一种增强的纵联差动同步算法
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1、继电保护的基本任务是什么?自动迅速有选择性的将故障元件从电力系统中切除,使故障元件免于继续遭到破坏,保证故障部分迅速恢复正常运行。
反应电器元件不正常运行状态,并根据运行维护条件而动作于发出信号或跳闸。
2、电力系统对继电保护的四个基本要求是什么?分别对这四个基本要求进行解释?正确理解”四性”的统一性和矛盾性.选择性:电力系统发生故障时,保护装饰仅将故障元件切除,而使非故障元件仍能正常运行,以尽量缩小停电范围。
速动性:尽可能快地切除故障灵敏性:在规定的保护范围内,对故障情况的反应能力。
满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时,不论短路点的位置与短路的类型如何,都能灵敏的正确的反映出来。
可靠性:保护装置规定的保护范围内发生了应该动作的故障时,应可靠动作,即不发生拒动;而在其他不改动作的情况下,应可靠不动作,即不发生误动作。
继电保护的科学研究设计制造和运行的绝大部分工作是围绕着如何处理好这四个基本要求之间的辩证统一关系而进行的。
3、继电保护装置的组成包括那几个部分?各部分的功能是什么?测量部分:测量从被保护对象输入的有关电气量进行计算,并与已给定的整定值进行比较,根据比较的结果,给出“是”“非”“大于”“不大于”等于“0”或“1”性质的一组逻辑符号,从而判断保护是否该启动。
逻辑部分:根据测量部分各输出量大小,性质,输出的状态,出现的顺序或其组合,使保护装置按一定的逻辑关系工作,最后确定时候应该使断路器跳闸货发出信号,并将有关命令传给执行部分。
执行部分:根据逻辑部分输出的信号,完成保护装置所担负的任务,如被保护对象故障时,动作与跳闸,不正常运行时,发出信号,正常运行时,不动作等。
4、何谓主保护、后备保护和辅助保护?远后备和近后备保护有何区别?各有何优、缺点?主保护:反映被保护元件本身的故障,并以尽可能短的时限切除故障的保护。
后备保护:主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护,又分为近后备保护和远后备保护。
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 =11••'''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K I •=2•'I +2•''I > 0 (6.4) 当K I > 0时,差动继电器动作,驱动变压器两侧断路器分闸,对变压器起到保护作用。
变压器的纵联差动保护众所周知,纵差保护是一切电气主设备的主保护,它灵敏度高、选择性好,在变压器保护上运用较为成功。
它可以用来反映变压器绕组的相间短路故障、中性点接地侧绕组的接地故障以及引出线的相间短路故障、中性点接地侧引出线的接地故障。
但是变压器纵差保护一直存在励磁涌流难以鉴定的问题,虽然已经有几种较为有效的闭锁方案,又因为超高压输电线路长度的增加、静止无功补偿容量的增大以及变压器硅钢片工艺的改进、磁化特性的改善等因素,变压器纵差保护的固有原理性矛盾更加突出。
纵差保护还受到互感器采集不平衡电流的影响,在本章将研究纵差保护的基本原理、不平衡电流的产生及克服方案。
1变压器纵差保护基本原理按照反应电流和电压量变化构成的保护装置,测量元件限于装设在被保护元件的一侧,无法区别被保护范围末端和相邻范围始端的故障。
为了保证动作的选择性,在整定动作参数时必须与相邻元件的保护相配合,一般采用缩短保护区(降低灵敏度)或延长动作时限(降低速动性)的方法来获得选择性。
但从保证系统稳定运行和减轻故障变压器的损失及避免扩大事故的要求来看,希望能快速切除被保护范围内任意地点发生的故障。
如果保护装置的测量元件能同时反应被保护设备两端的电量时,就能正确判断被保护范围区内和区外的故障。
被保护元件发生内部和外部故障时,其各侧功率方向或电流相位是有差别的,因而根据比较被保护元件各端电流大小和相位差别的方法而构成的纵联差动保护,获得了广泛的应用。
