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1、4.4 4.4 纵联电流差动保护纵联电流差动保护纵联电流差动保护纵联电流差动保护纵联电流相位差动保护纵联电流相位差动保护4.4.1 4.4.1 纵联电流差动保护原理纵联电流差动保护原理 KD4.4.1 纵联电流差动保护原理 在在正常行运行及区外故障正常行运行及区外故障时，时， ，流过差动，流过差动继电器的电流（不平衡电流）为：继电器的电流（不平衡电流）为：电流继电器正确动作时，电流继电器正确动作时，差动电流（动作电流）差动电流（动作电流） 应躲应躲过最大不平衡电流，即：过最大不平衡电流，即：4.4.1 纵联电流差动保护原理 在工程上，不平衡电流稳态值采用电流互感器的在工程上，不平衡电流稳态值采
2、用电流互感器的10%10%的误差曲线按下式计算：的误差曲线按下式计算：当两侧互感器的型号、容量相同时取当两侧互感器的型号、容量相同时取0.5，不同取，不同取1。非周期分量系数。非周期分量系数。 外部短路时流过互感器的短路电流（二次值）。外部短路时流过互感器的短路电流（二次值）。可见：不平衡电流的大小和外部短路电流的大小有关，短路可见：不平衡电流的大小和外部短路电流的大小有关，短路电流越大，不平衡电流越大。电流越大，不平衡电流越大。4.4.1 纵联电流差动保护原理 因此，差动保护的判据有两种思路：因此，差动保护的判据有两种思路： （1 1）躲过最大不平衡电流）躲过最大不平衡电流I，这种方法可以防
3、止区外，这种方法可以防止区外短路的误动，但对区内故障则降低了差动保护的灵敏度；短路的误动，但对区内故障则降低了差动保护的灵敏度； （2 2）采用浮动门坎，即带制动特性的差动保护。因）采用浮动门坎，即带制动特性的差动保护。因为区外故障时流过差动回路的不平衡电流与短路电流的为区外故障时流过差动回路的不平衡电流与短路电流的大小有关系，短路电流小，不平衡电流也越小，因此可大小有关系，短路电流小，不平衡电流也越小，因此可以根据短路电流的大小调整差动保护的动作门坎。以根据短路电流的大小调整差动保护的动作门坎。4.4.1 纵联电流差动保护原理 外部短路时穿过两侧电流互感器的外部短路时穿过两侧电流互感器的实际
4、短路电流实际短路电流 可以可以采用以下方法计算：采用以下方法计算： 在差动继电器的设计中，差动的动作门坎随着 的增大而增大， 起制动作用，称为制动电流。动作方程为：比率制动方式比率制动方式标积制动方式标积制动方式4.4.1 纵联电流差动保护原理（1 1）不带制动特性的差动继电器特性）不带制动特性的差动继电器特性 动作方程：动作方程： 的选择方法：的选择方法： 1 1）躲过外部短路时的最大不平衡电流）躲过外部短路时的最大不平衡电流 2 2）躲过最大负荷电流）躲过最大负荷电流外部短路时流过电流互感器外部短路时流过电流互感器的最大短路电流（二次值）的最大短路电流（二次值）线路正常运行时的最大负荷电流
5、的二次值线路正常运行时的最大负荷电流的二次值取两者中的较大者作为整定值取两者中的较大者作为整定值。可靠系数，取可靠系数，取1.22非周期分量系数，差动回路非周期分量系数，差动回路采用速饱和变流器时取采用速饱和变流器时取1；采用串联电阻时取采用串联电阻时取1.52；互感器互感器10%误差系数误差系数4.4.1 纵联电流差动保护原理（1 1）不带制动特性的差动继电器特性）不带制动特性的差动继电器特性 灵敏度检验：灵敏度检验：保护应满足在单侧电源运行发生保护应满足在单侧电源运行发生内部短路时有足够灵敏度的要求。内部短路时有足够灵敏度的要求。单侧最小电源作用且被保护线路末端短路时，流过保护的最小短路电
