CN112564056B - 一种高温超导电缆故障保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温超导电缆故障保护系统，所述系统包括：主保护部分，包括设置于高温超导电缆M侧的第一保护设备和设置于高温超导电缆N侧的第二保护设备，所述第一保护设备与所述第二保护设备通过光纤通道连接；相间短路后备保护部分，包括设置于高温超导电缆上的电流速断保护装置、限时电流速断保护装置和功率方向继电器，所述电流速断保护装置和限时电流速断保护装置构成两段式电流保护；接地故障后备保护部分，包括于高温超导电缆上的零序过电流保护装置和零序方向继电器。通过本发明，能够有效在高温超导电缆故障时进行保护，更好保证超导电缆的运行安全。

Description

一种高温超导电缆故障保护系统

技术领域

本发明涉及高温超导电缆技术领域，具体涉及一种高温超导电缆故障保护系统。

背景技术

高温超导电缆与常规电力电缆一样，在挂网运行过程中，可能由于机械损伤、绝缘老化变质、化学腐蚀和过电压等原因造成绝缘损坏而发生短路故障，对超导电缆本身以及电力系统造成较大危害，为防止危害进一步扩大，需在超导电缆发生短路故障时快速切除超导电缆。因此，高温超导电缆需要配置相应的短路故障保护，以保证高温超导电缆和电力系统的运行安全。另一方面，超导电缆相邻元件发生故障时，可能导致超导电缆流过较大短路电流，造成整体失超。如果短路电流过大或持续时间较长，超导电缆温度将会超过极限温度，可能造成超导带材烧损等不可逆转的损坏。

发明内容

本发明旨在提出一种高温超导电缆故障保护系统，能够有效在高温超导电缆故障时进行保护，更好保证超导电缆的运行安全。

为此，本发明实施例提出一种高温超导电缆故障保护系统，所述系统包括：

主保护部分，包括设置于高温超导电缆M侧的第一保护设备和设置于高温超导电缆N侧的第二保护设备，所述第一保护设备与所述第二保护设备通过光纤通道连接，所述第一保护设备用于采集高温超导电缆M侧的电流数据I_M，所述第二保护设备用于采集高温超导电缆N侧的电流数据I_N；所述第一保护设备还用于通过所述光纤通道接收所述电流数据I_N，并根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；所述第二保护设备还用于通过所述光纤通道接收所述电流数据I_M，并根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；其中，所述电流数据I_M包括M侧的A、B、C相电流

所述电流数据I_N包括N侧的A、B、C相电流

相间短路后备保护部分，包括设置于高温超导电缆上的电流速断保护装置、限时电流速断保护装置和功率方向继电器，所述电流速断保护装置和限时电流速断保护装置构成两段式电流保护；所述电流速断保护装置用于根据流经高温超导电缆的短路电流数据判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时立即动作；所述限时电流速断保护装置用于根据流经高温超导电缆的短路电流数据判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时限时动作；所述功率方向继电器用于根据高温超导电缆的短路功率方向判断是否动作；

接地故障后备保护部分，包括于高温超导电缆上的零序过电流保护装置和零序方向继电器；所述零序过电流保护装置用于根据高温超导电缆的零序电流判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；所述零序方向继电器用于根据高温超导电缆的零序功率方向判断是否动作。

可选地，所述第一保护设备包括第一光纤分相电流差分保护装置和第一零序电流差动保护装置；

所述第一光纤分相电流差分保护装置设置有高定值分相电流差动保护动作和低定值分相电流差动保护动作；所述第一光纤分相电流差分保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第一差动电流和第一制动电流，并根据所述第一差动电流、第一制动电流、高定值、低定值判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；

所述第一零序电流差动保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第一零序差动电流，并根据所述第一零序差动电流判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时延时设定时间动作；

所述第二保护设备包括第二光纤分相电流差分保护装置和第二零序电流差动保护装置；

所述第二光纤分相电流差分保护装置设置有高定值分相电流差动保护动作和低定值分相电流差动保护动作；所述第二光纤分相电流差分保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第二差动电流和第二制动电流，并根据所述第二差动电流、第二制动电流、高定值、低定值判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；

所述第二零序电流差动保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第二零序差动电流，并根据所述第二零序差动电流判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时延时设定时间动作。

