CN110299697B - 一种线路电流差动保护实现方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种线路电流差动保护实现方法和系统，包括：位于线路第一侧的第一电流传感器、第一时间同步单元、第一电流差动保护单元和第一断路器，位于线路第二侧的第二电流传感器、第二时间同步单元、第二电流差动保护单元和第二断路器，以及位于所述第一电流差动保护单元和所述第二电流差动保护单元之间的通讯通道。本发明提供的线路电流差动保护实现方法和系统，能够解决现有的电流差动保护不适应长距离线路的问题，适合交直流输电线路。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种线路电流差动保护实现方法和系统。
背景技术
电力线路是电网的主要组成部分，也是电能的传输通道。由于电磁能量的传播速度极快，所以快速的设备保护是维持电力系统稳定运行的基础。电力线路电流差动保护的原理是采集线路两端的电流进行比较，线路内部线路故障会引起线路两端的电流不平衡，当不平衡电流超过一定值时，电流差动保护动作发出指令，断开两侧断路器，从而切除故障线路。电流差动保护不受区外故障干扰，动作原理简单、速度快，在输电线路保护中得到广泛应用。
目前，线路电流差动保护是基于电路理论实现的，即通过通讯通道采集两侧电流值，直接进行电流差值计算，该方法对线路长度有一定要求和限制，比较适用于短距离输电线路，在这种情况下，高压线路电容电流对线路差动保护的影响一般通过调高不平衡电流定值解决。而对于长距离输电线路，如超高压和特高压线路，线路电容电流接近工作电流的数量级，两侧工频电流差值较大，严重时甚至导致现有差动保护无法正常运行。同时，超高压和特高压电网传输能量巨大，要求保护动作时间更短。
为了解决以上问题，一些学者提出采用行波保护并取得成功运行经验，即采集线路故障的放电脉冲行波信号，判断故障点位置或区间，进行快速的跳闸隔离。但该行波保护理论存在的瑕疵是电力线路中的放电大部分不能形成稳定的工频电弧，可能误判很多雷击闪络，存在很大的误动作可能。
因此，目前长距离输电线路保护技术仍然存在理论和技术上的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种线路电流差动保护实现方法和系统，以解决现有的差动保护不适应长距离线路的问题。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种线路电流差动保护实现系统，包括：位于线路第一侧的第一电流传感器、第一时间同步单元、第一电流差动保护单元和第一断路器，位于线路第二侧的第二电流传感器、第二时间同步单元、第二电流差动保护单元和第二断路器，以及，位于所述第一电流差动保护单元和所述第二电流差动保护单元之间的通讯通道；
所述第一电流传感器用于实时采集所述线路第一侧的一次电流并转化成第一电流信号；所述第二电流传感器用于实时采集所述线路第二侧的一次电流并转化成第二电流信号；
所述第一时间同步单元用于记录所述第一电流信号采集时的第一时标信号；所述第二时间同步单元用于记录所述第二电流信号采集时的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元用于实时接收所述第一电流传感器发送的所述第一电流信号以及所述第一时间同步单元发送的与所述第一电流信号对应的第一时标信号；所述第二电流差动保护单元用于实时接收所述第二电流传感器发送的所述第二电流信号以及所述第二时间同步单元发送的与所述第二电流信号对应的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元还用于实时通过所述通讯通道接收所述第二电流差动保护单元发送的所述第二电流信号和与所述第二电流信号对应的第二时标信号，并根据所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号、所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第一断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第二电流差动保护单元以使所述第二电流差动保护单元控制所述第二断路器跳闸以切除故障；
所述第二电流差动保护单元还用于通过所述通讯通道接收所述第一电流差动保护单元发送的所述第一电流信号和与所述第一电流信号对应的第一时标信号，并根据所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号、所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第二断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第一电流差动保护单元以使所述第一电流差动保护单元控制所述第一断路器跳闸以切除故障。
进一步地，所述第一电流差动保护单元还用于实时通过所述通讯通道接收所述第二电流差动保护单元发送的所述第二电流信号和与所述第二电流信号对应的第二时标信号，并根据所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号、所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，包括：
所述第一电流差动保护单元还用于实时通过所述通讯通道接收所述第二电流差动保护单元发送的所述第二电流信号和与所述第二电流信号对应的第二时标信号，并根据所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号、所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号，以及线路电磁波传输时延△t，计算线路第一侧位于T0时间点的电流I1T0和线路第二侧位于(T0+△t)时间点的电流I2T0+△t之差是否小于或等于预设电流差定值，若是，则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间未发生故障，否则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间发生故障。