6、流。 若纵差动保护不满足灵敏度要求，可采用带制动特性若纵差动保护不满足灵敏度要求，可采用带制动特性的纵差动保护。的纵差动保护。4.4.1 纵联电流差动保护原理（2 2）带制动特性的差动继电器特性）带制动特性的差动继电器特性 这种原理的差动继电器有两组线圈：制动线圈和动作线圈。这种原理的差动继电器有两组线圈：制动线圈和动作线圈。制动线圈流过两侧互感器的电流之差（循环电流）制动线圈流过两侧互感器的电流之差（循环电流） ，动作线圈流过两侧互感器的电流之和动作线圈流过两侧互感器的电流之和 ，动作条件为：，动作条件为：很小，克服继电器机械摩擦或保证电路状态发生翻转做需要的值。制动系数，在01之间选择。4
7、.4.1 纵联电流差动保护原理区外故障时（区外故障时（k2k2点短路），点短路）， 很大，制动作用强很大，制动作用强很小，动作作用弱很小，动作作用弱提高了外部短路时提高了外部短路时不动作的可靠性。不动作的可靠性。4.4.1 纵联电流差动保护原理区内故障时（区内故障时（k1k1点短路），点短路）， 较小，制动作用较弱较小，制动作用较弱很大，动作作用很强很大，动作作用很强提高了内部短路时提高了内部短路时保护动作的灵敏性保护动作的灵敏性4.4.4.4.2 2 纵联电流相位差动保护纵联电流相位差动保护相位相位差动保护的工作原理差动保护的工作原理 纵联电流差动保护纵联电流差动保护要求传输两端的电流相量，
8、对传输要求传输两端的电流相量，对传输设备的容量和速率都有较高的要求，并要求两端的数据要设备的容量和速率都有较高的要求，并要求两端的数据要严格同步，利用电力线载波通道很难满足要求。因此纵联严格同步，利用电力线载波通道很难满足要求。因此纵联电流差动保护主要用于发电机、变压器和母线等元件上。电流差动保护主要用于发电机、变压器和母线等元件上。 纵联电流相位差动保护纵联电流相位差动保护仅利用输电线路的两端电流相仅利用输电线路的两端电流相位在区外短路时相差位在区外短路时相差180180、区内短路时相差、区内短路时相差00来区分故来区分故障范围障范围。此时需要传递两端各自的相位信息，。此时需要传递两端各自的
9、相位信息，需要传递的需要传递的信息量小。信息量小。4.4.2 纵联电流相位差动保护 在传递相位信息时，两端保护在传递相位信息时，两端保护仅在本端正半波（负半仅在本端正半波（负半波）时启动发信机发送高频信号波）时启动发信机发送高频信号，这样外部故障时两端电，这样外部故障时两端电流按照规定的正方向相位为反相，则输电线路上将出现连流按照规定的正方向相位为反相，则输电线路上将出现连续的高频信号；若是内部故障，两端电流近似同相，输电续的高频信号；若是内部故障，两端电流近似同相，输电线路上将出现间断的高频信号。线路上将出现间断的高频信号。 因此可以从高频信号的连续和间断反应两端电流相位因此可以从高频信号的
10、连续和间断反应两端电流相位比较结果，构成相位纵联保护。比较结果，构成相位纵联保护。 下面结合图形具体说明。下面结合图形具体说明。区外故障时180360180 360 当某端的电流处于正半波时，由该端保护向输电线上发出高频信号。当某端的电流处于正半波时，由该端保护向输电线上发出高频信号。该高频信号可以同时被本端保护和对端保护所接收。该高频信号可以同时被本端保护和对端保护所接收。 可见，区外故障时，两端电流反向，输电线路上可见，区外故障时，两端电流反向，输电线路上存在连续的存在连续的高频信号。高频信号。区内故障时180360180 360 可见，区内故障时，两端电流同相，可见，区内故障时，两端电流
