光纤差动保护及其通道接口

CSC103纵联电流差动保护及其通信接口伍叶凯一、CSC103保护装置介绍电流差动保护原理■电流差动保护主要功能1）电流差动保护配有分相式电流差动保护和零序电流差动保护，用于快速切除各种类型故障。2）具有电容电流补偿功能。利用线路两侧电压对电容电流进行精确补偿，可提高差动保护的灵敏度。3）具有CT断线闭锁功能，可选择CT断线后闭锁或不闭锁保护。4）具有CT饱和检测功能。5）保护中具有CT变比补偿功能，线路两侧保护可以使用变比不同的CT。6）具有2M高速通信口，可采用专用通道（2M），可复用2M(E1)接口，也可复接PCM(64K)同向接口。7）具有双通道冗余功能,两个通道同时收发数据，可以实现无延时数据切换，两个通道可分别采用专用/复用、64K/2M任意组合。8）可适用于T接线路的三端系统。9）经由保护的通信通道可传送“远跳”命令和“远传”命令。10）具有通道监视和误码检测功能；保护间的数据通信采用32位CRC校验,具有超强抗误码能力。11）具有双端测距功能。12）具有远方环回测试功能（已申请专利）。电流差动保护主要原理•数字电流差动保护系统的构成上图中保护与通信终端设备间采用光缆连接。保护侧光端机装在保护装置的背板上。通信终端设备侧由本公司配套提供光接口盒CSC-186A。数字式电流差动保护系统构成示意图CSC-103数字通信终端设备CSC-103数字通信终端设备MCBTATACBNIMA、B、CIMA、B、CINA、B、CINA、B、C微波或光纤通道•1.相电流突变量差动保护：动作方程：ΔIDIHΔID0.6ΔIB－－－0ΔID3IHΔID0.8ΔIB-IH－－－ΔID=3IH式中：ΔID=│ΔÌM+ΔÌN│,为经电容电流补偿后的突变量差动电流。ΔIB=│ΔÌM-ΔÌN│,为经电容电流补偿后的突变量制动电流。IH=MAX(IDZH，2IC)，为高定值，IDZH为“分相差动高定值”，按大于2倍电容电流整定；IC为正常运行时的实测电容电流。•差动保护原理2.高定值分相电流差动保护：动作方程：IDIHID0.6IB－－－0ID3IHID0.8IB-IH－－－ID=3IH式中：ID=│(ÌM-ÌMC)+(ÌN-ÌNC)│,为经电容电流补偿后的差动电流。IB=│(ÌM-ÌMC)-(ÌN-ÌNC)│,为经电容电流补偿后的制动电流。IH=MAX(IDZH，2IC)，为高定值，IDZH为“分相差动高定值”，按大于2倍电容电流整定；IC为正常运行时的实测电容电流。差动保护的制动特性：I差动I制动5IDZIDZ3IDZk=0.6k=0.8动作方程：IDILID0.6IB－－－0ID3ILID0.8IB-IL－－－ID=3IL式中：ID=│(ÌM-ÌMC)+(ÌN-ÌNC)│,为经电容电流补偿后的差动电流。IB=│(ÌM-ÌMC)-(ÌN-ÌNC)│,为经电容电流补偿后的制动电流。IL=MAX(IDZL，1.5IC),其中IDZL为“分相差动低定值”，按大于1.5倍电容电流整定；IC为正常运行时的实测电容电流。低定值分相电流差动保护经40ms延时动作。3.低定值分相电流差动保护：动作方程：ID0I0ZID00.75IB0式中：ID0=│[(ÌMA-ÌMAC)+(ÌMB-ÌMBC)+(ÌMC-ÌMCC)]+[(ÌNA-ÌNAC)+(ÌNB-ÌNBC)+(ÌNC-ÌNCC)]│,为经电容电流补偿后的零序差动电流。IB0=│[(ÌMA-ÌMAC)+(ÌMB-ÌMBC)+(ÌMC-ÌMCC)]－[(ÌNA-ÌNAC)+(ÌNB-ÌNBC)+(ÌNC-ÌNCC)]│,为经电容电流补偿后的零序制动电流。其中I0Z为“零序差动整定值”，按内部高阻接地故障有灵敏度整定；零序电流差动保护经TI0延时动作，TI0可整定。4.零序电流差动保护：ID0IB00.75I0Z动作区零序差动保护的制动特性：5.三端系统电流差动保护：三端系统电流差动保护除差动电流和制动电流的计算方法不同外，其余配置同两端系统。