采用差动继电器作保护的测量元件,用来比较被保护元件各端电流的大小和相位之差,从而判断保护区内是否发生短路。
由于纵联差动保护只在保护区内短路时才动作,不存在与系统中相邻元件保护的选择性配合问题,因而可以快速切除整个保护区内任何一点的短路,这是它的可贵优点。
但是,为了构成纵联差动保护装置,必须在被保护元件各端装设电流互感器,并将它们的二次线圈用辅助导线连接起来,接差动继电器。
由于受助导线条件的限制,纵向连接的差动保护仅限于用在短线路上,对于发电机、变压器及母线等,则可广泛采用纵联差动保护实现主保护。
发电机纵差动保护培训资料1、发电机纵差动保护原理对发电机相间短路的主保护,不但要求能正确区别发电机内、外部故障,而且还要求无延时地切除内部故障,为此而设置发电机纵差动保护。
在发电机中型点侧配置一组电流互感器,在发电机出口配置一组电流互感器,其保护范围为两电流互感器之间的发电机定子绕组及引出线。
两电流互感器是同一电压等级、同变比、可同型及特性尽可能相近的,其不平衡电流比较小。
为防止外部短路暂态不平横电流的影响,差动继电器可选用带中间速饱和电流器的继电器。
不平衡电流计算只考虑两电流互感器不一致而产生的不平蘅电流。
Ibp.max =KftqKtxfiI(3)dmaxKftq—非周期分量影响系数 BCH—2继电器取1Ktx—同型系数取0.5 fi=0.1 ID(3)max —外部短路最大短路电流周期分量为了防止电流互感器二次回路断线引起保护误动,设计有电流互感器二次回路断线监视装置,在发电机电流互感器二次回路断线后延时发信。
正常运行时发出断线信号后,运行人员应将差动保护退出,以防在断线情况下发生外部短路时差动保护误动。
2、发电厂330KV发电机差动保护蒲城发电厂1、2号发动机采用单星形中型点经中值电阻(1000欧)接地接线方式,差动保护采用BCH—12型差动继电器,保护范围是中型点CT与发电机出口CT之间、反映相间短路和单相接地故障,此保护未设CT断线闭锁,依靠躲过单相CT断线二次不平衡电流来闭锁CT断线。
发电机另外与主变共设置一套差动保护,保护范围是330KV两个出口开关CT、发电机中性点CT、厂高变低压侧两分支CT之间的接地、相间短路。
3、发电机纵差动保护的评价1)发电机纵差动保护不能反映定子绕组匝间短路;2)发电机定子绕组不同地点发生短路时,由于定子绕组多点感应电动势不同及短路阻抗不同,所以短路电流大小不同,中性点附近短路或接地,差动保护不灵敏。
同步发电机构纵差动保护一、发电机纵差动保护的作用原理对发电机相间短路的主保护,不但要求能正确区别发电机内、外故障,而且还要求无延时地切除内部故障。
变压器纵联差动保护原理变压器纵联差动保护是一种用于保护变压器的重要保护装置,主要用于检测变压器绕组之间的电流差异,以便快速准确地判断是否发生了内部故障。
以下是变压器纵联差动保护的基本原理:1. 基本原理:-纵联差动保护通过比较变压器绕组之间的电流来检测潜在的内部故障。
正常工作状态下,变压器的输入电流等于输出电流,即两侧绕组电流相等。
当发生内部故障时,如绕组短路或绝缘故障,绕组之间的电流差异将导致纵联差动电流。
2. 电流比较:-纵联差动保护系统会同时监测变压器高压绕组和低压绕组的电流。
这些电流通过电流互感器(CT)测量,并传输到差动保护设备中。
设备将两侧电流进行比较,正常情况下两侧电流应该平衡。
3. 设定电流和灵敏性:-差动保护设备设有一定的电流差动保护设定值。
当变压器内部发生故障时,导致两侧电流不平衡,超过设定值时,差动保护将启动,产生差动保护动作信号。
4. 差动保护动作:-一旦检测到电流差异超过设定阈值,差动保护设备会发出保护动作信号。
这通常包括切断电源、关闭刀闸等措施,以隔离变压器并防止故障蔓延。
5. 灵敏性和稳定性:-纵联差动保护需要在足够灵敏的同时保持稳定性,以防止误动作。
因此,设定值的选择、电流互感器的准确性和保护装置的灵敏性都是设计中需要考虑的关键因素。
6. 复合差动保护:-为了提高保护的可靠性,有时会采用复合差动保护,结合其他保护元件,如零序电流保护、过流保护等。
这样可以增加差动保护的鲁棒性,减少误动作的可能性。
变压器纵联差动保护是确保变压器正常运行和防止故障蔓延的关键保护装置之一。
通过及时、准确地检测内部故障,它有助于提高电力系统的可靠性和稳定性。
