第43卷第13期电力系统保护与控制 Vol.43 No.13 2015年7月1日 Power System Protection and Control Jul. 1, 2015 光伏T接高压配电网电流差动保护研究
王 婷1，刘 渊1,2，李凤婷1，贾言争3，何世恩4，李育强1
(1.新疆大学教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830047；
2.国网昌吉供电公司，新疆 昌吉 831100；
3.国网哈密供电公司，新疆 哈密 839000；
4.国家电网甘肃省电力公司风电技术中心，甘肃 兰州730050）
摘要：分析了光伏电站故障电流的特性，研究了两个目前常用电流差动保护判据应用在光伏T接线路上存在的问题。
研究结果表明，传统T接线路差动保护判据不能同时满足内部故障的灵敏性和外部故障的可靠性。结合光伏电源故障电流特点，提出了适合于光伏T接线路电流差动保护的综合判据。对改进后的判据进行了大量的仿真试验，仿真结果表明，该判据能满足区内故障时的灵敏性和区外故障时的可靠性，并且具有很强的抗过渡电阻的能力。
关键词：光伏；T接线路；电流差动保护；综合判据
Research on the current differential protection where PV access to the
high voltage distribution network with T-type
WANG Ting1, LIU Yuan1, 2, LI Fengting1, JIA Yanzheng3, HE Shien4, LI Yuqiang1
(1. Engineering Research Center of Education Ministry for Renewable Energy Power Generation and Grid Technology,
Xinjiang University, Urumqi 830047, China; 2. State Grid Changji Power Supply Company, Changji 831100, China;
3. State Grid Hami Power Supply Company, Hami 839000, China;
4. Wind Power Technology Center,
Gansu Electric Power Corporation, Lanzhou 730050, China)
Abstract: The characteristic of fault current of photovoltaic power is analyzed. Research on the problems that two traditional criterions of current differential protection used in photovoltaic T-type line has done and results show that traditional criterions cannot simultaneously meet the sensitivity and reliability. Combining with the characteristic of fault current of photovoltaic power, a synthesis criterion of current differential protection suitable for photovoltaic T-type line is proposed. A lot of simulation has done and simulation results show that the synthesis criterion can not only satisfy the sensitivity and reliability but also has a strong resistance to the fault resistance.
This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51267019 and No. 51367017).
Key words: photovoltaic power; T-type line; current differential protection; synthesis criterion
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2015)13-0060-06
0 引言
随着电力负荷的不断增长和电网密度的增加，输电线路廊道变得非常紧缺，为了节约建设成本，光伏T接配电网的实际应用越来越多。大规模光伏电站T接配电网改变了系统的网架结构和潮流分布，给继电保护带来了挑战，光伏接入系统保护成为研究热点。文献[1-4]研究了光伏电站接入容量、位置对
基金项目：国家自然科学基金项目(51267019，51367017）;国家电网科技项目(52272713039Y) 电流三段式保护产生的影响。文献[5]提出了以三端故障分量中的电流矢量和作为电流差动保护判据的制动量的新判据。文献[6]提出了以故障分量中电流的最大值作为差动判据制动量的新判据。目前对T接线路电流差动保护的研究对象大部分都是常规电源[7-10]，结合光伏特点，对光伏T接线路电流差动保护的研究很少。
本文在分析光伏T接配电网对保护影响的基础上，研究了目前常用的两种电流差动保护传统判据应用于光伏T接线路存在的问题，结合光伏电源的特性，提出了适用于光伏T接线路的综合判据。在