可选地，所述第一光纤分相电流差分保护装置和所述第二光纤分相电流差分保护装置的动作判据如下：

当I_D>I_H，或者I_D>0.6I_B且0<I_D<3I_H，或者I_D>0.8I_B-I_H且I_D≥3I_H时，所述光纤分相电流差分保护装置立即动作；当I_D>I_L，或者I_D>0.6I_B且0<I_D<3I_L，或者I_D>0.8I_B-I_H且I_D≥3I_L时，所述光纤分相电流差分保护装置延时25ms～40ms动作；其中，

为差动电流，

为制动电流，I_H为分相差动高定值，I_L为分相差动低定值；

所述第一零序电流差动保护装置和所述第二零序电流差动保护装置的动作判据如下：

当I_D0>I_CDSet，或者I_D0>0.75I_B0时，所述光纤零序电流差分保护装置延时100ms动作；其中，

为零序差动电流，I_CDSet为零序电流差动保护整定值，

为零序制动电流。

可选地，所述电流速断保护装置的动作判据如下：

当流经高温超导电缆的电流大于

时，判断高温超导电缆故障；其中，

为高温超导电缆的极限电流。

可选地，若下级元件装设有电流速断保护装置，则所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置与下级元件的电流速断保护装置配合，设置所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置的启动电流和动作时限分别为：

其中，

分别为高温超导电缆限时电流速断保护的动作电流、动作时间，

分别为下级元件电流速断保护的动作电流、动作时间，

是可靠系数，Δt是时间阶梯；

若灵敏性不满足预设要求或下级元件未装设电流速断保护装置，则所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置与下级元件的限时电流速断保护装置配合，设置所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置启动电流和动作时限分别为：

其中，

分别为高温超导电缆限时电流速断保护的动作电流、动作时间，

分别为下级元件限时电流速断保护的动作电流、动作时间，

是可靠系数，Δt是时间阶梯；

可选地，所述功率方向继电器功率方向元件采用90°接线方式；所述功率方向继电器的动作判据如下：

当

时，所述功率方向继电器动作；

分别为流入功率方向继电器的电压和电流，α为功率方向继电器的内角。

可选地，所述零序过电流保护装置的动作电流I_set.2和动作时间t₀₂满足以下条件：

I_set.2>K_relI_unb.max

t₀₂＝t₀₁+Δt

其中，I_unb.max为在下级线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流，I_set.1为下级元件零序过电流保护的动作电流，K_rel为可靠系数，K_rel为可靠系数，K_0.b为分支系数，t₀₁为下级元件零序过电流保护的动作时间。

可选地，所述零序功率方向继电器的动作判据如下：

当

时，所述零序功率方向继电器动作；其中，

为零序电压，

为零序电流，

本发明实施例提出一种高温超导电缆故障保护系统，以光纤电流差动保护为主保护，方向电流保护作为相间短路的后备保护，方向零序电流保护作为接地故障的后备保护，能够有效在高温超导电缆故障时进行保护，更好保证超导电缆的运行安全。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式中阐述。

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，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例中一种高温超导电缆故障保护系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中主保护部分示意图。

图3为本发明实施例中分相电流差动保护的制动特性示意图。

图4为本发明实施例中零序电流差动保护的制动特性示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

参阅图1，本发明实施例提出一种高温超导电缆故障保护系统，所述系统包括主保护部分、相间短路后备保护部分和接地故障后备保护部分；

其中，所述主保护部分，包括设置于高温超导电缆M侧的第一保护设备和设置于高温超导电缆N侧的第二保护设备，所述第一保护设备与所述第二保护设备通过光纤通道连接，所述第一保护设备用于采集高温超导电缆M侧的电流数据I_M，所述第二保护设备用于采集高温超导电缆N侧的电流数据I_N；所述第一保护设备还用于通过所述光纤通道接收所述电流数据I_N，并根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；所述第二保护设备还用于通过所述光纤通道接收所述电流数据I_M，并根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；其中，所述电流数据I_M包括M侧的A、B、C相电流

所述电流数据I_N包括N侧的A、B、C相电流

具体而言，参阅图2，主保护部分采用光纤电流差动保护，借助于线路光纤通道，实时地向对侧传送采样数据，同时接收对侧的采样数据，各侧保护利用本侧和对侧电流数据进行差动电流(动作电流)和制动电流计算，根据其制动特性方程进行判断，判为区内故障时动作跳闸，判为区外故障时不动作。