进一步地，所述第二电流差动保护单元还用于通过所述通讯通道接收所述第一电流差动保护单元发送的所述第一电流信号和与所述第一电流信号对应的第一时标信号，并根据所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号、所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，包括：
所述第二电流差动保护单元还用于通过所述通讯通道接收所述第一电流差动保护单元发送的所述第一电流信号和与所述第一电流信号对应的第一时标信号，并根据所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号、所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号，以及线路电磁波传输时延△t，计算线路第一侧位于T0时间点的电流I1T0和线路第二侧位于(T0+△t)时间点的电流I2T0+△t之差是否小于或等于预设电流差定值，若是，则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间未发生故障，否则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间发生故障。
进一步地，所述线路电磁波传输时延为电磁波通过所述线路第一侧和所述线路第二侧之间的线路全长的时间。
进一步地，所述通讯通道根据预设保护动作时间要求进行选取。
进一步地，所述通讯通道采用光纤。
进一步地，所述第一时间同步单元用于根据卫星或地面导航定位或授时系统记录采集所述第一电流信号时的第一时标信号；所述第二时间同步单元用于根据卫星或地面导航定位或授时系统记录采集所述第二电流信号时的第二时标信号。
进一步地，所述线路第一侧与所述线路第二侧之间的架空线路长度大于250km。
进一步地，所述线路第一侧与所述线路第二侧之间的电缆线路长度大于100km。
第二方面，本发明还提供了一种基于上述第一方面所述的路电流差动保护实现系统的线路电流差动保护实现方法，该方法包括：
所述第一电流传感器实时采集所述线路第一侧的一次电流并转化成第一电流信号；所述第二电流传感器实时采集所述线路第二侧的一次电流并转化成第二电流信号；
所述第一时间同步单元记录所述第一电流信号采集时的第一时标信号；所述第二时间同步单元记录所述第二电流信号采集时的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元实时接收所述第一电流传感器发送的所述第一电流信号以及所述第一时间同步单元发送的与所述第一电流信号对应的第一时标信号；所述第二电流差动保护单元实时接收所述第二电流传感器发送的所述第二电流信号以及所述第二时间同步单元发送的与所述第二电流信号对应的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元还实时通过所述通讯通道接收所述第二电流差动保护单元发送的所述第二电流信号和与所述第二电流信号对应的第二时标信号，并根据所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号、所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第一断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第二电流差动保护单元以使所述第二电流差动保护单元控制所述第二断路器跳闸以切除故障；
所述第二电流差动保护单元还通过所述通讯通道接收所述第一电流差动保护单元发送的所述第一电流信号和与所述第一电流信号对应的第一时标信号，并根据所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号、所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第二断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第一电流差动保护单元以使所述第一电流差动保护单元控制所述第一断路器跳闸以切除故障。
由上述技术方案可知，本发明提供的线路电流差动保护实现系统，采用电磁波传输线理论替代传统电路理论实现两侧电流波的差动比较，在本发明中两侧电流信号实际上采用的是同一电磁波在两侧的磁场感应信号，不需要考虑线路分布参数的影响，其理论基础是，电磁波能量在电力线路中有传输时间，两侧电流信号应采集同一电磁波到达两侧测量传感器的磁场信息，即计算电力线路的电磁波传输时间，确定到达时间差值，从而比较的是两侧同一电磁波感应出来的电流值。通过电流采样信号加入时间标识，可以实现上述目的，同时消除了数据采集和通讯通道延迟的影响。因此，本发明提供的线路电流差动保护实现系统，具有以下优点：不受线路分布电容电流影响；不受数据采集和通讯通道延迟时间影响；适应于长距离输电线路，尤其适合超高压或特高压系统；适应于电流波形可以是任意波形，克服了谐波的影响，并可应用于交流或直流系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的电力线路差动保护无故障示意图；
图2是本发明一实施例提供的电力线路差动保护区内故障示意图；