ID=│(ÌM-ÌMC)+(ÌN-ÌNC)+(ÌT-ÌTC)│ID为经电容电流补偿后的差动电流。IB=│(ÌM-ÌMC)-[(ÌN-ÌNC)+(ÌT-ÌTC)]│IB为经电容电流补偿后的制动电流，式中假设M端的电流幅值最大。•差动保护差动保护的起动元件1.采用相电流差突变量起动元件2.零序电流（）突变量起动元件3.零序辅助起动元件当两侧差动保护起动元件均起动时，才允许分相电流差动和零序电流差动保护动作跳闸。03i•电容电流补偿方案1.正常运行时（启动前），计算|ÌM＋ÌN|＝IC作为实测电容电流。2.在保护启动后，将IC作为浮动门槛。3.利用故障后的线路两侧电压对电容电流进行精确补偿，即半补偿方案：在线路两侧各补偿电容电流的一半。对于三端系统，每侧各补偿电容电流的三分之一。线路正序、负序、零序Л型等值电路线路正序π型等值电路线路负序π型等值电路线路零序π型等值电路电容电流的计算以A相为基准，M侧的各序电容电流分别为：ÌMC1＝ÙM1/-j2XC1ÌMC2＝ÙM2/-j2XC2ÌMC0＝ÙM0/-j2XC0M侧的各相电容电流为：设XC1＝XC2ÌMAC＝ÌMC1＋ÌMC2＋ÌMC0＝（ÙM1＋ÙM2＋ÙM0－ÙM0）/-j2XC1＋ÙM0/-j2XC0＝（ÙMA－ÙM0）/-j2XC1＋ÙM0/-j2XC0ÌMBC＝α^2*ÌMC1＋α*ÌMC2＋ÌMC0＝(α^2*ÙM1＋α*ÙM2＋ÙM0－ÙM0)/-j2XC1＋ÙM0/-j2XC0＝(ÙMB－ÙM0)/-j2XC1＋ÙM0/-j2XC0ÌMCC＝α*ÌMC1＋α^2*ÌMC2＋ÌMC0＝（α*ÙM1＋α^2*ÙM2＋ÙM0－ÙM0）/-j2XC1＋ÙM0/-j2XC0＝（ÙMC－ÙM0）/-j2XC1＋ÙM0/-j2XC0同理，N侧的各相电容电流为：ÌNAC＝（ÙNA－ÙN0）/-j2XC1＋ÙN0/-j2XC0ÌNBC＝（ÙNB－ÙN0）/-j2XC1＋ÙN0/-j2XC0ÌNCC＝（ÙNC－ÙN0）/-j2XC1＋ÙN0/-j2XC0•线路两端CT变比补偿当线路两端CT变比不一样时，可根据整定的CT变比调整系数，使两侧的二次电流一致。•CT断线检测1.断线侧的零序电流连续12秒大于I04定值而断线相电流小于0.06In(In为二次侧额定电流)。2.计算出正常两侧的差电流连续12秒大于0.2In而断线相电流小于0.06In。3.判出TA断线后，可选择闭锁差动保护或不闭锁差动保护。•CT饱和检测采用模糊识别法对CT饱和进行检测，当判别出CT饱和后，自动抬高制动系数。•远传命令CSC103保护装置设有两个经光电隔离的远传命令开入端子，本装置借助数字通道，利用每帧数据中的控制字向对侧传送，对侧保护收到远传命令后不是直接跳闸、而是输出两付空接点，供用户灵活选择使用。•远方跳闸为使母线故障及断路器与电流互感器之间故障时对侧保护快速跳闸，本保护装置设有一个远方跳闸开入端子，用于传送母差、失灵等保护的动作信号，对侧保护收到此信号后驱动永跳。远方跳闸可通过控制字选择经启动元件闭锁或者经方向元件闭锁。•弱馈启动功能（差流＋低电压启动）如果被保护线路的一侧为弱电源或无电源，弱电源侧保护正方向发生线路故障时，流过弱电源侧保护的电流可能很小，装置无法启动，由于两侧启动元件相互闭锁，可能造成无法跳闸出口。为差动保护设有弱馈功能（差流＋低电压启动）：弱馈侧收到对侧启动信号后，满足以下所有条件时，弱馈侧保护被拉入故障处理程序，允许强电源侧保护出口，本侧也能跳闸。1)收到对侧启动信号2)至少有一相差流大于动作值3)对应的相电压或相间电压低于0.6Un•远方召唤启动功能(差流＋电压突变启动)如果被保护线路发生高阻接地时，近故障侧保护能够可靠启动，远故障侧保护的电流可能很小，装置无法启动，为此，装置设有远方召唤启动功能：1)收到对侧启动信号2)任一相差动电流大于动作值：IDфIDZ或者零序差动电流大于动作值：ID0I0Z3)本侧ΔUф8v或ΔU01v装置自环试验将装置“通道环回实验”控制位置1，定值设为“主机方式”、“内时钟”，将装置的RX和TX用尾纤对接，即可单装置自环，模拟A、B、C相区内故障。