1、引言 高压输电线路采用基于基尔霍夫定理分相电流差动，做为线路保护的主保护，越来越多在高压、超高压输电线路中采用，它具有良好的选择性，能灵敏地、快速地切除保护区内地故障。输电线路双端差动电流保护中，需要两侧的电流，两侧电流在同一基准值下比较，即两侧电流统一到同一标么值。如果线路保护两侧CT变比不同，保护装置直接采用采样的二次电流差动运算，在正常运行状态负荷电流的影响会出现差动电流，区外故障保护装置亦会出现差动电流，导致保护装置误动作，线路差动保护需解决两侧CT 变比不一致的问题。 2．解决CT变比不一致的常规方法 线路差动保护解决CT变比不一致常规的方法有两种，均为需要本侧整定一项定值，该项定值为本侧CT变比与对侧变比的相互关系。以下介绍这两种方法： 1）整定两侧CT变比的比值 保护装置定值中的一项定值为两侧TA变比系数K CT，K CT=CT M/CT N,即两侧CT变比的比值,CT M为本侧CT变比，CT N为对侧CT变比。例如：本侧一次电流互感器变比为1250/5，对侧变比为2500/1，则本侧变比系数K CTM=0.1，对侧变比系数K CTN＝10，假设区外故障系统一次电流5000A,本侧二次电流20A,对侧二次电流2A,本侧二次电流与本侧变比系数相乘为2A,与对侧传送过来的二次电流相等，为同一基准值，对侧也同样处理。 2）整定大的一侧为1，小的一侧为与大的一侧之比 将电流一次额定值大的一侧整定为1，小的一侧整定为本侧电流一次额定值于对侧电流一次额定值的比值，该方法与两侧的电流二次额定值无关。例如：本侧一次电流互感器变比为1250/5，对侧变比为2500/1，则本侧TA变比系数K CT=0.5，对侧K CT=1。假设区外故障系统一次电流5000A,本侧二次电流20A,对侧二次电流2A,本侧二次电流与本侧变比系数相乘为10A,除以本侧额定电流为2A，与对侧传送过来的二次电流相等，为同一基准值，对侧也同样处理。 该两种方法均需知道本侧CT与对侧的关系，通道传送的是二次电流值，传输数据不需处理，传输数据不会溢出，缺点是本侧定值与对侧CT变比有关，不便于运行管理。 3．整定本侧CT变比、传送一次电流法 采用了自动适应于CT变比不一致的方法，仅整定本侧CT变比与对侧CT变比无关。利用输电线路一次电流相同的基本原理，在保护通道中不再传输电流二次采样值，而是传输由二次采样值根据本侧CT变比而处理后得到的一次电流值。 保护装置本侧采样所得二次电流I M值不再直接通过通道传到对侧，而要根据本侧的CT变比CT M将二次电流值I M转化为系统一次电流值，把转换后的本侧一次电流值通过差动通道传到对侧。转换公式如下： I M1=I M CT M(1) 其中：I M1为本侧一次电流值。 在实际的应用中，需要考虑I M1在很大时可能溢出的问题。一般要求在满足电力系统最大CT变比及保护装置最大精工电流的条件下，有I M1几种型号的分相电流差动保护的异同
几种常见型号的分相电流差动保护的比较 本文将对目前工区范围内常见的几种分相电流差动的保护原理，装置结构、日常运行操作等方面做一个简要的介绍和比较，从而找出其共性和不同之处，为日常运行工作提供参考。 1. 分相电流差动的基本原理 1) 基本原理 保护通过通讯通道把一端的带有时标的电流信息数据传送到另一端，各侧保护利用本地和对侧电流数据按相将同一时刻的电流值进行差动电流计算，比较两端的电流的大小与相位，以此判断出是正常运行、区内故障还是区外故障。 以母线指向线路为正方向，根据基尔霍夫电流定律，在不考虑电容电流和CT 采样误差的情况下：正常运行或区外故障时一侧电流由母线流向线路，为正值，另一侧电流由线路流向母线，为负值，两电流大小相同，方向相反，所以0M N I I += ，差流元件不动作。区内故障时两侧实际短路电流都是由母线流向线路，和参考方向一致，都是正值，差动电流会很大，满足差动方程，差流元件动作。 2) 与相差高频在原理上的区别 相差高频保护是比较被保护线路两侧电流相位的高频保护。当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁，两侧电流相位相反时保护动作跳闸。 两者区别在于相差高频不比较电流值只比较相位，分相电流差动同时比较两侧的电流幅值和相位。 3) 保护的通道 分相电流差动保护需要将线路两端的电流信息进行比较，应此要有专门的通道来传输这些电流信息，目前保护通道主要有载波通道与光纤通道。由于光纤通道具有可靠性好，传输信息量大的优点，因此分相电流差动保护均使用光纤通道。 光纤通道分为两种：一种为复用通道，另一种为专用通道。 专用光纤通道：专用纤芯方式相对比较简单，运行的可靠性也比较高 ，220kV 及以下线路光纤保护多采用专用纤芯方式 复用光纤通道：两地之间通过通信网通信。由于通信网是复用的，所以需要用通信设备进行信号的复接。多用于500kV 长距离输电线路。 2. 分相电流差动保护的优势 与高频距离、相差高频等纵联保护相比分相电流差动主要有以下优点： A. 分相电流的差动保护中只要引入电流量就能实现故障判别，而无需引入电压量。因 而在原理上得到了很大的简化。 B. 分相电流差动保护中只对电流值进行测量计算，不对故障距离阻抗进行计算，因此 提高了耐过渡电阻的能力。 C. 分相电流差动保护中只要对两端电流差值和相位进行测量计算就能明确选出故障 相，故障选相变得非常容易，而这在其它保护方法中是难点。 D. 分相电流差动保护不受系统振荡影响。在系统振荡时两端电流方向与正常时相同， 相位的摆动完全一致，即使在系统振荡时发生故障，保护装置也能根据两端电流相位变化正确动作。
一、发电机相间短路的纵联差动保护 将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD接于其差回路中，当正常运行或外部故障时，I1与I2反向流入，KD的电流 为1 1 TA I n -2 2 TA I n = 1 I'- 2 I'≈0 ，故KD不会动作。当在保护 区内K2点故障时，I1与I2 同向流入，KD的电流为： 1 1 TA I n +2 2 TA I n = 1 I'+ 2 I'=2k TA I n 当2k TA I n 大于KD的整定值时，即 1 I'-(3) max max / unb st unp i k TA I K K f I n =≠ 0 ,KD动作。这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部故障时，2k TA I n ≥I set ，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb表示。通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb增大，一般外部短路电流越大，Iunb就可能越大，其最大值可达： .min .min.min () brk brk op ork brk op I I I K I I I > ≥≤+ 式中：Kst——同型系数，取0.5； Kunp——非周期性分量影响系数，取为1～1.5； fi ——TA的最大数值误差，取0.1。 为使KD在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作，KD的动作值必须大于最大平衡电流Iunb.max，即Iop=KrelIunb.max (Krel为可靠系数，取1.3）。Iunb.max越大，动作值Iop就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg
首先，光纤差动保护的原理和一般的纵联差动保护原理基本上是一样的，都是保护装置通过计算三相电流的变化，判断三相电流的向量和是否为零来确定是否动作，当接在电流互感器的二次侧的电流继电器（包括零序电流）中有电流流过达到保护动作整定值是，保护就动作，跳开故障线路的开关。即使是微机保护装置，其原理也是这样的。 但是，光纤差动保护采用分相电流差动元件作为快速主保护，并采用PCM光纤或光缆作为通道，使其动作速度更快，因而是短线路的主保护！另外，光纤差动保护和其它差动保护的不同之处，还在于所采用的通道形式不同。纵联保护的通道一般有以下几种类型： 1.电力线载波纵联保护，也就是常说的高频保护，利用电力输电线路作为通道传输高频信号； 2.微波纵联保护，简称微波保护，利用无线通道，需要天线无线传输； 3.光纤纵联保护，简称光纤保护，利用光纤光缆作为通道； 4.导引线纵联保护，简称导引线保护，利用导引线直接比较线路两端电流的幅值和相位，以判别区内、区外故障。 差动保护 差动保护是输入CT（电流互感器）的两端电流矢量差，当达到设定的动作值时启动动作元件。保护范围在输入CT的两端之间的设备（可以是线路，发电机，电动机，变压器等电气设备）。
中文名 差动保护 外文名 Differential protection 目录 1.1概述 2.2原理 3.3技术参数 4.?环境条件 1.?工作电源 2.?控制电源 3.?交流电流回路 4.?交流电压回路 5.?开关量输入回路 1.?继电器输出回路 2.4功能 3.5主要措施 4.6缺点 概述编辑
电流差动保护是继电保护中的一种保护。正相序是A超前B,B超前C各是120度。反相序（即是逆相序）是 A 超前C,C超前B各是120度。有功方向变反只是电压和电流的之间的角加上180度，就是反相功率，而不是逆相序[1]。 差动保护是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的。 差动保护把被保护的电气设备看成是一个节点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，上位机报警保护出口动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。 原理编辑 差动保护
L90 技术规范指南 固件修订版 3.00 用于2或3终端输电线路的保护继电器应为综合型数字式继电器，该继电器应具备输电线路保护、故障测距、控制、监视和测量功能，而且，该继电器应能集成于变电站综合自动化系统中。保护系统应能实现三相跳闸逻辑或单相跳闸逻辑。 该继电器应具有自同步功能，其操作无需外部时钟信号，它应使用具备通讯丢失检测和报警功能的专用光纤通讯方式，通讯通道应具备确定通道工况、测量和连续补偿通道延时功能。 I．保护功能： 电流差动保护 ?电流差动保护应为具有自适应制动功能的相隔离保护 ?电流差动保护应适用于串联补偿线路 ?对于长距离的架空线路或电缆应用场合，电流差动保护应包括充电电流补偿功能 ?电流差动保护应能通过使用一次电流差动通讯方式集成直传跳闸（DTT）功能，直传跳闸或通过电流差动内部发送信号，或通过外部发送信号 ?应配备8个用户自定义纵联差动整定位，纵联方案通过一次电流差动通讯实现 ?继电器ID检查应支持直接光纤通讯接口、G.703通讯接口或RS422通讯接口 ?对于线路中带有抽头变压器的应用情况，应具备零序电流去除功能 ?应配备自适应灵敏电流干扰检测器 (故障检测器) ?应提供用于单相跳闸的跳闸逻辑 ?为了提高安全性，应提供CT饱和检测功能 ?应提供短引线保护功能 ?应提供通道平衡补偿功能，该功能应使用由继电器IRIG-B输入信号提供的GPS基准时间，此项功能应用于发送和接收延时可能不一致的SONET环网中 ?CT变比匹配应具备最多5倍偏差匹配能力 相间和接地距离保护 ?相间和接地距离保护特性应包括：mho、透镜和四边形特性 ?该元件应具有独立的方向、形状、范围、最大扭矩角、过流监视、零序补偿、死区和时间整定值 ?所有相间距离元件均应与CT 和VT配合工作，CT和VT的位置彼此独立，并位于三相星形-三角形连接变压器的任意侧，对于在串行补偿线路中的应用，距离元件应包括自适应到达范围特性，该到达范围应能够根据电流值自动进行调整以实现最高的安全性
采样值差动于常规相量差动的比较 与常规相量差动相比较，采样值差动的一个突出特点是它不是计算某一数据窗的差流值，而是通过多点重复判别来判定动作与否。利用这个特点，通过合理选择重复判别次数R，S，可有效抑制区外故障时TA暂态响应不一致对差动保护的影响。利用采样值差动能有效区分区内区外故障，同时也能有效鉴别励磁涌流，比传统相量差动更能保证故障快速动作具体分析见《采样值差动及其应用》胡玉峰、陈树德、尹相根，电力系统自动化，2000，24，No10，第42页。 基于故障分量的菜采样值差动保护与常规相量差动和采样值差动的比较常规的相量电流差动保护还是采样值电流差动保护，都无法解决差动保护在内部高阻接地故障时的敏度和负荷电流对差动保护的影响等问题．而基于故障分量的保护存原理上与正常运行时的负荷几关，与接地故障时的过渡电阻大小无直接关系，具有相当优越性 故障分量的差动保护与常规相量差动保护相比，其突出特点是可大幅度提高保护灵敏度，并可较好地解决高阻接地或轻微短路且有负荷电流流出时差动保护所存在的缺陷， 采样值电流差动保护可以提高电流差动保护的动作速度，但是并没有改善保护的灵敏度 故障分量差动保护动作特性详见||王维倚(Wang Weijian)．