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,I 1 与 I 2 反向流入,KD 的电流为11TA In - 22TA I n =1I '- 2I '≈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:11TA I n + 22TA I n =1I '+ 2I '=2k TAI n当2k TAI n 大于KD 的整定值时,即 1I ' - (3)maxmax /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 TAI 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;Kunp ——非周期性分量影响系数,取为1~; fi ——TA 的最大数值误差,取。
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,即Iop=(Krel 为可靠系数,取)。
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 短路时,保护不能动作。
电动机差动保护误动分析与改进措施石生旺【摘要】对电动机起动过程中差动保护误动原因的分析,一般认为多重因素导致电动机起动时电动机侧电流互感器严重饱和,使二次电流出现畸变失真引起差动保护误动.针对电动机差动保护和电流互感器特点,本文给出了多个解决电流互感器饱和的方案,并结合目前发电厂厂用电发展趋势,提出厂用电流互感器参数选择、二次回路设计等方面需要考虑与保护配合,避免保护发生拒动、误动.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】4页(P136-139)【关键词】饱和;差动保护;二次负荷;起动电流;准确限值;电缆截面积【作者】石生旺【作者单位】广东韶关发电厂,广东韶关 512132【正文语种】中文当发电厂高压厂用电动机2MW及以上的电动机、或2MW以下但电流速断保护灵敏系数不符合要求时,可装设纵联差动保护,纵联差动保护应防止在电动机自起动过程中误动作[1]。
在工程应用中,在保护电流互感器参数选择、回路电缆设计时未考虑高压电动机特有的高倍起动电流特点和电动机位置至保护安装处距离两个因素,导致高压电动机起动时差动保护误动时有发生[2]。
本文通过高压电动机差动保护误动分析,提出多条解决措施,并结合现场厂用保护应用情况和电流互感器制造现状,提出厂用电电流互感器参数应结合多因素使用条件选择,满足保护测量要求,以供设计、维护参考。
1.1 保护误动情况给水泵电动机YKS5500-4额定电压为6kV,额定功率为5500kW,额定电流为611A,额定转速为1491r/min,绕组接法Y,功率因数为0.892。
电动机开关和电动机侧配置天津市百利纽泰克AS12/150b/4S的CT,A、C两相配置,变比为800/5,保护准确级为5P20,二次额定容量为20VA,二次绕组直流电阻RCT=0.52W,开关侧CT二次侧采用2.5mm2软导线引接至保护装置;电动机侧CT置于电动机尾部,采用2.5mm2屏蔽电缆引接至开关柜保护装置,长度为150m。
一种增强的纵联差动同步算法摘要:纵联差动保护的同步算法一般是基于采样通道的同步方法,而这些方法均是基于本对侧装置的采样数据传输延时是相等的。
而使用了IEEE C37.94标准后,本对侧的采样数据传输延时是肯定不相等,因此需要对采样同步方法进行优化。
本文提出的增强纵联差动同步方法在基于采样通道的同步方法的基础上能够适应采样数据两侧不相等的传输延时,支持国际通用的IEEE 37.94标准,并且提高同步的结果,使得继电保护装置的能够适应海外市场的需求。
