纵联差动保护 ppt课件

4.5 纵联电流差动保护
4.5.1 纵联电流相位差动
电流差动的主要问题： • 数据同步 • 传输数据量大，对通道要求高 • 易受互感器饱和的影响
纵联电流相位差动保护在以上几方面具有优势
4.5 纵联电流差动保护
4.5.1 纵联电流相位差动
（一）基本原理
仅利用输电线路两端电流相位 在区外短路时相差180°区内短 路时相差为0°,也可以区分区 内、外短路,这就是纵联电流相 位差动保护原理。 此时只需要两端传递各自的相 位信息，即可构成电流相位比 较式纵联差动保护。
.
I m
Rg
.
I n
图4－30 负荷电流对纵联电流差动保护的影响示意图
4.5 纵联电流差动保护
4.5.4 影响纵联电流差动保护的因素及其措施 （三）影响因素之三：负荷电流
解决措施： 故障分量差动保护 差动电流：
制动电流：
M
.
Im
Im In Im In K Im In Im In Im In Im In
当该电流为正(或负)半波时,操作发信机 发出连续的高频电流, 而当该电流为负(或正)半波时,则不发高 频电流。
4.5 纵联电流差动保护
4.5.1 纵联电流相位差动
（二）原理框图
收信比较时间t3元件
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。 区外短路时高频电流间断的时间短,小于t3 延时, 收信机回路无输出,保护不能跳闸。 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。 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 短路时收到的高频信号不完全连续,会有一定的 间断时间,同样在区内短路时收到的高频电流间 断时间也会小于半周波,因而对t3 要进行整定。

3
nT
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
2.由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流
（2）消除不平衡电流的措施 2）微机保护平衡系数折算法（通过软件实现） 方法是：在微机中，变压器的差动保护利用软件算法对变压
器各侧的相位和幅值进行校正。最常用的算法TA1、TA2全部接成 星形接线，仿照前面所述的常规接线的处理方法，对变压器星型 侧电流按两相电流差处理方式进行相位补偿。
Y A2
I
Y A2
I
BY2－I
Y C2
I
Y B2
I
D c2
I
D a2
I
D b2
I
D c2
I
D a1
a
I
D b1
b
I
D c1
c
I
D a1
I
D a1
变压器△侧：
I
D b1
I
D b1
I
D c1
图3-12 变压器正常运行时 TA一次侧电流向量图
I
D c1
图3-13 变压器正常差流回路 两侧电流向量图
图3-11 YNd11接线变压器纵差动接线图
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
2.由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流
（2）消除不平衡电流的措施
由于变压器高压侧的TA1是三角形接线，流进差动继电器KD3
的电流为TA1的线电流是TA1相电流的 3 倍，即
ICY2
I
Y A2
3I
Y C2
如果要在正常运行时，流进KD3的差动电流为零，则需满足：
(
I
Y A1
IBY1) / nT
I
D b1

容器下端可靠接地。
电力系统继电保护原理
LINYI UNIVERSITY
三、高频信号的利用方式
1、高频通道工作方式 经常无高频电流方式（即故障时发信）☆☆ 经常有高频电流方式（即长期发信） 移频方式（正常与故障发不同频率的信号）
2、传送高频信号的分类 闭锁信号：收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要、 条件。当外部故障时，由一端的保护发出高频闭锁信号将 两端的保护闭锁，而当内部故障时，两端均不发因而也收 不到闭锁信号，保护即可动作于跳闸。
电力系统继电保护原理
LINYI UNIVERSITY
允许信号：收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件。 当内部故障时，两端保护应同时向对端发出允许信号，使保 护装置能够动作于跳闸，而当外部故障时，则收不到这种信 号，因而保护不能跳闸。
跳闸信号：收到这种信号是高频保护动作跳闸的充要条件。 利用装设在每一端的I段保护，当其保护范围内部故障而动 作 于跳闸的同时，还向对端发出跳闸信号，可以不经过其它控 制元件而直接使对端的断路器跳闸。每端发送跳闸信号保护 的动作范围小于线路的全长，而两端保护动作范围之和应大 于线路的全长。前者是为了保证动作的选择性，后者则是为 了保证全线上任一点故障的快速的动作。
电力系统继电保护原理
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5）高频收、发信机 收信机由继电保护控
制，通常在电力系统发生 故障时，保护部分起动之 后它才发出信号。高频收 信机接收由本端和对端所 发送的高频信号，经过比 较判断之后，再动作于继 电保护，使之跳闸或将它 闭锁。 6）接地刀闸：当检修连接滤波器时，接通接地刀闸，使结合电
处于电压平衡状态（因此得
名），不会起动继电器跳闸
内部故障时: GBm 与GBn之间二次侧有电流， GBm、 GBn的原边有较 大电流，起动继电器跳闸