电气主设备继电保护原理与应用(The Theory and Application of Electric Main Equipments Protection)．北京I中国电力出版社(Beiiing：China Electdeal Powar Press)，1996/尹项根，陈德树，张哲，等(Yin Xianggent Chen Deshu—Zhang Zhe，et a1)．故障分量差动保护(DifferentialProtection Ba sed On Fault—Component)．电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems)．1999．23(11) 由图中可以看出，由于制动区与动作区之间存在一个缓冲区，因而可使故障分量差动保护具有极为优良的动作选择性。 将采样值差动与故障分量原理相结合，同样可起到提高灵敏度的作用。对于采样值差动，由于存在过零点附近采样值差动判据不满足，最严重时可能出现过零点为两采样值的中点而导致连续两点不满足判据。故差动电流需达到一定幅值才能保证可靠动作。因而对于某些故障情况，如变压器轻微匝问故障同时有负荷
1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器，应使 8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 （1）励磁涌流：
在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 （2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。
（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。
②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。 表8-1 励磁涌流实验数据举例 （4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： 采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流
差动保护 [1]电流差动保护是中的一种保护。正相序是A超前B,B超前C各是120度。反相序（即是逆相序）是 A 超前C,C超前B各是120度。有功方向变反只是和电流的之间的角加上180度，就是反相功率，而不是逆相序。 差动保护是根据“电路中流入电流的总和等于零”原理制成的。 差动保护把被保护的电气设备看成是一个节点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护设备的各侧跳开，使故障设备断开电源。 差动保护原理 差动保护 差动保护是利用电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动不动作。当时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于，差动继电器动作。 差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护。另外差动保护还有线路差动保护、差动保护等等。 变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。其接线方式，按原理，把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流，变压器正常运行或外部故障，如果忽略，在两个互感器的二次回路臂上没有差电流流入继电器，即：iJ=ibp=iI-iII=0。 如果内部故障，如图ZD点短路，流入继电器的电流等于短路点的总电流。即：iJ=ibp=iI2+iII2。当流入继电器的电流大于，保护动作断路器跳闸。 技术参数 1.环境条件 正常温度： -10℃~55℃ 极限温度： -30℃~70℃ 存储温度： -40℃~85℃ 相对湿度：≤95%，不凝露 大气压力： 80~110kPa 2.工作电源 电压范围： 85~265V（AC或DC) 正常功耗：<10W 最大功耗：<20W 电源跌落：200ms 上电冲击：4A 隔离耐压：3kV
第3期(总第147期) 2008年6月 山 西 电 力 SHANXI EL ECTRIC POWER No 13(Ser 1147) J un 12008 双母线电流差动保护的基本原理及发展过程 王为华1,刘云峰2,郭小丽3 (11山西电力科学研究院,山西太原 030012;21晋城供电分公司,山西晋城 048000; 31太原供电分公司,山西太原 030012) 摘要:介绍了不同时期母线保护采用的技术,并进行了比较,分析了母线保护技术的发展趋势,阐述了母线微机保护技术的特点及其优越性。 关键词:母线保护;基本原理;发展过程中图分类号:TM77 文献标识码:A 文章编号:167120320(2008)0320066203 收稿日期:2008201205,修回日期:2008204202 作者简介:王为华(19632),男,山西榆社人,2000年毕业于太 原理工大学计算机及应用专业,工程师; 刘云峰(19782),男,山西晋城人,2000年毕业于华北电力大学电气专业,助理工程师; 郭小丽(19692),女,山西太原人,1990年毕业于临汾电力技校输配电运行与检修专业。 1 双母线完全电流差动保护和母联相位比 较式保护 20世纪70至80年代,双母线完全电流差动 和母联相位比较式母线保护,因其原理及二次接线简单等特点,在电网上广泛应用。111 元件固定连接的母线完全差动保护11111 工作原理(见图1) 双母线同时运行时,将元件固定连接于2条母线上,这种母线称为固定连接母线。其差动保护称为固定连接方式的母线完全差动保护 。 图1 原理接线图 在正常运行及区外故障时,启动元件KA ,选择元件KA1,KA2均无电流通过。