上述主保护部分保护原理简单，灵敏度高，耐受过渡电阻能力强，不受电力系统振荡、非全相运行、过负荷、线路串补电容、PT断线等复杂因素的影响，且动作速度快，能可靠反应高温超导电缆线路上各种类型的短路故障。

其中，所述相间短路后备保护部分，包括设置于高温超导电缆上的电流速断保护装置、限时电流速断保护装置和功率方向继电器，所述电流速断保护装置和限时电流速断保护装置构成两段式电流保护；所述电流速断保护装置用于根据流经高温超导电缆的短路电流数据判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时立即动作；所述限时电流速断保护装置用于根据流经高温超导电缆的短路电流数据判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时限时动作；所述功率方向继电器用于根据高温超导电缆的短路功率方向判断是否动作；

具体而言，考虑到高温超导电缆的运行方式有两种：开环运行和闭环运行，在闭环运行时，为了避免电流保护误动作，应加装方向元件，构成方向性电流保护。当超导电缆及其相邻元件发生相间短路故障时，流经超导电缆的短路电流很大，会造成超导电缆严重失超，在短时间内产生大量的焦耳热，使超导电缆的温度快速上升，为防止超导电缆因温度过高而发生不可逆转的损坏，要求相间短路电流保护在超导电缆及其相邻元件发生相间短路时快速动作，因此，在高温超导电缆的方向电流保护中，可配置动作速度较快的电流速断保护和限时电流速断保护，而定时限过电流保护由于动作时间较长，不予考虑。

在由电流速断保护和限时电流速断保护构成的两段式电流保护中，电流速断保护可作为超导电缆相间短路的主保护，同时与超导电缆失超保护中的过电流速断保护互为后备，提高超导电缆保护的冗余度和可靠性；而限时电流速断保护作为高温超导电缆主保护的近后备保护，可有效提高电力系统的供电可靠性。

其中，所述接地故障后备保护部分，包括于高温超导电缆上的零序过电流保护装置和零序方向继电器；所述零序过电流保护装置用于根据高温超导电缆的零序电流判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；所述零序方向继电器用于根据高温超导电缆的零序功率方向判断是否动作。

具体而言，高温超导电缆接入的10kV系统为中性点经小电阻接地系统，发生不对称接地短路时，会产生零序电流，因此，可在高温超导电缆上装设零序电流保护，用于反应接地故障，作为接地故障的后备保护。与电流速断保护相似，零序电流速断保护(Ⅰ段)的启动电流较大，当被保护线路较短时，保护范围很小甚至为零，故不装设零序Ⅰ段保护。由于超导电缆的零序电流保护需要与相邻10kV馈线的零序电流保护配合，而10kV馈线只配置了零序过电流保护(Ⅲ段)，如果同时在超导电缆上装设零序电流Ⅱ、Ⅲ段保护，则它们的动作时限都要比相邻10kV馈线的零序电流保护高一个时间阶梯，此时零序电流Ⅱ段失去存在的意义，故而本实施例中在高温超导电缆上只装设零序过电流保护(Ⅲ段)，即可作为超导电缆接地故障的近后备保护，也可作为相邻馈线接地故障的远后备保护。考虑到超导电缆可能采用闭环运行方式，需加装零序方向元件，构成方向零序过电流保护。

具体而言，保护动作是指保护装置输出跳闸信号至超导电缆的断路器，控制断路器跳闸，断开超导电缆，实现保护。

在一具体例子中，具体而言，主保护部分采用分相电流差动保护，分相电流差动保护比较线路两侧的全电流，而全电流是非故障状态下负荷电流和故障分量电流的叠加，在一般的内部短路情况下可以满足灵敏度要求。但是在重负荷情况下线路内部发生经大过渡电阻短路时，因为故障分量电流很小，而负荷电流很大，且为穿越性电流，对线路两侧全电流的大小及相位产生很大影响，会降低差动保护的动作灵敏度，甚至会造成差动保护的动作量小于制动量而拒动。考虑到高温超导电缆接入的10kV系统为中性点经小电阻接地系统，发生不对称接地短路时，会产生零序电流，故可在分相电流差动保护的基础上加装零序电流差动保护；电力系统正常运行时三相负荷电流对称不会产生零序电流，所以零序电流差动保护不受负荷电流的影响，且耐受过渡电阻能力较强，能较好地弥补分相电流差动保护的缺点。因此，本实施例中高温超导电缆采用光纤电流差动保护作为主保护时，同时配置光纤分相电流差动保护与零序电流差动保护。

