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4.4-纵联电流差动保护

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纵联电流差动保护概述

纵联电流差动保护概述

纵联电流差动保护概述摘要：纵联电流差动保护有明确的选择性，逐渐成为高压线路的主保护。

本文首先重点介绍了纵联电流差动保护的保护原理，然后分析了影响纵联电流差动保护的性能因素及其解决办法，最后介绍了纵联电流差动保护在现场的对调工作。

关键字：纵联电流差动保护；选择性；原理；解决办法；对调0、引言根据继电保护在电力系统中所担负的任务，通常继电保护装置必须满足四个基本要求，即选择性、快速性、灵敏性和可靠性。

随着微机保护技术和光纤通信技术的日益成熟，纵联电流差动保护逐渐成为高压线路的主保护，其保护原理简单，有明确的选择性和很好的速动性，可以实现线路全长范围内故障的无时限切除。

1、纵联电流差动保护原理纵联保护在电网中可实现全线速动，理论上具有绝对的选择性。

电流差动保护是较为理想的一种保护原理，其选择性不是靠延时，不是靠方向，也不是靠定值，而是靠基尔霍夫电流定律：流向一个节点的电流之和等于零【1】。

图1-1 纵联电流差动保护原理（b）比率制动特性设流过两端保护的电流、以母线流向被保护线路的方向规定为其正方向。

以两端电流的相量和作为继电器的动作电流，如式1-1（a），该电流有时也称作差动电流、差电流。

另以两端电流的相量差作为继电器的制动电流，如式1-1（b）。

式1-2 比率制动特性两折线公式而当线路外部短路时，经计算，其工作点落在动作特性的不动作区，差动继电器不动作。

差动继电器可以区分线路外部短路（含正常运行）和线路内部短路。

继电器的保护范围是两端TA之间的范围。

【2】2、影响差动保护的性能因素及其解决办法2.1 电流互感器的误差和不平衡电流同型号的电流互感器性能也不能保证完全一致，电流互感器之间存在误差；电流互感器励磁电流的影响也会带来误差；保护装置采样回路的误差等。

以上误差都会引起不平衡电流，不平衡电流增大会影响差动保护的灵敏度。

电流互感器的误差可以通过选取同一厂家同一批次的相同型号电流互感器来尽量减小，而对于保护装置采样回路的误差，则要求保护厂家采取措施尽量减小它的影响。

电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护

电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护
只有在两端保护的I段有重叠区时才能实现全线速动。
3 微波通信
频段为300~30000MHz，超短波的无线电波，频带宽，信息传输容量大，传 输距离不超过40~60km；距离较远时，要装设微波中继站，以增强和传递微 波信号。通信速率快，可用于纵联电流差动原理的保护。
4 光纤通信
1.光纤通信的构成
光发射机、光纤、中继器和光接收机。
（2）正常时有高频电流方式（长时发信） 在正常工作条件下发信机始终处于发信状态，沿高 频通道传送高频电流。
优点：高频通道部分经常处于监视的状态，可靠性高；且无 需收、发信机启动元件，简化装置。 缺点：经常处于发信状态，增加了对其他通信设备的干扰时 间；也易受外界高频信号干扰，应具有更高的抗干扰能力。
（希望不动） 一侧为正 一侧为负
内部故障 （希望动作）
两侧均为正
一侧动作 一侧不动作
两侧均动作
电流相位 相位差 180
接近同相
如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。
纵联保护：用某种通信信道将输电线 路两端的保护装置纵向联结起来，将 一端电气量（电流、功率方向等）传 到对端进行比较，判断故障在本线路 范围内还是范围之外，从而决定是否 切除被保护线路。
根据通道的构成，输电线路载波通信分为： “相-相”式 连接在两相导线之间 “相-地”式 连接在输电线一相导线和大地之间
1、输电线路载波通信的构成
继电
部分
G R
输电线路
高频阻波器 耦合电容器
连接滤波器 高频电缆
G 高频通道部分 R
接 地 开 关
继电
部分
(1)阻波器：阻波器是由 一电感线圈与可变电容器 并联组成的回路。当并联 谐振时，它所呈现的阻抗 最大（1000Ω以上），利 用这一特性，使其谐振频 率为所用的载波频率。这 样的高频信号就被限制在 被保护输电线路的范围以 内，而不能穿越到相邻线 路上去。但对工频电流而 言，阻波器仅呈现电感线 圈的阻抗，数值很小（约 为0.04Ω左右），并不影 响它的传输。