关键词:纵联差动;同步;IEEE37.94An Enhanced Longitudinal Differential Synchronization AlgorithmDaibixiang(Nanjing SAC Power Grid Automation Co.,Ltd.No.39 Shuige Road,Jiangning Development Zone,Nanjing,JiangSu.211153)ABSTRACT:The synchronization algorithm of the longitudinal differential protection is generally based on the synchronization method of the sampling channel,and these methods are based on the sampling data transmission delay of the opposite device is equal.If we use the IEEE C37.94 standard,the opposite side sampling data transmission delays are definitely not equal,so the sampling synchronization method needs to be optimized.The enhanced longitudinal differential synchronization method proposed in this paper can adapt to the unequal transmission delays on both sides of the sampled data based on the sampling channel-based synchronization method,support the internationally accepted IEEE 37.94 standard,and improve the synchronization result,making the relay protection device can adapt to the needs of overseas markets.KEY WORD:Longitudinal Differential,Synchronization,IEEE37.940 引言光纵保护也称纵联差动保护,是继电保护中常用的主保护,对继电保护的稳定可靠运行起到了重要作用,目前国内主流继电保护厂家的保护设备在纵联差动的实现上均采用了光纤作为介质进行传输,但是光接口标准会有很大差异,对于专用通道,这样的做法对维护没什么影响;但在目前国内220kv及以上变电站大部分都是复用通道模式,光纤经过的环节比较多,如果通道发生异常,需要在不同环节的端口处进行自环检测,故障排除,费时费力,而且不同厂家保护装置很难互联互通。
IEEE于2002年制定了C37.94标准,并在2017年进行了修订,该标准规范了保护装置与数字复接设备之间的光纤连接,这样不同厂家生产的保护装置与数字复接设备在光接口处能够进行互联互通,并且能提高通道故障定位及监测的水平。
目前纵联差动保护的同步方法绝大部分厂家都是基于采样通道的同步方法,包括采样时刻调整法、采样数据修正法、参考向量同步法。
而这些方法均是基于本对侧装置的采样数据传输延时是相等的,而使用了IEEE C37.94标准后,本对侧的采样数据传输延时是肯定不相等,因此需要对采样同步方法进行优化。
1 IEEE C37.94介绍1.1 帧格式C37.94规定了保护设备与数字复接接口设备之间采用统一的标准进行通信,提供了N(N=1,2,⋯,12)×64kbit/s的传输带宽,使不用厂家的保护设备与数字复接接口设备能够互连。
另外,C37.94标准中规定了相对严格的帧格式,所以对通道故障定位起到积极作用。
C37.94的帧格式如下图所示,包括Header、Overhead、Channel Data。
图1 C37.94的帧格式Header格式为:a b c d e f g h 0 0 0 0 1 1 1 1。
其中a b c d e f g h存在如下两种模式,两种模式在报文中交替出现。
图2 Header格式说明Overhead格式为:pp qq rr ss 10 10 10……10。
48bit用于表示24个实际位信息,每个数据位后面都有其补码。