相继动作区：对侧保护动作后，由于短路电流重新分布使本侧保护再动 作，叫相继动作。可能发生相继动作的区域叫相继动作区。
电流平衡保护的基本工作原理
电流平衡保护的基本工作原理,KAB是一个双动作的电平衡继电器，当平 行线路正常运行或外部故障时，通过KAB两线圈N1和N2的电流幅值相等， “天平”处在平衡状态，保护不动作。当线路L1故障时（如 k1点故障）， ， 则I1 ＞ I1 ,KAB的右侧触点闭合，跳开QF1切除L1的故障；当线路L2故障 时，KAB的左侧触点闭合，跳开QF2切除L2的故障。
）；判别是哪条
二、名词解释 1、纵联差动保护 2、相继动作 3、相继动作区 三、判断题 1、方向横差保护不仅应用于平行线路上。（ ） 2、纵差保护的动作时限与相邻下一线路按阶梯时限原则配合。 （ ） 3、由于纵差动保护必须敷设与被保护线路一样长的辅助导线，所 以纵差动保护应受到一定的限制。（ ）
4、由于纵差动保护能够尽可能快动作，所以不需后备保护。 （ ）
纵差动保护测量线路两侧的电流并进行比较，它的 保护范围是两侧电流互感器之间线路的全长。 在整定值上它不需要与相邻线路的保护配合，这是 比单端测量的电流保护及距离保护优越之点。
IⅠ
× 。 。 IⅠ2
区 外 故 障
IⅠ
× 。 。 IⅠ2
区 内 故 障
IⅡ 。IⅡ2 。 × ×
IⅡ
IⅡ2 。 。 × ×
在线路纵差动保护中可采用速饱和变流器或带制动特性 的差动继电器，减小不平衡电流及其影响。 对纵联差动保护的评价 优点：纵联差动保护是测量两端电气量的保护，能快速切 除被保护线路全线范围内故障，不受过负荷及系统振荡的影 响，灵敏度较高。 缺点：需要装设同被保护线路一样长的辅助导线，增加了 投资。同时为了增强保护装置的可靠性，要装设专门的监视 辅助导线是否完好的装置，以防当辅助导线发生断线或短路 时使纵差动保护误动或拒动。 在输电线路上只有当其他保护不能满足要求，且在长度小 于10km 的线路上才考虑采用纵联差动保护。 纵差动保护在元件（如发电机、变压器等）保护中得到广 泛应用。

图4发电机差动出口逻辑：循环闭锁方式
此时若仅一相差动动作而无负序电压时即认为TA断线。
负序电压长时间存在而同时无差流时，为TV断线。
动作逻辑方式Ⅱ：单相差动方式
原理：任一相差动保护即出口跳闸。这种方式另外配有TA断线检测功能。在TA断线时瞬时闭锁差动保护，且延时发TA断线信号。保护的逻辑图如下：
图5发电机差动出口逻辑：单差动方式
两侧电流定义：
对于发电机差动、励磁机差动，其中 、 分别为机端、中性点侧电流；
对于裂相横差，其中 、 分别为中性点侧两分支组电流；
比例制动系数定义：
为比例差动制动系数， 为比率差动制动系数增量；
为起始比率差动斜率，定值范围为0～0.10,一般取0.05;
为最大比率差动斜率，定值范围为0.30～0.70,一般取0.5;
(5)负序电压定值(仅出口方式Ⅰ有效)
即：
=（0.06～0.12）
(7)TA断线延时定值(仅出口方式Ⅱ有效)
无配合要求，一般取0.5秒。
3.3南自院
3.3.1比率差动原理
3.3.1.1
比率差动动作特性入图7。
图7比率差动保护的动作特性
比例差动保护的动作方程如下：
式中 为差动电流， 为制动电流， 为差动电流起始值， 为发电机额定电流。
2.IEEE导则中的相关内容
2.0概述
通常配置某种动作特性的差动保护来反应发电机定子绕组相间短路，包括三相对称短路、两相短路和两相接地短路。对发电机中性点某些接地方式，差动保护还能反应定子绕组单相接地故障。
对中性点经高阻(配电变压器或消弧线圈)接地的发电机，差动保护不能反应定子接地故障，因为单相接地故障电流小于差动保护的灵敏度。
2.1变比率差动保护

