0　引言

　　基于基尔霍夫电流定律的分相电流差动保护原理简单，不存在与引入电压有关的一切问题，不受系统振荡、线路串补电容、平行线路互感、系统非全相运行和单侧电源运行方式的影响，差动保护本身具有选相能力，且保护动作速度快，最适合作为线路主保护^［1］。近几年来，计算机技术、通信技术、继电保护技术的迅速发展为数字式分相电流差动保护的应用提供了机遇，目前，国内外各大公司相继推出了此类保护。这些保护远方通信缺乏灵活性，通信专用与复用自适应方式克服了这一不足，将被普遍采用。现有的差动保护大都采用数值修正法来实现同步^［2，3］，其前提为两个方向传输时延相等，在应用于某些弹性负载的复接系统时，误差较大。随着全球卫星定位系统(GPS)的不断发展和完善，为新的同步方法提供了可能^［4，5］。但是，保护对GPS依赖性强，比较理想的解决办法是，采用以GPS时钟同步法为主、数值修正法为辅的自适应同步调整法。
　　现有的数字式电流差动保护多采用电流瞬时值法或向量法两种原理。这两种原理都采用全电流(含负荷电流)进行差动比较，在重负荷下发生内部不对称或经过渡电阻的对称故障情况下，负荷电流为穿越性电流，对两侧故障电流的影响会降低保护的灵敏度，甚至会造成误动。本文提出了一种瞬时值与故障分量瞬时值相结合的综合电流差动原理。

1　自适应差动保护判据^{［3，5，6］}

　　电流差动采用瞬时值和故障分量瞬时值综合差动原理，其判据如下(以两端系统为例)：

(1)

(2)

式中　Δi_m，Δi_n为线路两端同名相故障分量瞬时值；i_m，i_n为线路两端同名相瞬时值；Δizd为浮动电流门坎值；k为制动系数；c₁，c₂为比例系数。

　　式(1)为辅助判据，式(2)为主判据，两式同时满足时发跳闸命令。当c₁=1,c₂=0时，为故障分量瞬时值电流差动，此时Δizd是为躲过不平衡电流而设计的门坎电流；当c₁=0,c₂=1时，为电流瞬时值差动，Δizd是躲过电容电流与不平衡电流的门坎电流值。k取1或0.6两种情况，由软件实现自动切换，以适应各种故障情况。
　　在故障后的第1周期内，采用故障分量瞬时值为主的综合电流差动判据。前半周，k=1，c₁=1,c₂=0.25，区外短路时，防卫能力极强；后半周，k=0.6，c₁=1,c₂=0.125，提高反映过渡电阻的能力。从故障后的第2周期开始直到故障消除，采用瞬时值为主的综合电流差动判据(k=0.6,c₁=0.25,c₂=1)，并投入零序电流差动(k=0.6,c₁=0，c₂=1)。
　　采用人工神经网络(ANN)对电流互感器(TA)饱和自动识别，在确定TA饱和时，自动切换到瞬时值差动方式，并且制动系数k取1，以提高保护的稳定度。本文采用了3层前馈神经网络(如图1所示)，并采用误差反向传播算法(BP算法)。该网络的输入矢量为本侧各相电流、电压，它们能正确反映TA的各种模式；输出量表示TA是否饱和，输出值为1时表示饱和，输出值为0时表示非饱和。在线检测TA饱和判据为：网络输出值不小于0.5，TA饱和；否则，为非饱和。通过离线方式的反复训练，形成了收敛加权矩阵(即确定了ANN网络)，并存储起来，以便在线检测TA饱和情况。

图1　ANN的TA饱和判别示意图
Fig.1　Current transformer
saturation discrimination of ANN

　　采用上述的差动保护原理，既保证了重负荷下区外故障、系统振荡、TA饱和时的安全性，又提高了高阻接地、重负荷下区内故障的灵敏度和保护的动作速度。

2　自适应同步调整法的实现^{［5，7，8］}

　　采用以GPS时钟同步法为主、数值修正法为辅的方法，既利用了GPS时钟调整的精度高、实现简单等特点，又避免了保护对GPS的依赖性。此方法需采用GPS接收机，实时接收GPS的时钟信号，该时钟信号精度达10 ns，接收机通过对所收信息的解码、处理，输出两种时间信号：一是间隔为1 s的同步脉冲，二是通过标准串口输出与同步脉冲相对应的UCT时间代码。同步脉冲前沿与UCT的同步误差不超过1 μs，其示意图如图2所示。