其中，所述第一保护设备包括第一光纤分相电流差分保护装置和第一零序电流差动保护装置；

所述第一光纤分相电流差分保护装置设置有高定值分相电流差动保护动作和低定值分相电流差动保护动作；所述第一光纤分相电流差分保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第一差动电流和第一制动电流，并根据所述第一差动电流、第一制动电流、高定值、低定值判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；

所述第一零序电流差动保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第一零序差动电流，并根据所述第一零序差动电流判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时延时设定时间动作；

其中，所述第二保护设备包括第二光纤分相电流差分保护装置和第二零序电流差动保护装置；

所述第二光纤分相电流差分保护装置设置有高定值分相电流差动保护动作和低定值分相电流差动保护动作；所述第二光纤分相电流差分保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第二差动电流和第二制动电流，并根据所述第二差动电流、第二制动电流、高定值、低定值判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；

所述第二零序电流差动保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第二零序差动电流，并根据所述第二零序差动电流判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时延时设定时间动作。

具体而言，分相差动保护具体实现算法包括高定值差动和低定值差动，两者的动作特性类似，均为折线式比例制动特性。其中低定值分相电流差动保护的平台整定值较低，带25ms～40ms延时，以躲过暂态电容电流的影响。高定值电流差动保护的平台整定值按躲过暂态电容电流整定，其值较高，一般不带延时，以加快保护动作速度。超导电缆的电压等级为10kV，电容电流较小，一般无需做特殊处理。

在一具体例子中，所述第一光纤分相电流差分保护装置和所述第二光纤分相电流差分保护装置的动作判据如下：

当I_D>I_H，或者I_D>0.6I_B且0<I_D<3I_H，或者I_D>0.8I_B-I_H且I_D≥3I_H时，所述光纤分相电流差分保护装置立即动作；当I_D>I_L，或者I_D>0.6I_B且0<I_D<3I_L，或者I_D>0.8I_B-I_H且I_D≥3I_L时，所述光纤分相电流差分保护装置延时25ms～40ms动作；其中，

为差动电流，

为制动电流，I_H为分相差动高定值，I_L为分相差动低定值；

其中，分相电流差动保护的制动特性参阅图3。

所述第一零序电流差动保护装置和所述第二零序电流差动保护装置的动作判据如下：

当I_D0>I_CDSet，或者I_D0>0.75I_B0时，所述光纤零序电流差分保护装置延时100ms动作；其中，

为零序差动电流，I_CDSet为零序电流差动保护整定值，按内部高阻接地故障有足够灵敏度整定，

为零序制动电流。

其中，零序电流差动保护的制动特性参阅图4。

在一具体例子中，所述电流速断保护装置的动作判据如下：

当流经高温超导电缆的电流大于

时，判断高温超导电缆故障；其中，

为高温超导电缆的极限电流。

具体而言，本实施例保护系统适用于短线路高温超导电缆，例如长度为400米，其始端和末端短路电流的差别很小，如果电流速断保护按传统方法整定，其保护范围将很小甚至等于零，失去了保护的作用，而且当流经超导电缆的短路电流超过其极限电流时，较短时间内产生的热量就足以使超导带材烧损，故超导电缆电流速断保护应按照超导电缆的极限电流整定。

在一具体例子中，若下级元件装设有电流速断保护装置，则所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置与下级元件的电流速断保护装置配合，设置所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置的启动电流和动作时限分别为：

其中，

分别为高温超导电缆限时电流速断保护的动作电流、动作时间，

分别为下级元件电流速断保护的动作电流、动作时间，

是可靠系数，Δt是时间阶梯；

若灵敏性不满足预设要求或下级元件未装设电流速断保护装置，则所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置与下级元件的限时电流速断保护装置配合，设置所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置启动电流和动作时限分别为：