图3是本发明一实施例提供的电力线路差动保护区外故障示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于电磁波传输线理论的线路电流差动保护实现系统，以解决现有的差动保护不适应长距离线路的问题。现有差动保护采用的电路理论只适应于线路远小于电磁波长的情况，一般要求电路尺寸应小于电磁波长的1/20，即使是直流线路也可能因为传输功率变化而引起两侧电流波动。对于60/50Hz交流系统工频波长约5000/6000km，数百上千千米长距离输电线路长度与工频波长相比拟，电磁波在线路中传输将呈现明显的延迟，用电路理论解释就是电容电流的增大。因此，解决以上问题必须采用与实际情况相适应的电磁波传输线理论，即计及两侧电流波的时间差，并在技术方案中实现。
为解决上述技术问题，本发明一实施例提供了一种线路电流差动保护实现系统，包括：位于线路第一侧的第一电流传感器、第一时间同步单元、第一电流差动保护单元和第一断路器，位于线路第二侧的第二电流传感器、第二时间同步单元、第二电流差动保护单元和第二断路器，以及，位于所述第一电流差动保护单元和所述第二电流差动保护单元之间的通讯通道；所述第一断路器位于所述线路第一侧附近的线路上，所述第二断路器位于所述线路第二侧附近的线路上；
所述第一电流传感器用于实时采集所述线路第一侧的一次电流并转化成第一电流信号；所述第二电流传感器用于实时采集所述线路第二侧的一次电流并转化成第二电流信号；
所述第一时间同步单元用于记录所述第一电流信号采集时的第一时标信号；所述第二时间同步单元用于记录所述第二电流信号采集时的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元用于实时接收所述第一电流传感器发送的所述第一电流信号以及所述第一时间同步单元发送的与所述第一电流信号对应的第一时标信号；所述第二电流差动保护单元用于实时接收所述第二电流传感器发送的所述第二电流信号以及所述第二时间同步单元发送的与所述第二电流信号对应的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元还用于实时通过所述通讯通道接收所述第二电流差动保护单元发送的所述第二电流信号和与所述第二电流信号对应的第二时标信号，并根据所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号、所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第一断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第二电流差动保护单元以使所述第二电流差动保护单元控制所述第二断路器跳闸以切除故障；
所述第二电流差动保护单元还用于通过所述通讯通道接收所述第一电流差动保护单元发送的所述第一电流信号和与所述第一电流信号对应的第一时标信号，并根据所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号、所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第二断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第一电流差动保护单元以使所述第一电流差动保护单元控制所述第一断路器跳闸以切除故障。
在一种优选实施方式中，假设所述线路第一侧为电源侧，所述线路第二侧为受电侧，在本实施方式中，所述第一电流差动保护单元用于实时通过所述通讯通道接收所述第二电流差动保护单元发送的所述第二电流信号和与所述第二电流信号对应的第二时标信号，并根据所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号、所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号，以及线路电磁波传输时延△t，计算线路第一侧位于T0时间点的电流I1T0和线路第二侧位于(T0+△t)时间点的电流I2T0+△t之差是否小于或等于预设电流差定值，若是，则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间未发生故障，否则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间发生故障。
在一种优选实施方式中，假设所述线路第一侧为电源侧，所述线路第二侧为受电侧，在本实施方式中，所述第二电流差动保护单元用于通过所述通讯通道接收所述第一电流差动保护单元发送的所述第一电流信号和与所述第一电流信号对应的第一时标信号，并根据所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号、所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号，以及线路电磁波传输时延△t，计算线路第一侧位于T0时间点的电流I1T0和线路第二侧位于(T0+△t)时间点的电流I2T0+△t之差是否小于或等于预设电流差定值，若是，则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间未发生故障，否则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间发生故障。
可以理解的是，所述预设电流差定值一般为线路的损耗值或稍微大于线路损耗的值。
可以理解的是，所述线路电磁波传输时延△t为电磁波通过所述线路第一侧和所述线路第二侧之间的线路全长的时间。
