( ( f ) ) 表示f o ) 时刻对应的采样标号； n ( t 1 ) 表示f 1 时刻对应的采样标号。 皿表示取整数。 而f ( f ) 时刻到t 3 工时刻之间的时间差为 0 = m o d ( z i - t 3 l t ) l 表示f ( f ) 到f 3 之间的时间差：m o d 表示取余数。 1 8 山东大学硕士学位论文 同理可以得出另一个通道的这些数据： 0 ( ，) ) = n ( t ) + 似z 。，互) r ，= m o d ( t i f 3 l ) 而且可以得出： 0 n ( f ( f ) ) n ( f ( f 一) ) 0 1 0 积 ( 2 2 1 ) k 够一一，一i l 一一，( 2 - - 2 2 ) 1 1 0 r l l 一， ( 2 2 3 ) ，