基于32位DSP的WXH-803光纤电流差动保护的研究

光纤电流差动保护是高压超高压线路主保护的发展方向，本文介绍了基于32位DSP所研制开发的WXH-803数字式光纤电流差动保护、在500kV系统动模情况及330kV挂网运行情况。该装置采用96点高采样率、快速短窗算法，采用故障分量差动、全电流差动、零序差动作为差动保护的判据，在500kV系统动模中典型动作时间16－18ms。
关键词：微机线路保护；光纤；电流差动保护；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
分相电流差动保护原理简单，不受系统振荡、线路串补电容、平行互感、系统非全相运行、单侧电源运行方式的影响，差动保护本身具有选相能力，保护动作速度快，最适合作为主保护。近年来，光纤技术、DSP技术、通信技术、继电保护技术的迅速发展为光纤电流差动保护的应用提供了机遇。随着通信技术的向前发展和光纤等通信设备的成本下降，超高压线路光纤电流差动保护将会更广泛的使用。目前国内外大公司相继推出了新的光纤电流差动保护，国外公司如GE公司的L90, ABB公司的REL561、东芝公司的GRL-100、阿尔斯通的P554等，国内公司南瑞公司的RCS—931、四方公司的CSL—103、国电南自的PSL-603等各有其特点。
2000年许继电气公司推出基于32位DSP所研制开发的WXH-801/802微机线路保护,在姚(孟)－郑(州)线、江(门)－茂(名)线等7条500kV线路运行良好。但一直没有与之配套的光纤电流差动保护。WXH-803数字式光纤电流差动保护就是许继电气为800系列配套开发的光纤电流差动保护。

1 光纤电流差动保护通信插件设计
保护CPU采用TI公司的DSP数字信号处理器C32系列，完成16位A/D采样、数据计算、故障判别等功能。通信CPU完成主从定位、数据收发、采样同步调整、同步校准功能、通道检测等功能。保护CPU和通信CPU之间通过双口RAM完成并行数据交换，如图1。接收数据时，光收发模块传来64Kb/s的同步串行数据，先把它变为并行数据送至通信CPU，完成对数据的检错、同步计算后，将正确的带有同步信息的数据通过双口RAM送给差动CPU插件。发送数据时，通信CPU把差动CPU插件传来的采样数据变为64Kb/s同步串行数据送至光收发模块，由光收发模块将串行数据信号转化成光信号，通过光纤通道传送。

差动保护两侧交换的是数字信号,通道采用专用光纤或复接PCM(微波或光纤通道)数据接口。考虑到复接通信设备一般是在通信机房，离保护间隔有一定距离，在通信机房设有一个64kb/s(亦可为2M kb/s)同向数据接口与通用PCM设备相连，采用同步通讯方式，通信规约符合CCITT标准中关于G.703码型协议。保护间隔内的差动保护将数据通过光纤传送给64kb/s同向数据接口。专用、复用通信接口示意图如图2、3所示。专用方式下，发送数据采用内部时钟，即两侧装置发送时钟工作在“主—主”方式下，接收时钟采用从接收数据流提取的时钟。复用方式下，发送数据采用从接收数据流中提取的时钟，即两侧装置发送时钟工作在“从—从”方式下，接收时钟仍采用从接收数据流提取的时钟。

2 光纤电流差动保护配置
WXH-803数字式光纤电流差动保护装置采用96点高速采样、快速变数据窗相量算法(以下快速短窗算法)。快速短窗算法在WXH-801/2数字式线路保护中作为短窗方向元件使用^[1]。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。主保护采用故障分量差动、稳态量电流差动、零序差动，后备保护由三段式相间距离和接地距离以及六段零序方向保护(四段零序电流及二段不灵敏零序电流保护)构成的全套后备保护，并配有自动重合闸。
(a) 故障分量差动保护