输电线路纵联保护概述

输电线路纵联保护概述

4.两端的测量阻抗的特征
M IM UM
IN N
k1
UN
正常负荷时测量阻抗 位于II段保护范围外；
区内故障时两侧的测 量阻抗都落在本段的II 段保护范围内，两侧II 段同时启动；
外部故障时有一侧保 护为反方向，不启动。
4.1.3 纵联保护的基本原理
1.纵联电流差动保护 利用线路两端的电流和的特征可以构成纵联差动保护。 正常运行或区外故障时，
4.1.1 输电线路纵联保护概述
输电线路的纵联保护结构如下图所示：
~
~
继电保护装置 通信设备
通信通道
继电保护装置 通信设备
一套完整的纵联保护包括：两端保护装置、通信设 备和通信通道。
3.通信通道的分类
导引线通信：通过敷设电缆传送电气量信息。 电力线载波通道：以电力线作为通信通道。 微波通道 光纤通信：经济、容量大、不受干扰，是目前主流。
4.1.3 纵联保护的基本原理
3.电流相位比较式纵联保护 由于测量误差和输电线路
分布电容的影响，两端电流的 不动作区 实际电流的相位差不可能恰好
等于0°或180°。所以保护的
动作区和不动作区如图所示。
动作区
4.1.3 纵联保护的基本原理
4.距离纵联保护 构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用方向阻抗
传传送送的的是是判电别气的量逻，辑信量息，量信较息大量，较并少且，要但求对两可侧靠信性息要同求步较采高集。，对 通道要求较高。
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析
纵联保护是利用线路两端的电气量在内部故障与非故障 时的特征差异构成的。
线路发生内部故障与其它运行状态（外部故障和正常运 行）相比，电力线两端电流波形、功率方向、电流相位以及 两端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异可以构成不 同原理的纵联保护。

纵联差动保护

纵联差动保护

（2）带制动特性的差动继电器
Ir
带制动特性的差动继电器动作方程为： m I n K res I res I
I 其中：K res为制动系数，res 为制动电流。
I set
• • m


动作区
非动作区
I res
I res 取值又可分为两种形式：
I res | I
I res | I
• m
- I
r
I

m
I

K2故障（或正常运行）时： K1故障（内部短路）时：

Im In

Ir 0
I m , I n 接近同相 I r 0
具有很大量值
因此利用差动电流的幅值大小可以区分区外和区内短路。 考虑实际在正常运行或外部故障时，由于两端TA不可能完全相同，以及两端 TA饱和情况不一致等因数，流入KD的电流通常不为零（不平衡电流），因而在设 计差动继电器的动作判据时需考虑其影响。
2.电流纵差保护的动作方程及特性
（1）不带制动特性的差动继电器
不带制动特性的差动继电器动作方程为： m I n I set I

Ir
动作区
I set
I set 的整定有两个方面 ： 1）躲过外部短路时的最大不平衡电流 2）躲过最大负荷电流 取以上两者的最大值作为整定值。
非动作区
I res
n
•
|
n| | I|来自（3）差动继电器典型动作方程及特性

I

m
I
n
K res I
I op 0
m
I
n
I
m
I
n

继电保护第四章-纵联保护

继电保护第四章-纵联保护

4. 输电线路纵联保护（Unit Protection）结构
继电保 护装置
通信设备
• 导引线 • 载波 • 光通信纤信道 • 微波
继电保 护装置
通信设备
继电保护装置
实现电气量采集并形成电气量特征，完成保护任务。
通信设备
将上述信息发送至对端的保护设备，同时接收对端保护发送的
信息并送至本端保护单元
通信信道
故障分量方向元件的特点
不受负荷状态的影响 不受故障点过渡电阻的影响 正、反方向短路时，方向性明确 无电压死区 不受系统振荡影响
（二） 闭锁式方向纵联保护
1. 工作原理
以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭
锁信号的方式构成。
闭锁信号
A1
B
2
3
闭锁信号
C
4
5
6D
F
对AB线路为外部故障，2处功率方向均为 负，发闭锁信号，1、2保护被闭锁。
导引线通信应用：
高压电网超短线路（几公里）。 用于变压器、发电机等电力设备和母线。
（二） 电力线载波通信
采用输电线路本身作为信息传输媒介，在传输电能的同时 完成两端信息的交换。 （一）通道的构成
1
2 76
3 45 89
3
2
4 5
67
98
1.传输线 2.阻波器 3.结合电容器 4.连接滤波器 5.高频电 缆 6.保护间隙 7.安全接地开关 8. 高频收发信机 9.保护 继电器
3. 电气元件故障时两端电气量的特征分析
所选电气量
区内故障 特征
区外或正常 运行时特征
保护原理
功率方向
均指向被保 护元件
一端指向被 保护元件反