区内母线1故障时,启动元件KA ,选择元件KA1均有故障电流通过,选择元件KA2的电流为零,因此母联断 路器及连接在1母上元件的断路器均动作跳闸。同理区内母线2故障时,将母联断路器及连接在2母 上元件的断路器动作跳闸。11112 双母线完全电流差动保护的评价 双母线完全电流差动保护的优点是: a )接线比较简单,调试方便,运行人员易于掌握; b )当元件固定连接时,母差保护有很好的选择性; c )当母联断路器断开时,母线差动保护仍有选择能力;在2组母线先后发生短路时,母线差动保护仍能可靠的动作。 其缺点是:当元件固定连接方式破坏时,若任1组母线上发生短路故障时,就会将2组母线上的连接元件全部切除,因此它适应运行方式变化的能力较差。 112 母联相位比较式母线差动保护11211 工作原理 总差动电流回路由母线上连接元件(不包括母联断路器)的电流互感器的二次回路组成,母联断路器的电流互感器的二次回路单独引出,接入相位比较回路(见图2)。 a 交流电流回路 · 66·
高压电动机差动保护原理及注意事项 差动保护是大型高压电气设备广泛采用的一种保护方式，2000KW以上的高压电动机一般采用差动保护，或2000kW(含2000kW)以下、具有六个引出线的重要电动机，当电流速断保护不能满足灵敏度的要求时，也装设纵差保护作为机间短路的主保护。差动保护基于被保护设备的短路故障而设，快速反应于设备内部短路故障。对被保护范围区外故障引起区内电流变化的、电动机启动瞬间的暂态峰值差流、首尾端CT不平衡电流等容易引起保护误判的电流，对于不同的差动保护原理，有不同的消除这些电流的措施。 差动保护的基本原理为检测电动机始末端的电流，比较始端电流和末端电流的相位和幅值的原理而构成的，正常情况下二者的差流为0，即流入电动机的电流等于流出电动机的电流。当电动机内部发生短路故障时，二者之间产生差流，启动保护功能，出口跳电动机的断路器。微机保护一般采用分相比差流方式。 图1 电动机差动保护单线原理接线图 为了实现这种保护，在电动机中性点侧与靠近出口端断路器处装设同一型号和同一变化的两组电流互感器TA1和TA2。两组电流互感器之间，即为纵差保护的保护区。电流互感器二次侧按循环电流法接线。设两端电流互感器一、二次侧按同极性相串的原则相连，即两个电流互感器的二次侧异极性相连，并在两连线之间并联接入电流继电器，在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器二次电流I·12与I·22之差。继电器是反应两侧电流互感器二次电流之差而动作的，故称为差动继电器。图1所示为电动机纵差保护单线原理接线图。 在中性点不接地系统供电网络中，电动机的纵差保护一般采用两相式接线，用两个BCH-2型差动继电器或两个DL-11型电流继电器构成。如果采用DL-11型继电器，为躲过电动机启动时暂态电流的影响，可利用出口中间继电器带0.1s的延时动作于跳闸。如果是微机保护装置，则只需将CT二次分别接入保护装置即可，但要注意极性端。一般在保护装置
8.2 母线差动保护原理 ——单母线完全电流差动保护 ——高阻抗母线差动保护 ——具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护
为了满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。实现母线差动保护必须考虑在母线上一般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机等），因此就不能像发电机的差动保护那样，只用简单的接线加以实现。但不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的。
（1）在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等。 （2）当母线上发生故障时，所有与母线连接的元件都向故障点供给短路电流或流出残留的符合电流。 （3）从每个连接元件中电流的相位来看，在正常运行及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中德电流相位是相反的。 根据原则（1）和原则（2）可构造电流差动保护，根据原则（3）可以构造电流比相式差动保护。
负荷1 电源 负荷2 1 I 2 I 3 I 3 21I I I +=负荷1 电源 负荷2 1 I 2 I 3 I 03 21=++I I I 若支路1、2、3上均安装相同变比的电流互感器，则三个电流互感器的电流之和应等于0（理想情况）。 =∑I
母线故障时的电流特征 若支路1、2、3上都安装有相同变比的电流互感器，则母线故障时，三个电流互感器的电流之和应等于短路电流（二次值）。 电源 1 I 2I 3 I 0321=+++k I I I I k I 依KCL ： 即： k I I I I -=++321
8.2.1 单母线完全电流差动保护 KD 1p I 2p I 3 p I pn I 1 s I 2 s I 3s I sn I KA I 0 11 TA 1 ===∑∑==n i pi n i si KA I n I I 正常工作时
微机变压器差动保护 一、微机变压器差动保护中电流互感器二次电流的相位校正问题电力系统中变压器常采用Y/D-11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°。如果不采取措施，差回路中将会由于变压器两侧电流相位不同而产生不平衡电流。必需消除这种不平衡电流。 （中华人民共和国行业标准DL—400—91《继电保护和安全自 动装置技术规程》2.3.32条：对6.3MV A及以上厂用工作变压器和并 联运行变压器。10MV A及上厂用变压器和备用变压器和单独运行的 变压器。以及2MV A及以上用电速断保护灵敏度不符合要求的变压 器，应装设纵联差动保护。） （一）用电流互感器二次接线进行相位补偿 其方法是将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，将变压器三角形侧的电流互感器接成星形，如图1所示。 图1变压器为Y0/△-11连接和TA为△/Y连接的差动保护原理接线