图2　GPS接收机输出信息示意图
Fig.2　Output information of GPS receiver

　　要实现同步采样，需以GPS提供的两种时间信号为基础来控制差动保护的采样，一种行之有效的方法是：以高稳定度晶振信号源，经分频与脉冲信号同步后用作采样时钟，该时钟作为差动保护的外部中断控制数据的采样；同时采用专用微处理器从GPS接收机给出的信息中提供与同步脉冲对应的绝对时间，作为采样数据的时间标签。此方法所产生的同步采样误差在相位上一般不超过0.4°，幅值误差不超过2%，精度相当高。
　　本保护基于GPS时钟同步法的硬件实现如图3所示。

图3 基于GPS时钟同步法的硬件框图
Fig.3 Hardware block diagram based on GPS clock synchronization

　　差动CPU承担保护功能，通信CPU承担着对GPS接收机工况的监视、时间代码UCT日期与北京时间的换算、远方通信的实现、通道的监视与控制功能，并将这些信息通过双口RAM送到差动CPU。正常时，保护以GPS时钟同步法工作，当通信CPU连续3 s收不到同步脉冲信号或收到的UCT时钟信号异常时，确认GPS故障，并通知差动保护CPU和对侧保护，切换到数值修正法进行同步。关于数值修正法的介绍参见文献［2，3］。此方法的精度较低，一般相位误差为1°～4°，幅值误差在3%以上，但对GPS无依赖性。两种同步法有机地结合在一起，既提高了精度，又保证了可靠性，是一种良好的自适应同步调整法。

3　自适应远方通信的实现

　　差动保护是借助于各侧数据的交换而实现的，所以通信通道的可靠性对差动保护起着至关重要的作用。目前，各种差动保护只考虑了专用、复用的独立使用，而未考虑同时使用的情况，这样，在通信设备或通道故障时，保护都将停用，影响了正常供电。本保护的通信接口设计成自适应方式，正常时，以专用通信方式工作，当检测到专用通信异常时，自动切换到复用方式；同时，发送远方命令，通知对侧也切换到复用方式。这些工作由通信CPU自动完成，使保护的灵活性、可靠性大大提高，具有对通信方式自适应能力，使用十分方便。其实现回路如图4所示。

图4　自适应远方通信接口框图
Fig.4　Block diagram
of adaptive telecommunication interface

4　数字仿真与实验室试验情况

　　利用EMTP电磁暂态程序分别对瞬时值差动判据、故障分量瞬时值差动判据及综合电流差动判据进行了验证。仿真试验是一条500 kV，300 km的双电源单回线路，如图5所示。
　　系统中电源用集中参数表示，线路用分布参数表示，具体参数如下：
　　电源：_m=500∠0° kV,_n=500∠-δkV；Z_m1=j21.3Ω,Z_m0=j24.2Ω;Z_n1=j21.6Ω,Z_n0=j23.1Ω。
　　线路：Y₁=0.018Ω/km,X₁=0.2661Ω/km,C₁=0.01386μF/km；Y₀=0.161Ω/km,X₀=0.6535Ω/km,C₀=0.01015 μF/km。
　　大量仿真结果说明以下主要结论：
　　a.对于制动系数k=0.6的瞬时值差动判据，在过渡电阻R_f=300Ω的情况下，送电端保护出口短路时，允许运行角度不大于13°，在线路中点短路时，允许运行角度不大于20°，在受电侧保护出口短路时，允许运行角度不大于27°。
　　b.对于k=0.6的故障分量瞬时值差动判据和零序电流差动判据，在运行角度为60°，过渡电阻R_f=500Ω时，仍能可靠动作；采用瞬时值综合差动判据在k=0.6，c₁=1,c₂=0.125的情况下，反映过渡电阻的能力达400Ω，在运行角度超过60°时，反映过渡电阻的能力有所下降。
　　c.在外部故障，并有重负荷送出时，各保护均可靠不动作。
　　对于ANN实现的TA饱和检测、自适应同步调整法及自适应远方通信方法，在WXH—35型微机短线路保护上进行了试验，结果非常令人满意。基于上述原理构成的自适应保护正在进行样机的试制。

［1］朱声石.高压电网继电保护原理与技术.北京：中国电力出版社，1995
［2］许建德，陆以群.新型数字电流差动保护装置中的数据采样同步和通信方式.电力系统自动化，1993，17(4)
［3］王绪昭，伍悦凯，杨奇逊.一种适用于双端系统微机微波电流差动的跳闸判据.继电器，1991(4)
［4］高厚磊，厉吉文，文　锋，等.GPS及其在电力系统中的应用.电力系统自动化，1995，19(9)
［5］高厚磊，贺家李，李永丽，等.应用GPS的数字式电流差动保护.电力系统及其自动化学报，1994，6(4)
［6］陈德树，马天皓，刘　沛，等.采样值电流差动微机保护的一些问题.见：第六届全国继电保护学术研讨会论文集.1996
［7］葛耀中.继电保护技术的新进展.继电器，1998(1)
［8］葛耀中.自适应继电保护及其前景展望.电力系统自动化，1997，21(9)：42～46