纵联电流差动保护

纵联电流差动保护

2、基本原理
IM
IN k
正常运行 或区外故障
1
i iM iN
连续信号
2
t
理 想 情 况
t
二、纵联电流差动保护的工作原理 ——电流差动保护
1、基本原理
IM
k
I N
区内故障
1
i iM iN
2
t
理 想 情 况
间断信号
t
三、同步测量方法 1、基于数据通道 ➢采样时刻调整法 ➢采样数据修正法 ➢时钟校正法
整定： 躲过外部短路最大不平衡电流; 躲过最大负荷电流。
2.保护特性
2）有制动作用
M IM
k1
IN N k2
动作线圈： Im In
IImm
Im
KD
ImIn
Ir In
IInn
制动线圈： Im In
Ir
动作方程： Im In kIm InIo0p
动作区
I
I res
op0
动作特性：动作电流不是定值，而是随制动电流变化的特性。
图1 输电线路纵联电流差动保护示意图
一、纵联电流差动保护概述
纵联电流保护仅反映线路内部故障，不反映 正常运行和外部故障。
理论上，具有输电线路内部短路时动作的绝 对选择性。
可以实现无时限跳闸（常用作主保护）。 按照动作原理分为：电流差动保护和电流相
位差动保护。
二、纵联电流差动保护的工作原理 ——故障特征分析
分布电容电流的存在，破坏了差动保护的基本原理。可能
引起保护误动，特别是对于超高压长线路，电容电流的影
响更为严重 。
M
.
IM
.
.
IMN
IN

纵联电流差动保护

纵联电流差动保护
纵联电流差动保护原理
K2点短路（区外）：M侧电流为正，N侧电流为负
IM IN 0
K1点短路（区内）：两侧电流均为正方向
IM IN IK
Ires 0.5 Im In
Ires 0.5( Im In )
Ires Im In cosmn
（1） （2）比率制动方式 （3）标积制动方式
➢ 区外短路或正常运营时，（1）与（2）效果相同 ➢ 单侧电源内部短路，（1）与（2）效果相同，（3）更敏捷 ➢ 双侧电源内部短路，（1）更敏捷
U bc
负序电流滤过器
影响纵联电流差动保护正确动作旳原因
1.电流互感器旳误差和不平衡电流 2.输电线路旳分布电容电流及其补偿措施
3.负荷电流对纵联电流差动保护旳影响
不带制动特征
整定：
1.躲过外部短路时旳最大不平衡电流
I set Krel Knp Ker K st I kmax
2.躲过最大负荷电流
I set K I rel Lmax
两者取较大者
敏捷度：单侧电源运营内部短路时
K sen
Ir I set
I kmin I set
2
带制动线圈
动作线圈：取和电流 制动线圈：取循环电流
Im In Im In
动作方程：
Im In k Im In Iop0
制动特征：动作电流不是定值，而是随制动电流变化，称为制动特征。
两侧电流旳同步测量
基于数据通道旳同步措施
两侧电流旳同步测量
基于统一时钟旳同步措施
纵联电流相位差动保护
Hale Waihona Puke 负序电压滤过器U mn
R1
R1 jX
1
U
ab
jX 2 R2 jX 2

4.输电线路纵联保护

4.输电线路纵联保护

阻波器
•
电力线载波通道的构成
耦合电容器
• 其电容量极小，对工频信号呈现非常大的阻抗 • 防止工频电压侵入高频收、发信机。
连接滤波器
• 它是一个可调电感的空芯变压器和一个接在副边的电容。 连接滤波器与耦合电容器共同组成一个“四端口网络” 带通滤波器，使所需频带的电流能够顺利通过。例如 220kV架空输电线路的波阻抗约为 400Ω，而高频电缆的 波阻抗约为100Ω，为使高频信号在收、发信机与输电线 路间传递时不发生反射，减少高频能量的附加衰耗，需 要“四端口网络”使两侧的阻抗相匹配。同时空芯变压 器的使用进一步使收、发信机与输电线路的高压部分相 隔离，提高了安全性。
4.2.2 电力线载波通信
高频保护（载波保护）：
• 将线路两端的电流相位 ( 或功率方向 ) 信息转变为高频信 号，经过高频耦合设备将高频信号加载到输电线路上， 输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波信号传输 到对侧，对端再经过高频耦合设备将高频信号接收下来， 以实现各端电流相位(或功率方向)的比较。
4. 输电线路纵联保护
4.1 4.2 4.3 4.4 输电线路纵联保护概述 输电线路纵联保护两侧信息的交换 方向比较式纵联保护 纵联电流差动保护
引
言
仅反应线路一侧的电气量不可能无延时地快 速区分本线末端和对侧母线(或相邻线始端) 故障。 反应线路两侧的电气量可以快速、可靠地区 分本线路内部任意点短路与外部短路，达到 有选择性、快速地切除全线路任意点短路的 目的。
• 发生内部短路时，
I I
M
I I N d
M
• 正常运行和外部短路时，
I I
0 I N
• 由于受CT误差、线路分布电容等因素的影响，实际上 不为零，此时差动保护的动作判据实际上为：