本实施例提供的线路电流差动保护实现系统适用于长距离线路。由于交流电力系统频率一般为50/60Hz，对应的波长约为6000/5000km，因此，在本实施例中，对应所述线路第一侧与所述线路第二侧之间的距离应超过300km(对于50Hz交流系统)或250km(对于60Hz交流系统)。同样，在直流输电线路中，电流变化量从第一侧到第二侧具有同样的性质(也即直流系统同样具有电流电压的波动，只不过频率较低，但也是一个波的过程)，因此，直流线路的距离或长度要求与交流系统一致或取小值即可。此外，从电磁场和电磁波的角度来看，电能量传输可以不分交流和直流，因此，从另一层面也可以理解直流线路的距离或长度要求与交流系统一致或取小值即可。
本实施例中，所述线路第一侧与所述线路第二侧之间的架空线路长度大于250km(对于60Hz交流系统)或300km(对于50Hz交流系统)，电缆线路长度大于100km(对于60Hz交流系统)或120km(对于50Hz交流系统)。可以理解的是，由于架空线和电缆线的波速不同(电缆线波速低)，因此对于同一频率的的交流系统，架空线和电缆线对应的最小距离稍有不同。
例如，当所述线路第一侧与所述线路第二侧之间的距离为1200km时，由于常见的架空输电线路的波速度一般为3×108m/s，因此根据△t＝L/v，可知电磁波在这种情况下线路全长的传播时间为4ms。同样长度的直流输电线路传播时间同样为4ms，波速度与频率无关。
可以理解的是，所述通讯通道根据预设保护动作时间要求进行选取。为减少延时，优选地，所述通讯通道采用光纤。
优选地，所述第一时间同步单元用于根据卫星或地面导航定位或授时系统记录采集所述第一电流信号时的第一时标信号；所述第二时间同步单元用于根据卫星或地面导航定位或授时系统记录采集所述第二电流信号时的第二时标信号。这里，所述卫星或地面导航定位或授时系统可以为卫星全球定位系统(如GPS、格洛纳斯、伽利略等)或北斗卫星系统。其时间误差一般可以做到小于1μs，相对交流工频50Hz来说，相当于移相0.018°，相位误差0.31％，直流系统误差更小。
由上述技术方案可知，本实施例提供的线路电流差动保护实现系统，采用电磁波传输线理论替代传统电路理论实现两侧电流波的差动比较，在本实施例中两侧电流信号实际上采用的是同一电磁波在两侧的磁场感应信号，不需要考虑线路分布参数的影响，其理论基础是，电磁波能量在电力线路中有传输时间，两侧电流信号应采集同一电磁波时刻到达两侧测量传感器的磁场信息，即计算电力线路的电磁波传输时间，确定到达时间差值，从而比较的是两侧同一电磁波感应出来的电流值。通过电流采样信号加入时间标识，可以实现上述目的，同时消除了数据采集和通讯通道延迟的影响。因此，本实施例提供的线路电流差动保护实现系统，具有以下优点：不受线路分布电容电流影响；不受数据采集和通讯通道延迟时间影响；适应于长距离输电线路，尤其适合超高压或特高压系统；适应于电流波形可以是任意波形，克服了谐波的影响，并可应用于交流或直流系统。
下面结合图1～图3并以1200km长距离输电线路为例说明本实施例的具体实施方案。需要说明的是，在图1～图3中，上面所述的线路第一侧以1端表示，上面所述的线路第二侧以2端表示，上面所述的第一电流传感器采用电流传感器1表示，上面所述的第一时间同步单元采用时间同步单元1表示，上面所述的第一电流差动保护单元采用电流差动保护单元1表示，上面所述的第一断路器采用断路器1表示，上面所述的第二电流传感器采用电流传感器2表示，上面所述的第二时间同步单元采用时间同步单元2表示，上面所述的第二电流差动保护单元采用电流差动保护单元2表示，上面所述的第二断路器采用断路器2表示。
常见的架空输电线路的波速度一般为3×108m/s，根据△t＝L/v，则电磁波在本实施例中线路全长的传播时间为4ms，等效为50Hz交流系统的角差为72°(2π/5)，直流输电系统实际上也存在类似的传播时间问题。因此，如果取同一时刻两侧电流值，电流差动保护将因为相位差产生误动作，通常认为是电容电流引起的。
本实施例中以1端为电源侧、2端为受电侧为例。则取t0时刻1侧电流值I1T0，2侧相应取I2T0+0.004s。时标信号可用GPS或北斗时间同步系统，其时间误差一般做到小于1μs，相对交流工频50Hz来说，相当于移相0.018°，相位误差0.31％，直流系统误差更小。
如图1所示，两侧的电流传感器采集本侧电流，时间同步单元采集时间信号，并输入对应的差动保护单元。差动保护单元采集本侧电流信号并加入时标信号，通过通讯通道传输到对侧单元，并进行两侧电流差值计算，如超过预设电流差定值，则判断线路中间发生故障并启动本侧断路器跳闸，同时发信给对侧单元跳对侧断路器。由于系统无故障发生，回路正常工作电流波将从1端经过0.004s到达2端，差动保护单元(指电流差动保护单元1)比较两侧检测到的电流信号I2T0+0.004s和I1T0，数值应基本相等(也即是说两者差值要小于或等于预设电流差定值)，差值仅为线路的损耗，此时可以通过所述预设电流差定值避免保护启动。
如图2所示，线路区内故障时，1端工作电流I1T0通过故障点时将与故障点电流IF叠加，共同向2端传播。此时，差动保护单元(指电流差动保护单元1)比较两侧检测到的电流信号I2T0+0.004s和I1T0，差值应接近于IF(一般地故障点电流IF较大，要大于预设电流差定值)；由于差动保护单元判断线路内部故障，发出跳闸信号调本侧断路器，并通过通讯通道通知对侧差动保护跳闸，将本线路从系统断开。
如图3所示，线路区外故障，故障点电流IF通过1端时与工作电流I1T0叠加，共同向2端传播。此时，差动保护单元(指电流差动保护单元1)比较两侧检测到的电流信号I2T0+0.004s和I1T0，都增加了故障点电流IF，幅值基本相等，差值仍然仅为线路的损耗，不会超过前述预设电流差定值。因此，差动保护单元判断线路区外故障，不会启动。
同理，2端的电流差动保护单元2动作原理同上所述。
从上面描述可知，在本实施例中，电流信号分别采自线路两端，并可采用工作频率，通过增加时标信号的方法，比较两侧同一电流波幅值，同时避免了数据采集和通讯延迟时间。同时，波速度或者波传播时间可以通过设计计算或实测获取，时标信号可采用常见的时间同步系统实现。上述描述及示意图中，工作电流波形未采用常见的正弦波形，主要是本发明应用于直流系统及非工频系统中同样有效，也就是可以避免谐波影响。