图2 向量图 采用相位补偿后，变压器星形侧电流互感器二次回路差动臂中的电流2A I 、2B I 、2C I ， 刚好与三角形侧的电流互感器二次回路中的电流2a I 、2b I 、2c I 同相位，如图2所示。 （二） 用保护内部算法进行相位补偿 当变压器各侧电流互感器二次均采用星型接线时，其二次电流直接接入保护装置，从而简化了TA 二次接线，增加了电流回路的可靠性。但是如图3当变压器为Y 0/△-11连接 时，高、低两侧TA 二次电流之间将存在30°的角度差，图4（a ）为TA 原边的电流相量图。
图3 变压器为Y 0/△-11连接和TA 为Y/Y 连接的差动保护原理接线 图4 向量图 为消除各侧TA 二次电流之间的角度差，由保护软件通过算法进行调整。 1、常规差动保护中电流互感器二次电流的相位校正 大部分保护装置采用Y →△变化调整差流平衡，如四方的CST31、南自厂的PST-1200、WBZ-500H 、南瑞的LFP-972、RCS-985等，其校正方法如下： Y 0侧：2A I ' =（2A I －2B I ）/3 2B I ' =（2 B I －2 C I ）/3 2C I ' =（2C I －2 A I ）/3 △侧：2a I ' =2 a I 2 b I ' =2b I 2c I ' =2c I 式中：2A I 、2B I 、2C I 为Y 0侧TA 二次电流，2A I ' 、2B I ' 、2C I ' 为Y 0侧校正后的各相电流；2 a I 、2 b I 、2 c I 为△侧TA 二次电流，2a I ' 、2b I ' 、2 c I ' 为△侧校正后的各相电流。 经过软件校正后，差动回路两侧电流之间的相位一致，见图4（b ）所示。同理，对于三绕组变压器，若采用Y 0/ Y 0/△-11接线方式，Y 0侧的相位校正方法都是相同的。 2、RCS －978中电流互感器二次电流的相位校正
电动机纵联差动保护 一、比率制动差动保护 （1）电动机二次额定电流 1 n TA I n =? （2）差动保护最小动作电流 I s =K rel (·K cc ·K er +Δm )I n ap K K rel ——可靠系数，取K rel =2 ap K ——外部短路切除引起电流互感器误差增大的系数（非周期分量系数）=2 ap K K cc ——同型系数，电流互感器同型号时取K cc =0.5，不同型号时K cc =1 K er ——电流互感器综合误差取K er =0.1 Δm ——通道调整误差，取Δm =0.01~0.02 I s =2 (2×0.5×0.1+0.02)I n =0.24 I n 一般情况下，取I s =(0.25~0.35)I n ，当不平衡电流较大时，I s =0.4I n （3）确定拐点电流I t 有些装置中拐点电流是固定的，如I t = I n ；当拐点电流不固定时可取I t = (0.5~0.8)I n （4）确定制动特性斜率s 按躲过电动机最大起动电流下差动回路的不平衡电流整定 最大起动电流I st ·max 下的不平衡电流I umb ·max 为 I umb ·max =(·K cc ·K er +Δm ) I st ·max ap K =2，K cc =0.5，K er =0.1，Δm=0.02，I st ·max =K st I n (取I st =10) ap K I umb ·max =(2×0.5×0.1+0.02)10I n =1.2I n 比率制动特性斜率为 t n st s umb rel I I K I I K s ??= ?max K rel =2，当I s =0.3 I n ，I t =0.8 I n ，K st =7 2 1.20.30.3470.8n n n n I I s I I ×?==? 一般取s =0.3~0.5 （5）灵敏系数计算 电动机机端最小两相短路电流为 (2)1 2K L I x x = ?′+ x ′- 电动机供电系统处最小运行方式时折算到S B 基准容量的系统阻抗标幺值 U B - 电动机供电电压级的平均额定电压U B =6.3(10.5)kV X L - 电动机供电电缆折算到S B 基准容量的阻抗标幺值 制动电流(2)res TA 2K I I n =相应的动作电流为
变压器差动保护的基本原理及逻辑图 1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器，应使
8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 （1）励磁涌流： 在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 （2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样
经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。
（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。
②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。 表8-1 励磁涌流实验数据举例 （4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： 采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流
差动保护电流计算 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-SANYHUASANYUA8Q8-
N S R600R F差动保护试验 一、差动保护是由于变压器内部故障引起的不平衡电流故障。采集变压器两侧电流三相保护电流，计算各侧经相角转换后的电流，各侧电流转换原则为： 1、各侧角度由Y向△转换，如Y/△-11接线方式的变压器，经各侧经相角转换后的电流。对于高压侧Y侧转换后的电流为：IA=Ia-Ic，IB=Ib-Ia，IC=Ic-Ib。低压侧△侧转换后的电流为：IA=Ia，IB=Ib，IC=Ic。对于变压器各侧额定电流计算方法为 2、对于变比系数转换，乔、中、低电流以高压侧基准，分别乘以高压侧与相应侧变比校正系数，KBHQ，KBHM，KBHL。 二、差动保护功能一般分为三个区域，以下图为例，分别是制动区，比率差动动作区，差动速断动作区。