“通道环回实验”控制位投入10分钟后，装置告警“通道环回长期投入”，提示用户装置在“通道环回实验”状态，此时仍然可以作装置自环试验。正常运行时，必须退出该功能。通道环回实验功能为方便用户进行带通道整组试验，装置提供带通道远方环回试验功能。正常运行时，必须退出该功能。将两端装置的差动定值按照实际运行情况整定好后，将M侧装置“通道环回实验”控制位置1，M侧投入检修状态压板，就可在M侧进行模拟区内短路试验。此时N侧装置收到M侧的采样报文后再回传给M侧。•差动保护的压板差动保护只有在两侧压板都处于投入状态时才能动作，两侧压板互为闭锁。若两侧压板投入状态不一致，装置会报告“差动压板不一致”。1)通道方式和双通道冗余以64Kbps速率复接PCM同向接口以2Mbps速率复接2M(E1)接口以2Mbps速率采用专用光纤通道•CSC103电流差动保护的通信双通道冗余TXARXATXBRXBRXBTXBRXATXAM侧N侧M侧CSC103差动保护N侧CSC103差动保护A通道收发数据缓冲区B通道收发数据缓冲区A通道收发数据缓冲区B通道收发数据缓冲区保护CPU保护CPU三端T接线CSC系列电流差动保护CSC系列电流差动保护CSC系列电流差动保护TXARXATXBRXBRXBTXBRXATXARXBTXBRXATXAT侧N侧M侧保护装置T侧保护装置N侧保护装置2)通信时钟的同步方式采用专用光纤通道时，两侧的电流差动保护装置的同步通信时钟，采用“内-内”时钟方式。即两侧保护均采用内部时钟（主时钟）。在保护复用数字通信系统（SDH和PDH）2M(E1)接口时，两侧的电流差动保护装置的同步通信时钟，建议采用“内-内”时钟方式。在保护复用数字通信系统（SDH和PDH）64KbpsPCM同向接口时，两侧的电流差动保护装置的时钟方式均应置为外方式（从时钟），均取系统同步时钟。通道CSC103TXCSC103TXCLKRXCLKRX•CSC保护装置时钟连接方式示意图时钟方式(1)•两个时钟信号源：–内时钟(主时钟)——本地晶振产生–外时钟(从时钟)——从接收信号中提取•发送数据时选择时钟方式：–主方式——以主时钟为通信时钟–从方式——以从时钟为通信时钟•双方时钟配合方式内－内：专用光纤通道/多数2M复接通道外－外——64k复接通道外－外——少数2M复接通道•通过控制字进行时钟方式设定时钟设置方法•CPU板上与光纤通信有关的两组跳线：•1组（对应通道A）：J9、J10、J11•2组（对应通道B）：J12、J13、J14•J9（J12）---软件/硬件控制选择。置“低”，时钟方式和通信速率由软件定值中的控制字设置，J10（J13）、J11（J14）两位跳线不起作用；置“高”，时钟方式和通信速率由J10（J13）、J11（J14）两位跳线来设置。时钟设置方法•J10（J13）---内/外时钟选择。在硬件控制模式下（J9（J12）置“高”），J10（J13）置“高”，装置光纤通信采用内时钟方式；置“低”，装置光纤通信采用外时钟方式。•J11（J14）---64kbps/2Mbps选择。在硬件控制模式下（J9（J12）置“高”），J11（J14）置“高”，装置光纤通信速率采用64kbps；置“低”，装置光纤通信速率采用2Mbps。时钟设置方法装置出厂时必须将上述两组跳线都依次设为：低、高、高。即装置采用软件控制方式，由定值来控制装置的时钟方式和通信速率。3)采样同步RELAYRELAYMN同步端参考端tp1tm1tm2tm3tm4tn3tn4tn5tm5tm*tn3*tn1tn2tn*tp2m端发数据n端发数据td采样同步原理图每个装置均可预先设置成参考端或同步端。为保证两侧保护采样同步，设定为采样同步端的一侧发一帧同步请求命令，其