其中，

分别为高温超导电缆限时电流速断保护的动作电流、动作时间，

分别为下级元件限时电流速断保护的动作电流、动作时间，

是可靠系数，Δt是时间阶梯；

具体而言，限时电流速断保护需在任何情况下，能保护本线路(超导电缆)的全长，并且具有足够的灵敏性；在满足选择性要求的前提下，力求具有最小动作时限。由于限时电流速断保护必须保护本线路(超导电缆)的全长，故其保护范围必然要延伸到下级元件，为了缩短动作时限，优先考虑限时速断保护与下级元件速断保护配合，如灵敏性不足或下级元件未装设速断保护，则与下级元件限时速断保护配合。

在一具体例子中，所述功率方向继电器功率方向元件采用90°接线方式；所述功率方向继电器的动作判据如下：

当

时，所述功率方向继电器动作；

分别为流入功率方向继电器的电压和电流，α为功率方向继电器的内角。

具体而言，功率方向元件通过比较加入电压

和电流

的相位关系，判别短路功率的方向，当短路功率方向为由母线流向线路(正方向短路)时可靠动作，而当短路功率方向为由线路流向母线(反方向短路)时可靠不动作。

如果采用同相电压和电流作为

和

则在正方向出口附近短路接地时，故障相对地的电压很低，功率方向元件不能动作，称为“电压死区”。为了减小和消除电压死区，功率方向元件广泛采用90°接线方式。

如果用功率的形式表示，则所述功率方向继电器的动作判据为：

为了减小和消除三相短路时的死区，可以采用电压记忆回路并尽量提高继电器动作时的灵敏度。

在一具体例子中，所述零序过电流保护装置的动作电流I_set.2和动作时间t₀₂满足以下条件：

I_set.2>K_relI_unb.max

t₀₂＝t₀₁+Δt

其中，I_unb.max为在下级线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流，I_set.1为下级元件零序过电流保护的动作电流，K_rel为可靠系数，K_rel为可靠系数，K_0.b为分支系数，t₀₁为下级元件零序过电流保护的动作时间。

具体而言，零序过电流保护按照躲开在下级线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流I_unb.max整定，同时，本线路零序过电流保护的保护范围不能超出下级元件零序过电流保护的保护范围；本线路零序过电流保护与相邻线路零序过电流保护配合时，其动作时间t₀₂应比t₀₁高出一个时间阶梯。

在一具体例子中，零序功率方向元件接入零序电压

和零序电流

反应于零序功率方向而动作，当区内故障时，按常用的电流、电压正方向看，

超前于

为95°～110°(对应于保护安装地点背后的零序阻抗角为85°～70°的情况)，此时零序功率方向元件应可靠动作，并应工作在最灵敏的状态下，故零序方向元件的最大灵敏角取为

为了保证经过渡电阻短路，零序阻抗角在0°～90°范围内变化情况下正方向短路时，方向元件都能可靠动作，方向元件动作的角度应该有一个范围，如果取为

则所述零序功率方向继电器的动作判据如下：

当

时，所述零序功率方向继电器动作；其中，

为零序电压，

为零序电流，

需说明的是，由于越靠近故障点，零序电压越高，因此零序方向元件没有电压死区。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种高温超导电缆故障保护系统，其特征在于，所述系统包括：

主保护部分，包括设置于高温超导电缆M侧的第一保护设备和设置于高温超导电缆N侧的第二保护设备，所述第一保护设备与所述第二保护设备通过光纤通道连接，所述第一保护设备用于采集高温超导电缆M侧的电流数据I_M，所述第二保护设备用于采集高温超导电缆N侧的电流数据I_N；所述第一保护设备还用于通过所述光纤通道接收所述电流数据I_N，并根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；所述第二保护设备还用于通过所述光纤通道接收所述电流数据I_M，并根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；其中，所述电流数据I_M包括M侧的A、B、C相电流

所述电流数据I_N包括N侧的A、B、C相电流

相间短路后备保护部分，包括设置于高温超导电缆上的电流速断保护装置、限时电流速断保护装置和功率方向继电器，所述电流速断保护装置和限时电流速断保护装置构成两段式电流保护；所述电流速断保护装置用于根据流经高温超导电缆的短路电流数据判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时立即动作；所述限时电流速断保护装置用于根据流经高温超导电缆的短路电流数据判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时限时动作；所述功率方向继电器用于根据高温超导电缆的短路功率方向判断是否动作；

接地故障后备保护部分，包括于高温超导电缆上的零序过电流保护装置和零序方向继电器；所述零序过电流保护装置用于根据高温超导电缆的零序电流判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；所述零序方向继电器用于根据高温超导电缆的零序功率方向判断是否动作；