取R1=R3=Ra，R2=R4=Rb(Ra、Rb皆为选定的参数）,Kl=K2=K，则上述三式可改写为：
可选择保护的动作判据为：
对于给定的Ra、Rb、RX、K2及K，当上式等号成立时，RX便为检测到的最大接地电阻Rx.max，若K2取固定值，则改变K可以调整灵敏性。K2值可根据灵敏性要求,由式（7.64）取等号求出，即
具有比率制动特性的差动保护
保护的动作电流Iop随着外部故障的短路电流而产生的Iunb的增大而按比例的线性增大，且比Iunb增大的更快，使在任何情况下的外部故障时，保护不会误动作。这是把外部故障的短路电流作为制动电流Ibrk,而把流入差动回路的电流作为动作电流Iop。比较这两个量的大小，只要IOP≥Ibrk，保护动作；反之，保护不动作。其比率制动特性折线如图7.2所示。
由电桥平衡原理构成的励磁回路两点接地保护有两个缺点：
①由于两点接地保护只能在转子绕组一点接地后投人，所以，对于发生两点同时接地，或者第一点接地后紧接着发生第二点接地的故障，保护装置均不能反映。
②若第一个接地点发生在转子绕组的正极或负极端，则因电桥失去作用，不论第二点接地发生在何处，保护装置将拒动。
电桥原理转子两点接地继电器电路原理接线及方框图
装置动作时对应的RX为
对于给定的Ra、Rb、RX、K2及K，当上式等号成立时，RX便为检测到的最大接地电阻Rx.max，若K2取固定值，则改变K可以调整灵敏性。K2值可根据灵敏性要求,由式（7.64）取等号求出，即
发电机励磁回路两点接地保护
当转子绕组发生两点接地故障，由于故障点流过相当大的短路电流，因而会烧伤转子；
，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：

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纵联保护的分类：
A. 按通信通道分：
(1) 导引线通道 需要沿线铺设导引线电缆传送电气量信息，其 投资随线路的长度而增加。此外，导引线越长， 其自身安全性越低。用于短线路。
(2) 电力线载波通道
利用输电线路本身作为通信通道，不需专门架 设通信通道，应用广泛。
注意：线路发生故障时通道可能遭到破坏。
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纵联保护按通道类型分类
纵联保护信号传输方式： （1）以导引线作为通信通道：纵联差
动保护 （2）电力线载波：高频保护（方向高
频保护，相差高频保护），其中方向高 频保护又包括高频闭锁方向保护，高频 闭锁负序方向保护，高频闭锁距离保护； （3）微波：微波保护，长线路，需要 中继站；
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，以实现 各端电流相位（或功率方向）的比较，称为高 频保护。
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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
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1 导引线通信
利用铺设在输电线路两端变电站之间的二次电 缆传递被保护线路各侧信息的通信方式称之为 导引线通信，以导引线为通道的纵联保护称为 导引线纵联保护。
优点：不受系统振荡的影响，不受非全相的影响， 简单可靠 缺点：导引线不能太长
保护原理：电流差动原理
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适用于短线路
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2 电力线载波通道（高频）
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一、纵联差动保护的基本原理
1.变压器正常运行或者外部故障时差动电流分析
差动电流： Id
I1'
I2' =
I1 nTA1
I2 nTA2
这个电流在变压器正常运行或外部故障时不一定为零。
I1'
I
2' ，即I
' d
=
0
一、纵联差动保护的基本原理
如何选择合适的电流互感器变比，使正常运行或变压器外 部故障时差动电流为零？
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
1.变压器的励磁涌流
（1）励磁涌流对差动保护的影响 由变压器的原理可知，变压器的励磁电流只流过变压器其 中的一侧。因此通过TA反映到差动回路中不能被平衡。但在 变压器正常工作情况下，励磁电流很小，反映到差动回路可以 忽略不计。
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
1.变压器的励磁涌流
（2）励磁涌流产生的原因
如果考虑剩磁Φr，这样经过半个周期后铁芯中的磁通将达到 幅值2Φm+Φr。因此：
铁芯中的磁通达到最大值—>变压器严重饱和—>励磁阻抗降 低—>对应的励磁电流很大—>类似于“涌动的潮流”，故简称 “励磁涌流”。
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
1.变压器的励磁涌流
（1）励磁涌流对差动保护的影响 但是当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，
由于变压器铁芯中的磁通急剧增大，使变压器铁芯瞬时饱和， 出现数值很大的励磁电流（称为：励磁涌流）。
励磁涌流可达变压器额定电流的 6～8 倍，如不采取措施， 变压器纵差保护将会误动。
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施