纵联电流差动保护

纵联电流差动保护
（2）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。
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实际短路电流 可I re以s 采 用以下方法计算：
（2）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。
制动线圈流过两侧互感器的电流之差（循环电流） Im ，In 动作线圈流过两侧互感器的电流之和 Im ，In动作条件为：
I mI nKI mI nIo0p
K
I op 0
制动系数，在0~1之间选择。 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。
比率制动方式
Ires0.5I mI n， Ires0.5I mI n 标积制动方式
Ires I mI nco1s8( 0m)n co1s8( 0m)n0
0
co1s8( 0m)n0
在差动继电器的设计中，差动的动作门坎随着 I res 的增大而增大， I res 起制动作用，称为制动电流。动作
的电流（不平衡电流）为：
I unb I mI nnT 1（ A I MI N)
电流继电器正确动作时，差动电流（动作电流） I 应r 躲过
最大不平衡电流，即：
Ir I mI n Iunb
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10% 的误差曲线按下式计算：
Iun b 0.1KstKnp Ik
因此可以从高频信号的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。
下面结合图形具体说明。
区外故障时

4.输电线纵联差动保护

4.输电线纵联差动保护
I r ≥ K res I unb
保护的动作值将随外 部故障时的不平衡电流 增大而增大
I r ≥ K res I unb
K res = 制动系数
4.4.2 两侧电流的同步测量

基于数据通道的同步方法 基于GPS统一时钟的同步方法
4. 2
输电线路纵联保护两侧信息量的交换

输电线路目前常用的通信方式为：

导引线通信 电力线载波通信 微波通信 光纤通信
4.2.2

电力线载波通信
有“相-相”和“相-地”两种连接方式 “我国广泛运用” 1. 阻波器 2. 耦合电容器 3. 连接滤波器 4. 电缆 5. 载波收发信机 6. 接地开关
Zr ⋅ Δ I
⋅
保护的反方向短路，保护安装 处的电流、电压的关系为： ⋅ ⋅

ΔU = Δ I ⋅ Z s
考虑各种因素的影响，反方向故 障时功率方向为正的判断依据为： ⋅
90 > arg
0
ΔU
Zr ⋅ Δ I
⋅
> −900
4.3.1
工频故障分量的方向元件
负序、零序方向元件在正方向 故障时，功率方向为正的判断 ⋅ 为： ΔU
零序方向纵联保护与负序方向相同
因此需取断路器线路侧电压互感器信号
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成 闭锁式距离纵联保护利用线路两侧三段式 距离保护，以III段作为启信元件，以II段方向 判别元件作停信元件。
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成
闭锁式距离纵联保护利用线路两侧三段式距离保护，以III 段作为启信元件，以II段方向判别元件作停信元件。
4.4

纵联电流差动保护
4.4.1

《课程讲解》-4.4 纵联电流差动保护

《课程讲解》-4.4 纵联电流差动保护
过 滤
故障启动发 信机元件
收信比较时间
启
收
元件，功能分 析见后页
发信机操作 发
I1KI2 元件，正波发信信 信
器
收信比较时间t 3 元件
时间元件 在t 3收到输电线路上的高频信号后，将延时 后t有3 输出，并展宽 时间t 4。
延时 t 3时间才有输出的原因
t3
t3
180° 360°
因此可以从高频信号的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。
下面结合图形具体说明。
区外故障时
~
Im
k2 ~
In
180° 360°
t
180° 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。 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，输电线路上存在连续的高频信号。
K st
当两侧互感器的型号、容量相同时取0.5，不同取1。
K np
非周期分量系数。
Ik
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 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： （1）躲过最大不平衡电流Iunb.max，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；
部短路时有足够灵敏度的要求。
KsenIIsretIkI.smeitn2
I k . min
单侧最小电源作用且被保护线路末端短路时，流过保护的 最小短路电流。
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。
4.4.1 纵联电流差动保护原理