所述第一保护设备包括第一光纤分相电流差分保护装置和第一零序电流差动保护装置；

所述第一光纤分相电流差分保护装置设置有高定值分相电流差动保护动作和低定值分相电流差动保护动作；所述第一光纤分相电流差分保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第一差动电流和第一制动电流，并根据所述第一差动电流、第一制动电流、高定值、低定值判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；

所述第一零序电流差动保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第一零序差动电流，并根据所述第一零序差动电流判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时延时设定时间动作；

所述第二保护设备包括第二光纤分相电流差分保护装置和第二零序电流差动保护装置；

所述第二光纤分相电流差分保护装置设置有高定值分相电流差动保护动作和低定值分相电流差动保护动作；所述第二光纤分相电流差分保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第二差动电流和第二制动电流，并根据所述第二差动电流、第二制动电流、高定值、低定值判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时动作；

所述第二零序电流差动保护装置用于根据所述电流数据I_M和所述电流数据I_N计算第二零序差动电流，并根据所述第二零序差动电流判断高温超导电缆是否故障，并当判断故障时延时设定时间动作；

所述第一光纤分相电流差分保护装置和所述第二光纤分相电流差分保护装置的动作判据如下：

当I_D>I_H，或者I_D>0.6I_B且0<I_D<3I_H，或者I_D>0.8I_B-I_H且I_D≥3I_H时，所述光纤分相电流差分保护装置立即动作；当I_D>I_L，或者I_D>0.6I_B且0<I_D<3I_L，或者I_D>0.8I_B-I_H且I_D≥3I_L时，所述光纤分相电流差分保护装置延时25ms～40ms动作；其中，

为差动电流，

为制动电流，I_H为分相差动高定值，I_L为分相差动低定值；

所述第一零序电流差动保护装置和所述第二零序电流差动保护装置的动作判据如下：

当I_D0>I_CDSet，或者I_D0>0.75I_B0时，所述光纤零序电流差分保护装置延时100ms动作；其中，

为零序差动电流，I_CDSet为零序电流差动保护整定值，

为零序制动电流。

2.根据权利要求1所述的高温超导电缆故障保护系统，其特征在于，所述电流速断保护装置的动作判据如下：

当流经高温超导电缆的电流大于

时，判断高温超导电缆故障；其中，

为高温超导电缆的极限电流。

3.根据权利要求2所述的高温超导电缆故障保护系统，其特征在于，

若下级元件装设有电流速断保护装置，则所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置与下级元件的电流速断保护装置配合，设置所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置的启动电流和动作时限分别为：

其中，

分别为高温超导电缆限时电流速断保护的动作电流、动作时间，

分别为下级元件电流速断保护的动作电流、动作时间，

是可靠系数，Δt是时间阶梯；

若灵敏性不满足预设要求或下级元件未装设电流速断保护装置，则所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置与下级元件的限时电流速断保护装置配合，设置所述相间短路后备保护部分的限时电流速断保护装置启动电流和动作时限分别为：

其中，

分别为高温超导电缆限时电流速断保护的动作电流、动作时间，

分别为下级元件限时电流速断保护的动作电流、动作时间，

是可靠系数，Δt是时间阶梯。

4.根据权利要求1所述的高温超导电缆故障保护系统，其特征在于，所述功率方向继电器功率方向元件采用90°接线方式；所述功率方向继电器的动作判据如下：

当

时，所述功率方向继电器动作；

分别为流入功率方向继电器的电压和电流，α为功率方向继电器的内角。

5.根据权利要求1所述的高温超导电缆故障保护系统，其特征在于，所述零序过电流保护装置的动作电流I_set.2和动作时间t₀₂满足以下条件：

I_set.2>K_relI_unb.max

t₀₂＝t₀₁+Δt

其中，I_unb.max为在下级线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流，I_set.1为下级元件零序过电流保护的动作电流，K_rel为可靠系数，K_0.b为分支系数，t₀₁为下级元件零序过电流保护的动作时间，Δt是时间阶梯。

6.根据权利要求1所述的高温超导电缆故障保护系统，其特征在于，所述零序方向继电器的动作判据如下：

当

时，所述零序方向继电器动作；其中，

为零序电压，

为零序电流，

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