变压器每相绕组励磁涌流中含有较大的二次谐波分量，含
量大小与铁芯饱和磁通甚至大小及电压突变出现角度等因素直
接相关。 判据：
I
2
I
K
1
I2——电流中的二次谐波有效值 I1——电流中的基波有效值 K——给定的整定值，一般取0.15~0.2
五保护
同时，理论研究及实践均发现，变压器三相励磁涌流中， 二次谐波并非同时达到此整定值，故一般采用或门制动的方式， 即三相中有一相2次谐波含量超过这个定值就闭锁变压器纵联 差动保护。
四、比率制动式差动保护
1.工作原理
图3-14 变压器差动保护原理接线图
若以流入变压器的电流方向为正，则差动电流为：Id = Ih Il
为了使区外故障时获得最大制动作用，区内故障时制动作用
最小甚至为0，制动量为：Ires = Ih - Il / 2
四、比率制动式差动保护
图中可以看出，区外故障时 Ih = Il，制动电流Ires达到最大
六、变压器的差动速断保护
Id
比率差动 动作区
Ist.0 A B 0G I res.0
C
I unb.max
SD
F
E
I res
Ires.max
图3-19 变压器差动速断动作区
差动速断保护的整定值， 按照躲过变压器最大励磁涌流 和外部短路最大不平衡电流的 整定，只反应差流中工频分类 的大小，不考虑谐波及波形畸 变的影响，其值达4~10倍的额 定电流。
六、变压器的差动速断保护
在变压器差动保护中，常常配有二次谐波等制动元件，以 防止励磁涌流引起保护误动。但是，在纵差保护区内发生严重 短路故障时，如果电流互感器出现饱和而使其二次侧电流波形 发生畸变，则二次电流中含有大量谐波分量，从而使涌流判别 元件误判为励磁涌流，致使差动保护拒动或延迟动作严重损坏 变压器。

3
.
6.2.1 变压器纵差动保护的基本原理与接线方式
4.三绕组变压器的纵联电流差保护
I&1
I&1'
I& 3
I& 3'
Id
电力系统常常采用三绕组变
压器。三绕组变压器的纵联
I& 2
差动保护原理与双绕组变压
I
&
' 2
器是一样的。如图所示的变
压器为Yyd11接线方式。
思考：如何构造差动电流？如何选择CT变比？
nT I1 nTA2
nT I1 nTA2
I r nTn I 1 TAI 22(1nn Tn TTAA )2n 1IT 1A 1
选择CT变 比的原则
若选择： nTA2 nT A1
nT
则： (1nTnT A)1 I 1 0 nT A2 nT A1
正常运行或区外短路时：
Ir
nTI1 I2 0 nT A2
.
6.2 变压器纵差动保护
——基本原理和接线方式 ——减小不平衡电流影响的方法 ——整定计算的基本原则 ——具有制动特性的差动继电器
.
6.2.1 变压器纵差动保护的基本原理与接线方式
电流差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需 要与其他元件的保护配合，可以无延时的切除区内故障， 具有独特的优点，因而被广泛的应用于变压器的主保护。 下面具体分析变压器电流差动保护。
.
6.2.1 变压器纵差动保护的基本原理与接线方式
1.正常工作时理想变压器的一、二次侧的电流关系
I1
+
U1
-
I2
+
U2
-
nT
U1 U2

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2019/9/23
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（2）电压形成回路及动作判据
参考书P214图8-15分析其工作情况
比率制动部分：


动作电压U1 | I1 I2 |；比率制动电压U4 | I1 I2 |
二次正谐常波运制行动及部区分外短：路：U1小， U4大，所以保护不动

二次谐波制动电压U2 | I1 I2 |2
TM
I2 TA2
I1
K2 I I KD IK I2
K1
图2-1 区内外故障时的工作情况 12
2、变压器纵联保护特殊问题——引起不平衡电流 增大的因素
（1）变压器高、低压两侧电流的大小和相位不同 （2）变压器空载投入的励磁涌流 （3）带负荷调压的变压器运行中改变分接头
（4）电流互感器计算变比与标准变比不同 （5）两侧电流互感器型号不同
流可达额定电流的6～8倍，这称为励磁涌流，可 引起差动保护误动作。
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3、二次谐波制动的变压器纵联差动保护
（1）比率制动式差动继电器的组成及各部分作用
比率制动部分是用于防止外部短路时，由于不平 衡电流影响而造成误动作； 二次谐波制动部分的作用，是防止变压器空载 投入时出现励磁涌流而造成保护误动作； 差动电流速断部分作用，防止变压器内部发生 严重故障时，差动继电器拒动和加快切除故障；
8
3、测量元件动作电流整定原则 保证外部短路保护不动作。 （动作电流按照大于外部短路流过保护
的最大不平衡电流整定。）
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二、变压器的纵联保护
1、构成、基本原理 2、变压器纵联保护特殊问题
——引起不平衡电流增大的因素 3、二次谐波制动的变压器纵联差动保护
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二、变压器纵联保护