第四章输电线纵联保护

第四章输电线纵联保护

继电保护装置从TA,TV获取电压电流，形成或提取两端被比较的电气量特征，一方面 发送信息，一方面接收信息（通信通道），比较两端电气量特征，符合条件则动作 并告知对方。
Relay protection,copyright Zhang Jingjing I-2
4-1 输电线纵联保护概述
2、分类
A、按通道类型分 1)导引线纵联保护（需敷设导引线电缆） 2)电力线载波纵联保护（以线路为通道） 3)微波纵联保护 4)光纤纵联保护（短线路纵联保护主要通道形式） B、按保护动作原理分 1)方向比较式纵联保护（通道中传送逻辑信号） 2)纵联电流差动保护（通道中传送两侧电气量信号）
1、载波通道的构成 1)输电线路。 2)阻波器 由电感线圈和可变电容器并联组成的回路。f0为并联谐振的频率。 这样，高频讯号被限制在输电线范围内，而不穿越到相邻线路上。 50Hz工频电流阻波呈现较小阻抗，不影响其传输。
Relay protection,copyright Zhang Jingjing I-7
4-2 输电线纵联保护两侧信息的交换
8).高频收发讯机。 发讯机发出讯号，通过高频通道，送到对端收讯机中，也被自己的收讯机接收，高频 收讯机接收由本端和对端所发送的高频讯号，经过比较判断后，再动作于继电保护。 发讯分故障时发讯和长期发讯。
2、载波通道的特点
对于中长距离的输电线路，敷设专门的辅助导线，技术上、经济上是不合理的。 利用输电线路本身作为一个通道，在输电线传送50Hz工频电流的同时，迭加传送 一个讯号，以进行线路两端电气量的比较。讯号采用50～400kHz的高频电流。 1)无中继通信距离长（几百公里）； 2)经济，使用方便； 3)工程施工比较简单
Relay protection,copyright Zhang Jingjing

电力系统继电保护 ——方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护

电力系统继电保护 ——方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护


四、影响正确工作的因素及应对措施
2. 功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 增加延时返回元件。

3. 分布电容对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 一端断开，另一端三相合闸充电 负序方向元件：按躲过空载线路两相先闭合时出现的稳态负 序电容电流进行整定；或增大保护启动时间；或用方向阻抗 元件代替负序方向。
电气工程及其自动化专业课程
电力系统继电保护
武汉理工大学自动化学院
唐金锐
tangjinrui@
输电线路纵联保护
一、输电线路纵联保护概述 二、输电线路纵联保护两侧信息的交换 三、方向比较式纵联保护 四、纵联电流差动保护
方向比较式纵联保护
一、工频故障分量的方向元件 二、闭锁式方向纵联保护 三、闭锁式距离纵联保护 四、影响正确工作的因素及应对措施

四、影响正确动作的因素


3. 负荷电流对纵联电流差动保护的影响
重负荷情况下发生经大电阻短路，有可能动作量小于制动 量而拒动 全电流纵联差动保护的主要缺点：为了提高重负荷情况下 保护耐受过渡电阻的能力，不得不降低制动系数K的值， 同时也就降低了外部故障时的防卫能力。


为了消除负荷电流的影响，增强保护的耐过渡电阻能力， 提高保护的灵敏度，利用电流的故障分量构成差动保护判 据。

三、闭锁式距离纵联保护

由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成： （1）核心变化：距离保护II段的跳闸时间元件增加了瞬时 动作的与门元件。本侧II段动作且收不到闭锁信号。实现 了纵联保护瞬时切除全线任意点短路的速动功能。
（ 2 ）闭锁式零序方向纵联保护的实现原理与闭锁式距离 纵联保护相同，三段式零序方向保护代替三段式距离保护

纵联电流差动保护概述

纵联电流差动保护概述

纵联电流差动保护概述摘要：纵联电流差动保护有明确的选择性，逐渐成为高压线路的主保护。

本文首先重点介绍了纵联电流差动保护的保护原理，然后分析了影响纵联电流差动保护的性能因素及其解决办法，最后介绍了纵联电流差动保护在现场的对调工作。

关键字：纵联电流差动保护；选择性；原理；解决办法；对调0、引言根据继电保护在电力系统中所担负的任务，通常继电保护装置必须满足四个基本要求，即选择性、快速性、灵敏性和可靠性。