可见，相对于现有应用中的行波保护和消除电容电流的差动保护方式，这种方式从理论上解决了长距离电力线路差动保护电流信号的精度，更加符合电磁波能量传输的原理，并可以方便的实现。由于增加了时间同步单元，应用于超高压、特高压长距离输电线路更有优势。
本发明另一实施例提供了一种基于上述实施例所述的线路电流差动保护实现系统的线路电流差动保护实现方法，该方法包括如下处理过程：
所述第一电流传感器实时采集所述线路第一侧的一次电流并转化成第一电流信号；所述第二电流传感器实时采集所述线路第二侧的一次电流并转化成第二电流信号；
所述第一时间同步单元记录所述第一电流信号采集时的第一时标信号；所述第二时间同步单元记录所述第二电流信号采集时的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元实时接收所述第一电流传感器发送的所述第一电流信号以及所述第一时间同步单元发送的与所述第一电流信号对应的第一时标信号；所述第二电流差动保护单元实时接收所述第二电流传感器发送的所述第二电流信号以及所述第二时间同步单元发送的与所述第二电流信号对应的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元还实时通过所述通讯通道接收所述第二电流差动保护单元发送的所述第二电流信号和与所述第二电流信号对应的第二时标信号，并根据所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号、所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第一断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第二电流差动保护单元以使所述第二电流差动保护单元控制所述第二断路器跳闸以切除故障；
所述第二电流差动保护单元还通过所述通讯通道接收所述第一电流差动保护单元发送的所述第一电流信号和与所述第一电流信号对应的第一时标信号，并根据所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号、所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第二断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第一电流差动保护单元以使所述第一电流差动保护单元控制所述第一断路器跳闸以切除故障。
由于本实施例提供的线路电流差动保护实现方法基于上述实施例所述的线路电流差动保护实现系统实现，因此其工作原理和有益效果类似，具体可参见上述实施例的描述，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (10)
1.一种线路电流差动保护实现系统，其特征在于，包括：位于线路第一侧的第一电流传感器、第一时间同步单元、第一电流差动保护单元和第一断路器，位于线路第二侧的第二电流传感器、第二时间同步单元、第二电流差动保护单元和第二断路器，以及，位于所述第一电流差动保护单元和所述第二电流差动保护单元之间的通讯通道；
所述第一电流传感器用于实时采集所述线路第一侧的一次电流并转化成第一电流信号；所述第二电流传感器用于实时采集所述线路第二侧的一次电流并转化成第二电流信号；
所述第一时间同步单元用于记录所述第一电流信号采集时的第一时标信号；所述第二时间同步单元用于记录所述第二电流信号采集时的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元用于实时接收所述第一电流传感器发送的所述第一电流信号以及所述第一时间同步单元发送的与所述第一电流信号对应的第一时标信号；所述第二电流差动保护单元用于实时接收所述第二电流传感器发送的所述第二电流信号以及所述第二时间同步单元发送的与所述第二电流信号对应的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元还用于实时通过所述通讯通道接收所述第二电流差动保护单元发送的所述第二电流信号和与所述第二电流信号对应的第二时标信号，并根据所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号、所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第一断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第二电流差动保护单元以使所述第二电流差动保护单元控制所述第二断路器跳闸以切除故障；
所述第二电流差动保护单元还用于通过所述通讯通道接收所述第一电流差动保护单元发送的所述第一电流信号和与所述第一电流信号对应的第一时标信号，并根据所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号、所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第二断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第一电流差动保护单元以使所述第一电流差动保护单元控制所述第一断路器跳闸以切除故障。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一电流差动保护单元还用于实时通过所述通讯通道接收所述第二电流差动保护单元发送的所述第二电流信号和与所述第二电流信号对应的第二时标信号，并根据所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号、所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，包括：