1、差动速断功能：Ir1适用下列公式（1）：只要大于Icdqd 就保护动作。 2、比率差动功能：大于Ir1，小于Ir2适用于下列公式（2）：在这个区域要满足线性Kb1。大于Ir2适用于下列公式（3）：在这个区域要满足线性Kb2。 3、制动功能。 高压侧调整系数1.140400110=?=?=MVA A Kv Sn CT U 中压侧调整系数44.140150035=?=?=MVA A Kv Sn CT U 低压侧调整系数428.140400001033=??=??= MVA A Kv Sn CT U 2、额定电流计算： 3、设点计算加入电流：（Icdsd 、Icdqd 、Ir1、Ir2、Kb1、Kb2为已知数） 1）、Ir1至Ir2点之间的动作电流： Icdqd Ir Ir Kb Id +-?=)1(1…………………………………………① 2 ' 'Il Ih Ir +=……………………………………………………………② ''Il Ih Id +=…………………………………………………………③ Ieh Ih Ih = '……………………………………………………………④ Iel Il Il ='………………………………………………………………⑤ 由以上公式可得出 Ieh Id Ir Ih ?+=)2(……………………………………………………⑥ Iel Id Ir Il ?-=)2 (……………………………………………………⑦ 式中Ir 、Ieh 、Iel 、Icdqd 、Ir1为已知数或设定数，可算出Ieh 、Iel 。 当Ir=1.5Ie ，Icdqd=0.5Ie,Ir1=0.5Ie;已知Ieh=4.545,Iel=3.499。 Ih=9.09A,Il=3.5A 2)、大于Ir2的动作电流： Icdqd Ir Ir Kb Ir Ir Kb Id +-?+-?=)12(1)2(2…………………①
6.2 纵联差动保护 6.2.1 基本原理 6.2.1.1 定义 差动保护是一种依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化构成的对电气设备的保护装置，一般分为纵联差动保护和横联差动保护。变压器的差动保护属纵联差动保护，横联差动保护则常用于变电所母线等设备的保护。 6.2.1.2 基本原理 变压器纵差保护是按照循环电流原理构成的 变压器纵差保护的原理要求变压器在正常运行和纵差保护区（纵差保护区为电流互感器TA 1、TA 2之间的范围）外故障时，流入差动继电器中的电流为零，即2?'I －2? ''I ＝0，保证纵差保护不动作。但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差保护的正确工作，就须适当选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。 (a) 双绕组变压器正常运行时的电流分布 (b) 三绕组变压器内部故障时的电流分布 （图6.4 变压器纵差保护原理接线图） 在图6.4（a ）双绕组变压器中，变压器两侧电流1?'I 、1?''I 同相位，所以电流互感器TA 1、TA 2二次的电流2?'I 、2?''I 同相位，则2?'I －2?''I ＝0的条件是2?'I ＝2? ''I ，即 2?'I ＝2?''I ＝ 11i n I ?'＝21i n I ? '' (6.1) 即 12i i n n ＝1 1?? '''I I ＝T K (6.2) 式中，1i n 、2i n ——分别为TA 1、TA 2的变比； T K ——变压器的变比。 若上述条件满足，则当变压器正常运行或纵差保护区外故障（以下简称“区外故障”或“区内故障”）时，流入差动继电器的电流为 K I ?＝2?'I －2? ''I ＝0 (6.3) 当区内故障时，2?''I 反向流出，则流入差动继电器的电流为
精心整理差动保护基本原理 1、母线差动保护基本原理 母线差动保护基本原理,用通俗的比喻，就是按照收、支平衡的原理进行判断和动作的。因为母线上只有进出线路，正常运行情况，进出电流的大小相等，相位相同。如果母线发生故障，这一平衡就会破坏。有的保护采用比较电流是否平衡，有的保护采用比较电流相位是否一致，有的二者兼有，一旦判别出母线故障，立即启动保护动作元件，跳开母线上的所有断路器。如果是双母线并列运行，有的保护会有选择地跳开母联开关和有故障母线的所有进出线路断路器，以缩小停电范围 2、什么是差动保护？为什么叫差动？这样有什么优点？ 差动保护是变压器的主保护，是按循环电流原理装设的。 主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。 I1与I2之和，即 3、 现在 4、 1 ?? 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： ??由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得
正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器，应 使 1. 2.单侧 为0.5秒左右。由上图可以看出本线路末端故障k1与下线路始端故障k2两种情况下，保护测量到的电流、电压几乎是相同的。如果为了保证选择性，k2故障时保护不能无时限切除，则本线路末端k1故障时也就无法无时限切除。可见单侧测量保护无法实现全线速动的根本原因是考虑到互感器、保护均存在误差，