随着微机保护技术和光纤通信技术的日益成熟，纵联电流差动保护逐渐成为高压线路的主保护，其保护原理简单，有明确的选择性和很好的速动性，可以实现线路全长范围内故障的无时限切除。

1、纵联电流差动保护原理纵联保护在电网中可实现全线速动，理论上具有绝对的选择性。

电流差动保护是较为理想的一种保护原理，其选择性不是靠延时，不是靠方向，也不是靠定值，而是靠基尔霍夫电流定律：流向一个节点的电流之和等于零【1】。

图1-1 纵联电流差动保护原理（b）比率制动特性设流过两端保护的电流、以母线流向被保护线路的方向规定为其正方向。

以两端电流的相量和作为继电器的动作电流，如式1-1（a），该电流有时也称作差动电流、差电流。

另以两端电流的相量差作为继电器的制动电流，如式1-1（b）。

式1-2 比率制动特性两折线公式而当线路外部短路时，经计算，其工作点落在动作特性的不动作区，差动继电器不动作。

差动继电器可以区分线路外部短路（含正常运行）和线路内部短路。

继电器的保护范围是两端TA之间的范围。

【2】2、影响差动保护的性能因素及其解决办法2.1 电流互感器的误差和不平衡电流同型号的电流互感器性能也不能保证完全一致，电流互感器之间存在误差；电流互感器励磁电流的影响也会带来误差；保护装置采样回路的误差等。

以上误差都会引起不平衡电流，不平衡电流增大会影响差动保护的灵敏度。

电流互感器的误差可以通过选取同一厂家同一批次的相同型号电流互感器来尽量减小，而对于保护装置采样回路的误差，则要求保护厂家采取措施尽量减小它的影响。

纵联电流差动保护

纵联电流差动保护
纵联电流差动保护原理
K2点短路（区外）：M侧电流为正，N侧电流为负
IM IN 0
K1点短路（区内）：两侧电流均为正方向
IM IN IK
Ires 0.5 Im In
Ires 0.5( Im In )
Ires Im In cosmn
（1） （2）比率制动方式 （3）标积制动方式
➢ 区外短路或正常运行时，（1）与（2）效果相同 ➢ 单侧电源内部短路，（1）与（2）效果相同，（3）更灵敏 ➢ 双侧电源内部短路，（1）更灵敏
不带制动特性
整定：
1.躲过外部短路时的最大不平衡电流
I set Krel Knp Ker K st I kmax
2.躲过最大负荷电流
I set K I rel Lmax
二者取较大者
灵敏度：单侧电源运行内部短路时
K sen
Ir I set
I kmin I set
2
带制动线圈
动作线圈：取和电流
Im In
制动线圈：取循环电流 Im In
动作方程：
Im In k Im In Iop0
制动特性：动作电流不是定值，而是随制动电流变化，称为制动特性。
两侧电流的同步测量
基于数据通道的同步方法
两侧电流的同步测量
基于统一时钟的同步方法
Байду номын сангаас
纵联电流相位差动保护
负序电压滤过器
Umn
R1
R1 jX
1
Uab
jX 2 R2 jX
2
Ubc
负序电流滤过器
影响纵联电流差动保护正确动作 的因素
1.电流互感器的误差和不平衡电流 2.输电线路的分布电容电流及其补偿措施
3.负荷电流对纵联电流差动保护的影响

4.4-纵联电流差动保护

4.4-纵联电流差动保护
.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10% 的误差曲线按下式计算：
Iunb 0.1Kst Knp Ik
K st
当两侧互感器的型号、容量相同时取0.5，不同取1。
K np
非周期分量系数。
Ik
外部短路时流过互感器的短路电流（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。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
（1）不带制动特性的差动继电器特性 灵敏度检验：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。
K sen

Ir I set

I k . min I set
2
I k . min
单侧最小电源作用且被保护线路末端短路时，流过保护的 最小短路电流。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
1.纵联电流差动保护原理 在正常行运行及区外故障时， IM ，I流N 过差动继电器
的电流（不平衡电流）为：
Iunb Im In nT1A（IM IN )
电流继电器正确动作时，差动电流（动作电流） I应r 躲过
最大不平衡电流，即：
4.4 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
4.4.1 纵联电流差动保护原理
1.纵联电流差动保护原理
IM
~
k1
Im
KD
Ir
IN
k2 ~
In
Ir Im In Im nT1A（IM IM ) In n1TA（IN IN )
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号 由滞后的M侧传输到N侧的时间延迟，则在N侧收到的高 频信号相位差最大可达：