11、同相，向线路发送高频信号的时刻基本向线路发送高频信号的时刻基本相同，因此，相同，因此，输电线路上的高频信号是不连续的。输电线路上的高频信号是不连续的。过过滤滤器器&启启发发信信收收信信跳闸跳闸对称短路时启动不对称短路时启动发信机操作元件，正波发信启动跳闸元件故障启动发信机元件收信比较时间收信比较时间元件，功能分元件，功能分析见后页析见后页收信比较时间 元件 时间元件时间元件 在收到输电线路上的高频信号后，将延时在收到输电线路上的高频信号后，将延时 后有输出，并展后有输出，并展宽宽 时间。时间。延时延时 时间才有输出的原因时间才有输出的原因区外故障区外故障区内故障区内故障区外故障区外故障时，延时
12、时，延时 后，仍然有高频信号，保护不跳闸；后，仍然有高频信号，保护不跳闸；区内故障时，延时区内故障时，延时 后，高频信号出现了间断，保护跳后，高频信号出现了间断，保护跳闸。闸。 实际上，考虑短路前两侧电势的相角差、分布电容的影响、高频信号实际上，考虑短路前两侧电势的相角差、分布电容的影响、高频信号的传输延迟等因素，在区外短路时受到的高频信号不完全连续，内部短路的传输延迟等因素，在区外短路时受到的高频信号不完全连续，内部短路时，高频电流间断的时间也会小于半个周波，因而需要对时，高频电流间断的时间也会小于半个周波，因而需要对t3t3进行整定。进行整定。4.4.2 纵联电流相位差动保护相位相位差动保
13、护的动作特性和相继动作差动保护的动作特性和相继动作 纵联电流相位差动保护的纵联电流相位差动保护的闭锁角闭锁角及其整定及其整定：为了保证：为了保证在任何外部短路条件下保护都不误动，需要分析区外短路在任何外部短路条件下保护都不误动，需要分析区外短路时两侧收到的高频电流之间可能出现的最大不连续时间，时两侧收到的高频电流之间可能出现的最大不连续时间，据此得到据此得到对应工频的相角差对应工频的相角差，以整定，以整定t3t3延时。延时。4.4.2 纵联电流相位差动保护（1 1）区外故障）区外故障 考虑互感器误差：考虑互感器误差：+7+7 考虑器件延时：考虑器件延时：+15+15 考虑传播延时：考虑传播延时
14、：+ + 考虑裕量考虑裕量 ：+15+15 闭锁角：闭锁角：4.4.2 纵联电流相位差动保护180360180360 由于各种因素的影响，在区外故障时，高频信号可能由于各种因素的影响，在区外故障时，高频信号可能出现间断，间断角为出现间断，间断角为 ，可见，只有合理设置时间，可见，只有合理设置时间t3t3才能够防止其误动作。才能够防止其误动作。 4.4.2 纵联电流相位差动保护 当按照上述原则整定闭锁角以后，还要校验在区内短路当按照上述原则整定闭锁角以后，还要校验在区内短路最不利于动作时保护的动作灵敏度。最不利于动作时保护的动作灵敏度。 对于如图所示的系统：对于如图所示的系统： MN超前超前 约
15、约7070，设在靠近，设在靠近N N侧发生三相短路；侧发生三相短路；M M侧电流侧电流 滞后滞后 的角度考虑最不利情况，设为的角度考虑最不利情况，设为6060；N N侧电流侧电流 滞后滞后 的角度考虑最不利情况，设为的角度考虑最不利情况，设为9090；因此两侧电流相位差可达到因此两侧电流相位差可达到100100。4.4.2 纵联电流相位差动保护 当按照上述原则整定闭锁角以后，还要校验在区内短路当按照上述原则整定闭锁角以后，还要校验在区内短路最不利于动作时保护的动作灵敏度。最不利于动作时保护的动作灵敏度。 对于如图所示的系统：对于如图所示的系统： MN4.4.2 纵联电流相位差动保护 保护动作的