不能有效地区分本线路末端故障与下线路始端故障。3.双侧测量保护原理如何实现全线速动为了实现全线速动保护，保护判据由线路两侧的电气量或保护动作行为构成，进行双侧测量。双侧测量时需要相应的保护通道进行信息交换。双侧测量线路保护的基本原理主要有以下三种：（1）以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动测量；（2）比较线路两侧电流相位关系的相位差动测量；（3）比较两侧线路保护故障方向判别结果，确定故障点的位置。 上图为电流差动保护原理示意图， 点的总电流为零，正常运行时或外部故障时，线路内部故障时，即。忽略了线路电容电流后，在下线路始端发生故障时，差动电流为零；在本线末端发生故障时，差动电流为故障点短路电流，有明显的区别，可以实现全线速动保护。电流差动原理用于线路纵联差动保护、线路光纤分相差动保护 以及变压器、发电机、母线等元件保护上。 上图为相位差动保护（简称“相差保护”）原理示意图，保护测量的电气量为线路两侧电流的相位差。正常运行及外部故障时，流过线路的电流为“穿越性“的，相位差为1800；内部故障时，线路两侧电流的相位差较小。相位差动保护以线路两侧电流相位差小于整定值作为内部故障的判据，
发电机差动保护原理 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
发电机比率制动式差动保护 比率制动式差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。 5.1.1保护原理 5.1.1.1比率差动原理。 差动动作方程如下： I op ? ( I res ? 时) I op ? + S(I res – ( I res > 时) 式中：I op 为差动电流，为差动最小动作电流整定值，I res 为制动电流，为最小制动电流整定值，S 为比率制动特性的斜率。各侧电流的方向都以指向发电机为正方向，见图5.1.1。 差动电流： N T op I I I ? ?+= 制动电流： 2 N T res I I I ??-= 式中：I T ，I N 分别为机端、中性点电流互感器(TA)二次侧的电流，TA 的极性见图 5.1.1。 图5.1.1 电流极性接线示意图 （根据工程需要，也可将TA 极性端均定义为靠近发电机侧） 5.1.1.2 TA 断线判别 当任一相差动电流大于倍的额定电流时启动TA 断线判别程序，满足下列条件认为TA 断线： a. 本侧三相电流中至少一相电流为零；
b. 本侧三相电流中至少一相电流不变； c. 最大相电流小于倍的额定电流。 发电机匝间保护 发电机匝间保护作为发电机内部匝间短路的主保护。根据电厂一次设备情况，可选择以下方案中的一种： 5.2.1故障分量负序方向(ΔP 2) 匝间保护 该方案不需引入发电机纵向零序电压。 故障分量负序方向(ΔP 2)保护应装在发电机端，不仅可作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。 5.2.1.1保护原理 当发电机三相定子绕组发生相间短路、匝间短路及分支开焊等不对称故障时，在故障点出现负序源。故障分量负序方向元件的2.U ?和2. I ?分别取自机端TV 、TA ，其TA 极性图见图5.2.1.1，则故障分量负序功率?P 2为： 式中2Λ?I 为2??I 的共轭相量，?sen 。2为故障分量负序方向继电器的最大灵敏角。一般取60?~80?(2.I ?滞后2.U ?的角度)。 故障分量负序方向保护的动作判据可表示为： 实际应用动作判据综合为： ? P 2 = ? U 2r ? ? I ’2r + ? U 2i ? ? I ’2i > ?P (?u 、?i 、?P 为动作门槛) 保护逻辑框图见图5.2.1.2。 图5.2.1.1 故障分量负序方向保护极性图 图5.2.1.2 故障分量负序方向保护逻辑框图 5.2.2发电机纵向零序过电压及故障分量负序方向型匝间保护 本保护不仅作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及
主变差动保护 一、主变差动保护简介 主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障 ，差动保护是输入的两端CT 电流矢量差，当两端CT 电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。 差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端CT 之间的设备上），正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。 二、纵联差动保护原理 (一)、纵联差动保护的构成 纵联差动保护是按比较被保护元件（1号主变）始端和末端电流的大小和相位的原理而工作的。为了实现这种比较，在被保护元件的两侧各设置一组电流互感器TA1、TA2，其二次侧按环流法接线，即若两端的电流互感器的正极性端子均置于靠近母线一侧，则将他们二次的同极性端子相连，再将差动继电器的线圈并入，构成差动保护。其中差动继电器线圈回路称为差动回路，而两侧的回路称为差动保护的两个臂。 (二)、纵联差动保护的工作原理 根据基尔霍夫第一定律，0 =∑ ? I ；式中∑? I 表示变压器各侧电流的向量和，其物理意义是：变 压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。因此，纵差保护不应动作。 当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。见变压器纵差保护原理接线。
（1）正常运行和区外故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（a）所示，则流入继电器的电流为 继电器不动作。 （2）区内故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（b）所示，则流入继电器的电流为 此时为两侧电源提供的短路电流之和，电流很大，故继电器动作，跳开两侧的断路器。 由上分析可知，纵联差动保护的范围就是两侧电流互感器所包围的全部区域，即被保护元件的全部，而在保护范围外故障时，保护不动作。因此，纵联差动保护不需要与相邻元件的保护在动作时间和动作值上进行配合，是全线快速保护，且具有不反应过负荷与系统震荡及灵敏度高等优点。 三、微机变压器纵差保护的主要元件介绍 主要元件有：1）比率差动保护元件，2）励磁涌流闭锁元件，3）TA饱和闭锁元件，4）TA断线闭锁（告警）元件，5）差动速断元件，6）过励磁闭锁元件 下面对各个元件的功能和原理作个简要的介绍：