大学课件 电力系统继电保护 纵联电流差动保护

大学课件 电力系统继电保护 纵联电流差动保护

相继动作——一端保护随另一端保护动作而动作的情况称之为保护的 “相继动作”，保护相继动作的一端故障切除的时间变慢。
3 负序滤过器
按照负序分量的定义，负序电压与三相电压的关系为：
U2
1 3
(U
a
a2Ub
aUc )
负序滤过器——从三相不对称电压、电流中取出负序分量的回路。
（1）负序电压过滤器

一般通过阻容元件构成，如右图所示：
时间t3元件对收到的高频电流进行整流并延时t3后有输出，并展宽t4时间：
区内短路时 高频电流间断时间长
t3延时满足收信机 回路有输出
保护跳 闸
区外短路时
高频电流间断时间短
小于t3延时满足收 信机回路无输出
保护不 跳闸
2 纵联电流相位差动保护的动作特性与相继动作
（1）纵联电流相位差动保护的闭锁角及其整定——为了保证在任何 外部短路条件下保护都不误动，需要分析外部短路时两侧收到的高 频电流之间不连续的最大时间间隔即对应工频的相角差，以整定t3 延时。
专用定时型GPS接收机由接受天线和接受模块组成，接收机在任意时刻 能同时接受其视野范围内里4~8颗卫星的信息通过对接收到的信息进行 解码、运算和处理，能从中提取并输出两种时间信号：
一、秒钟信号1PPS，该脉冲信号上升沿与标准时钟UTC的同步误差不 超过1微秒；
二、经串行口输出与1PPS对应的标准时间（年、月、日、时、分、秒） 代码。
Ir Kres Ires
式中， Kres 为制动系数，根据差动保护原理应用于不同的 被保护元件上（线路、变压器、发电机等）选取不同的值。
比率制动方式—— Ires 采用
Ires 0.5 Im In
量是被保护线路两端电流的相量差）或采用

电力系统继电保护 ——方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护

电力系统继电保护 ——方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护

U 900 Z r I


负序、零序分量本身就是故障分量，类似的公式。
一、工频故障分量的方向元件

反应工频故障分量的方向元件：
（1）不受负荷状态的影响
（2）不受故障点过渡电阻的影响
（3）正、反方向短路时，方向性明确
（4）无电压死区
（5）不受系统振荡影响
二、闭锁式方向纵联保护

目前在电力系统中广泛使用由电力线路载波通道实现的闭 锁式方向纵联保护。

四、影响正确工作的因素及应对措施
2. 功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 增加延时返回元件。

3. 分布电容对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 一端断开，另一端三相合闸充电 负序方向元件：按躲过空载线路两相先闭合时出现的稳态负 序电容电流进行整定；或增大保护启动时间；或用方向阻抗 元件代替负序方向。
标量和，比率制动方式
I res | I m || I n | cos(1800 mn )
, cos(180 mn ) 0
标量积，标积制动方式

内部短路时，上述三个式子是不一样的。
一、纵联电流差动保护原理

带有制动线圈的差动继电器特性：
| Im In | K | I m I n | Iop 0
一、工频故障分量的方向元件


在方向比较式纵联保护中，方向元件或功率方向测量元件 是保护中的关键元件，常用工频电压、电流的故障分量构 成方向元件。 在保护的正方向短路时： U IZ s
' U IZ 在保护的反方向短路时： s