其中p,q,r,s用于表示Channel Data有效字节数,N = 1~12。
Channel Data由192bit组成,用于表示96个用户数据位,每个数据位跟随其补码。
前N×8数据位为有效用户数据,其余的96 –(N×8)数据位设置为1。
C37.94标准规定每秒传送8000帧,其中每帧传输N个通道,每个通道有效数据为8 bit,所以通信传输带宽为N*64 kb/s。
1.2 信号故障IEEE C37.94 2017定义了LOS、YELLOW、AIS三种告警来反应不同位置的通道链路故障。
LOS产生条件:接收器在1ms内(8帧)连续检测到2帧或2帧以上的错帧即判别为LOS。
LOS清除条件:接收器在检测到连续8帧正确帧。
“黄色告警bit”y产生条件:保护装置判断出现LOS、AIS传输异常时,置y为1。
“黄色告警bit”y清除条件:保护装置判断无LOS、AIS传输异常时,置y为O。
YELLOW产生条件:连续3帧的帧头y位为1且接收信号正常(无LOS)。
YELLOW清除条件:连续3帧的帧头y位为0或接收信号无效(LOS)。
AIS产生条件:数字复接设备在光口接收LOS后,用全“l”填充(原码、补码更替)数据头及数据部分。
保护装置识别全“1”数据即判断为AIS。
AIS清除条件:数字复接设备在光口接收正常后,恢复数据头及数据部分。
保护装置识别为正常数据,即判断AIS消失。
2 使用IEEE C37.94的影响性分析220 kV及以上电压等级线路,由于线路距离长,其光纤纵联保护通常采用复用通道。
复用通道的连接方式如下图所示图3 符合C37.94的纵差保护通道光接口系统连接情况复用通道方式下的数字复接接口设备与电力通信网之间的通信速率一般为64 kb/s或2 Mbit/s。
目前使用的同步方式是基于发送和接收两侧的接收路由是一致的,而C37.94规定了报文必须每125us发送一帧,但是装置内部是按照固定的采样节拍在周期运行,而采样周期与125us之间没有倍数关系,所以每次定时中断里填写好发送缓冲区后,都得等前一个125us发送完毕,在下一个125us开始的头部进行发送,所以中间有一个时间差,光纵两侧的的发送时间差是不相等的,并且这个不相等的数值是一个随机数,最大是125us,并且每次发送时的等待时间差与前一次发送的时间差也是不一样的。
因此在采用了C37.94标准后需要对现有光差同步算法进行适应性的改造。
3 自适应乒乓同步方法自适应的乒乓同步方法需满足IEEE C37.94标准,且有以下两个原则:1、尽量减少对现有光差同步原理的影响。
2、将影响现有光差同步算法的不确定时间在前端处理掉,得出稳定的时间数据后在依据此进行光差同步的计算。
不确定的时间在第2章节中已有介绍,就是图4中的,在去掉了不确定性的时间后,得到一个相对稳定的等腰梯形图形,如图4红色部分所示上边的没有变化,下边去掉了不确定的,形成了一个稳定的时间。
利用乒乓同步的原理得到通讯延时如下:其中。
在去掉了不确定性的时间后,得到了图3中稳定的红色下边。
主从机采样时刻偏差为:,如果大于0,则从机采样超前,需暂时缩短从机采样周期,如果小于0,则从机采样滞后,需暂时增大从机采样周期。
图4增强的纵联差动同步方法为了计算稳定通讯时间的。
在进行计算时主机和从机均需要知道的数值,即可通过公式完成计算得出稳定的。
4 同步方法验证在应用了上述的同步方法后,进行相应的纵联差动测试,如下图所示:使用两台采用了IEEE37.94规约的线路保护装置进行装置的互联互通,使用测试仪同时在两台装置进行加量操作,此时通过同步方法在任意一侧进行本对侧相角的计算,计算得到本对侧的相角差在1°以内,符合纵联差动的保护要求,原先的乒乓同步算法的相角差在1.6°以内,优于现有的同步算法。
5 结论经过测试表明,增强的纵联差动同步算法优于传统的乒乓同步算法,能够很好的适用IEEE37.94标准在线路保护装置产品中的应用,在本对侧的采样数据传输延时不相等的情况下,很好的实现了纵联差动两侧装置的数据同步,能够保证纵联差动保护的可靠性和准确性,对继电保护的稳定可靠运行起到了重要作用。
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