所述第一电流差动保护单元还用于实时通过所述通讯通道接收所述第二电流差动保护单元发送的所述第二电流信号和与所述第二电流信号对应的第二时标信号，并根据所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号、所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号，以及线路电磁波传输时延△t，计算线路第一侧位于T0时间点的电流I1T0和线路第二侧位于(T0+△t)时间点的电流I2T0+△t之差是否小于或等于预设电流差定值，若是，则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间未发生故障，否则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间发生故障。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二电流差动保护单元还用于通过所述通讯通道接收所述第一电流差动保护单元发送的所述第一电流信号和与所述第一电流信号对应的第一时标信号，并根据所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号、所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，包括：
所述第二电流差动保护单元还用于通过所述通讯通道接收所述第一电流差动保护单元发送的所述第一电流信号和与所述第一电流信号对应的第一时标信号，并根据所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号、所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号，以及线路电磁波传输时延△t，计算线路第一侧位于T0时间点的电流I1T0和线路第二侧位于(T0+△t)时间点的电流I2T0+△t之差是否小于或等于预设电流差定值，若是，则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间未发生故障，否则判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间发生故障。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线路电磁波传输时延为电磁波通过所述线路第一侧和所述线路第二侧之间的线路全长的时间。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通讯通道根据预设保护动作时间要求进行选取。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述通讯通道采用光纤。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一时间同步单元用于根据卫星或地面导航定位或授时系统记录采集所述第一电流信号时的第一时标信号；所述第二时间同步单元用于根据卫星或地面导航定位或授时系统记录采集所述第二电流信号时的第二时标信号。
8.根据权利要求1～7任一项所述的系统，其特征在于，所述线路第一侧与所述线路第二侧之间的架空线路长度大于250km。
9.根据权利要求1～7任一项所述的系统，其特征在于，所述线路第一侧与所述线路第二侧之间的电缆线路长度大于100km。
10.一种基于权利要求1～9任一项所述的线路电流差动保护实现系统的线路电流差动保护实现方法，其特征在于，包括：
所述第一电流传感器实时采集所述线路第一侧的一次电流并转化成第一电流信号；所述第二电流传感器实时采集所述线路第二侧的一次电流并转化成第二电流信号；
所述第一时间同步单元记录所述第一电流信号采集时的第一时标信号；所述第二时间同步单元记录所述第二电流信号采集时的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元实时接收所述第一电流传感器发送的所述第一电流信号以及所述第一时间同步单元发送的与所述第一电流信号对应的第一时标信号；所述第二电流差动保护单元实时接收所述第二电流传感器发送的所述第二电流信号以及所述第二时间同步单元发送的与所述第二电流信号对应的第二时标信号；
所述第一电流差动保护单元还实时通过所述通讯通道接收所述第二电流差动保护单元发送的所述第二电流信号和与所述第二电流信号对应的第二时标信号，并根据所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号、所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第一断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第二电流差动保护单元以使所述第二电流差动保护单元控制所述第二断路器跳闸以切除故障；
所述第二电流差动保护单元还通过所述通讯通道接收所述第一电流差动保护单元发送的所述第一电流信号和与所述第一电流信号对应的第一时标信号，并根据所述第一电流信号、与所述第一电流信号对应的第一时标信号、所述第二电流信号、与所述第二电流信号对应的第二时标信号，以及线路电磁波传输时延，计算同一电磁波在到达第一电流传感器和第二电流传感器时的电流信号差值，并根据所述电流信号差值以及预设电流差定值判断所述线路第一侧和所述线路第二侧之间是否发生故障，并在判断发生故障时控制所述第二断路器跳闸以切除故障和/或通知所述第一电流差动保护单元以使所述第一电流差动保护单元控制所述第一断路器跳闸以切除故障。
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