为便于实现电压、电流相位关系的判定，实际的方向元件 比较的是故障分量电压和故障分量电流在模拟阻抗Zr上产 生的电压之间相位关系。

ACE继电保护-41纵联简单版

ACE继电保护-41纵联简单版

4. 通道工作方式
电力线载波通道的工作方式： 1) 正常无高频电流方式（故障启动发信方式） 2) 正常有高频电流方式（长期发信方式） 3) 移频方式（f1 f2）
14
5. 载波信号的种类
M I M
k1
SM
N I N
SN
M I M
N I N
k2
SM
SN
保护元件
闭锁信号
允许信号
闭锁信号
9
五、纵联保护基本原理的分类 1. 按通道分类
导引线：≤10km，二次电气量，电流差动保护 电力线载波：最广泛，输电线路，要求线路故障时能动 微波：信息量大,频带宽（300－30000MHz） 光纤：信息量大，抗干扰，近年 短线路保护,频率为167THz---375THz
2. 按原理分类
（1）方向比较式纵联保护: 功率方向、测量阻抗判断结果
7
四、纵联保护基本原理
利用不同特征差异的电气量可以构成不同的纵联保护原理
（1）纵联电流差动保护原理（两端电流相量的故障特征）
I I 0 正常运行和外部故障时（K2）： I M N I I I 或 I I I I 内部故障时（K1）： I M N k set M N k
高频通道：“导线―大地” 构成 输电 线载波通道。 优点：最经济，可以只在一相 线路上 装设。 缺点：高频信号的衰耗和受到 的干扰都比较大。
高频收发信机 由继电保护装置控制发出预定 频率的高频信号
13
3. 通道特点及适用保护原理
优点：无中继、经济、施工简单 缺点：干扰影响大、实时性差 信号：传递状态信号（功率方向、电流相位） 原理：方向比较端高频保护同时向对侧发出允许信号，使保护动
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Im In K Im In Iop0
K
I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。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
区外故障时（k2点短路），
~
Im In
Im
Im In 很大，制动作用强
Im In 很小，动作作用弱
因此可以从高频信号的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。
下面结合图形具体说明。
区外故障时
~
Im
k2 ~
In
180° 360°
t
180° 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。 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，输电线路上存在连续的高频信号。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
1.纵联电流差动保护原理 在正常行运行及区外故障时， IM ，I流N 过差动继电器
的电流（不平衡电流）为：
Iunb Im In nT1A（IM IN )
电流继电器正确动作时，差动电流（动作电流） I应r 躲过
最大不平衡电流，即：
在差动继电器的设计中，差动的动作门坎随着 I res 的增大而增大， I res 起制动作用，称为制动电流。动作
方程为： Ir Kres Ires
4.4.1 纵联电流差动保护原理
2.输电线路纵联电流差动保护特性分析
（1）不带制动特性的差动继电器特性
动作方程： Ir Im In Iset Ise的t 选择方法：
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。
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： （1）躲过最大不平衡电流Iunb.max，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；
（2）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。
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。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
（2）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。
制动线圈流过两侧互感器的电流之差（循环电流） Im ，In 动作线圈流过两侧互感器的电流之和 Im ，In动作条件为：
区内故障时
~
Im
k1
~
In
180° 360°
t
180°360°
可见，区内故障时，两端电流同相，向线路发送高频信号的时刻基本相 同，因此，输电线路上的高频信号是不连续的。
4.4 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
4.4.1 纵联电流差动保护原理
1.纵联电流差动保护原理
IM
~
k1
Im
KD
Ir
IN
k2 ~
In
Ir Im In Im nT1A（IM IM ) In n1TA（IN IN )
Im In K Im In Iop0
4.4.2 纵联电流相位差动保护
1.纵联电流相位差动保护的工作原理 纵联电流差动保护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。
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。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
（1）不带制动特性的差动继电器特性 灵敏度检验：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。
K sen

Ir I set

I k . min I set
2
I k . min
单侧最小电源作用且被保护线路末端短路时，流过保护的 最小短路电流。
k2 ~
In
提高了外部短路时 不动作的可靠性。
Im In K Im In Iop0
4.4.1 纵联电流差动保护原理
区内故障时（k1点短路），
~
Im
Im , In近似同相
k1
~
In
Im In 较小，制动作用较弱 提高了内部短路时
Im In 很大，动作作用很强 保护动作的灵敏性
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实际短路电流 可Ire以s 采
用以下方法计算：
比率制动方式
I res 0.5 Im In ，I res 0.5 Im In
标积制动方式
I
res

Im In cos(180 mn )

0
cos(180 mn ) 0 cos(180 mn ) 0
Ir Im In Iunb
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10% 的误差曲线按下式计算：
Iunb 0.1Kst Knp Ik
K st
当两侧互感器的型号、容量相同时取0.5，不同取1。
K np
非周期分量系数。
Ik
外部短路时流过互感器的短路电流（二次值）。
1）躲过外部短路时的最大不平衡电流
Iset Krel Knp Ker Kst Ik.max
2）躲过最大负荷电流
Iset Krel I L.max
可非互外靠周感部系 期器短数分1同路0，量型% 时取系系流误数1数.过差2，，~电系差取2流数动0互.回5感或路器1 采的用最速大饱短和路变电流流器（时二取次1；值） 采用串联电阻时取1.5~2；
纵联电流相位差动保护仅利用输电线路的两端电流相位 在区外短路时相差180°、区内短路时相差0°来区分故障范 围。此时需要传递两端各自的相位信息，需要传递的信息 量小。
4.4.2 纵联电流相位差动保护
在传递相位信息时，两端保护仅在本端正半波（负半波） 时启动发信机发送高频信号，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。