16、判据为两侧电流同相位，而此时两侧电流保护动作的判据为两侧电流同相位，而此时两侧电流相位相差相位相差100100，因此，对保护动作很不利。，因此，对保护动作很不利。 若再考虑互感器误差、保护装置的角度误差和高频信若再考虑互感器误差、保护装置的角度误差和高频信号由滞后的号由滞后的N N侧传输到侧传输到M M侧的时间延迟，则在侧的时间延迟，则在M M侧收到的高侧收到的高频信号相位差最大可达：频信号相位差最大可达： 随着线路的增长，两侧电流相位差增大，高频信号不随着线路的增长，两侧电流相位差增大，高频信号不连续的间隔缩短，有可能进入不动作区。连续的间隔缩短，有可能进入不动作区。 如下图所示。如下图所示
17、。MN180360延迟延迟4.4.2 纵联电流相位差动保护 若再考虑互感器误差、保护装置的角度误差和高频信若再考虑互感器误差、保护装置的角度误差和高频信号由滞后的号由滞后的M M侧传输到侧传输到N N侧的时间延迟，则在侧的时间延迟，则在N N侧收到的高侧收到的高频信号相位差最大可达：频信号相位差最大可达： 随着线路的增长，两侧电流相位差减小，高频信号不随着线路的增长，两侧电流相位差减小，高频信号不连续的间隔增加，则保护可以动作。连续的间隔增加，则保护可以动作。 如下图所示。如下图所示。（2 2）区内故障）区内故障 MN180360延迟延迟4.4.2 纵联电流相位差动保护 从上述分析可以看到，由
18、于误差的影响，从上述分析可以看到，由于误差的影响，M M侧保护可能侧保护可能不能跳闸，为了解决这一问题，当不能跳闸，为了解决这一问题，当N N侧跳闸后，则停发高侧跳闸后，则停发高频信号，频信号，M M侧则只能收到自己发出的高频信号，间隔侧则只能收到自己发出的高频信号，间隔180180，满足跳闸条件，随机跳闸。，满足跳闸条件，随机跳闸。 这种一侧保护随着另一侧保护动作而动作的情况称为这种一侧保护随着另一侧保护动作而动作的情况称为保护的保护的“相继速动相继速动”，保护的相继速动使得一侧的保护切，保护的相继速动使得一侧的保护切除故障时间减慢。除故障时间减慢。4.4.4.4.3 3 影响纵联电流差动保
19、护正确动作的因素影响纵联电流差动保护正确动作的因素1.1.电流互感器误差和不平衡电流电流互感器误差和不平衡电流 由纵联电流差动保护的原理可知，在外部短路情况下，由纵联电流差动保护的原理可知，在外部短路情况下，输电线两侧一次电流虽然大小相等，方向相反，理论上其输电线两侧一次电流虽然大小相等，方向相反，理论上其和为零，但由于电流互感器传变的幅值误差和相位误差，和为零，但由于电流互感器传变的幅值误差和相位误差，使其和不再等于零，保护可能进入动作区。使其和不再等于零，保护可能进入动作区。 为了减少不平衡电流，输电线路两端应采用型号相同、为了减少不平衡电流，输电线路两端应采用型号相同、磁化特性一致、铁芯截面积较大的高精度的电流互感器。磁化特性一致、铁芯截面积较大的高精度的电流互感器。4.4.3 影响纵联电流差动保护正确动作的因素2 2 输电线路的分布电容电流及其补偿措施输电线路的分布电容电流及其补偿措施 由于线路具有分布电容，正常运行和外部短路时线路由于线路具有分布电容，正常运行和外部短路时线路两端电流之和不为零，而为线路电容电流。对于一般长度两端电流之和不为零，而为线路电容电流。对于一般长度的输电线路，可以将分布参数等值为集中参数来分析，如的输电线路，可以将分布参数等值为集中参数来分析，如图所示。图所示。
