输电线路几种比率差动保护性能仿真

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张艺迪，女，本科，华北电力大学（北京校区） 国际教育学院，研究方向为高压直流输电系统。

图7 直流母线故障与保护仿真电路图
图8 直流母线短路故障设置
图9 整流侧母线出口电流
PSCAD仿真验证
为验证本文所提保护方案的可行性，本文在PSCAD
真软件中搭建图5所示的高压直流输电系统，并添加差动保护装置以及自动重合闸装置，设置直流母线逆变侧额定电压500V，整流侧额定电压200V，差动保护电流整定值为0.3A，自动重合闸动作时间为故障结束后30ms。

直流母线故障与保护仿真结构如图7所示。

0.2s时设置系统整流侧发生短路故障，故障时间持续2.6s后消失，如图8 所示。

整流侧电流输出如图9所示。

差动保护主要是内部短路的保护，但当外部故障时有不平衡电流可能穿越差动保护电流互感器，造成差动保护误动作。

因此为了躲过外部故障时不平衡电流引起差动保护动作，采用了制动电流来平衡穿越电流引起差动保护的启动电流。

发电机采用机端电流作为制动电流，能在外部短路时取得足够的制动电流，又能在内部短路时减少中性点电流的制动作用。

变压器采用二次谐波作为励磁涌流闭锁判据。

一般设有CT断线闭锁保护。

如下图：图中Ie为额定电流，Icdqd为启动电流，Ir为制动电流，Kb1为比率制动系数。

阴影部分为动作区差动保护灵敏度与启动电流、制动系数和原理之间的关系摘要：分析了差动保护的有关整定原则，明确提出了差动保护的灵敏度与许多因素有关，如定值、原理和实现方式等。

不能仅改变某一个因素(如定值)来提高灵敏度，而需要综合考虑各个因素的影响，否则适得其反。

0 引言随着继电保护技术的不断发展和进步，技术人员对保护的认识越来越深刻，对许多继电保护约定俗成的做法开始了反思。

如规程上对差动保护规定：使用比率制动原理的差动保护，不要校核灵敏度，其灵敏度自然满足。

那么这个“自然满足”的灵敏度是什么灵敏度呢?其实对发电机差动保护而言，就是在发电机机端发生两相短路，该差动继电器的灵敏度校验结果肯定能够满足要求；在现场运行过程中，经常有人将保护中的比率制动系数和比率制动斜率混淆，究竟这两个概念有什么区别，又有什么联系?标积制动原理对提高差动保护的灵敏度有什么有利的地方，它和比率制动之间又有什么关系，它们之间从根本上是否一致呢?本文就这些用户所关心的问题展开深入的分析和讨论，并阐明作者自己的观点[1,2] 。

1 差动保护灵敏度系数的定义与校验设流入发电机的电流为正方向，取继电电器差动电流Id为：式中：Iop为当时动作电流的整定值。

发电机差动保护的灵敏度是指在发电机机端两相金属性短路情况下差动电流和动作电流的比值。

此情况下，在(Iz,Id)平面上两相金属性短路的故障点应该在斜率为2的内部故障特性线的上方，而一般动作边界的制动系数不会超过1，所以按照规程中整定出来的动作边界肯定能够满足灵敏度系数Klm≥2的要求。

基于 MATLAB的电力变压器比率制动式纵差保护仿真与研究1.兰州信息科技学院甘肃兰州7300002.国网兰州供电公司兰州倚能电力设计咨询有限公司甘肃兰州730050摘要：作为电力系统重要的元件，变压器起着电能分配的作用，其作用的得重要性不言而喻。

本文主要介绍变压器比率制动式纵差保护原理、计算，借助MATLAB-SIMULINK仿真平台搭建仿真模型，进行变压器区内区外故障仿真。

从仿真结果可知，在变压器内部故障时，该保护可靠动作；在变压器正常运行和外部故障时，该保护正确制动，满足保护要求。

关键词：电力变压器；比率制动；差动保护引言继电保护系统技术主要是广泛指一种用来有效保障移动供电系统设备的安全与有效防止和暂时限制其在供电设备系统中长期或者较短时间内可能发生大或小面积突然停电的一种最基础、也是重要和有效的继电技术保护方法。

继电器的保护器制动装置一旦正常启动而仍然无法正确地进行动作,就很有可能会严重增加交通事故,酿成甚至更多的其他严重后果。

,是有效保障动力电网安全、稳定地正常运行的重中之必。

这种能够实现交流继电保护直流功能的短路装置被我们称为直流继电短路保护器。

2设计内容及要求2.1设计基本资料已知两台直流变压器都用的是三绕组,分级式的绝缘。

因为三绕组的电路相互关联,当运行时其中一个绕组短路电流的变化会影响另外两个绕组的电压。

其参数：，电压：，接线：（三个绕组中通常情况下会有一个三角形连接的绕组，其作用是用于减少三次谐波分量）。

短路电压：；，两台小型变压器不能同时正常工作,110kv侧中性连接点仅有可能同时连接一台小型变压器;同时若只有一台变压设备正常工作运行,因此，在此操作中共同工作的两个变压器的两个中性点必须同时接地,其余参数。

2.2 变压器选型作为一种电气系统中进行电力传输的重要部件, 根据GB50052和《发电厂电气设备》手册在变电站中,用来给电力系统或者用户提供电源的变压器被称为主要变压器。

比率制动式差动保护原理
比率制动式差动保护是一种常见的电力系统保护方式，其主要原理是基于比率差动电流的变化来进行故障检测和保护。

这种保护方式适用于高压输电线路和变电站等电力系统的保护。

比率制动式差动保护的基本结构包括绕组、比率制动器和继电器三部分。

绕组是差动保护的检测部分，通过测量绕组上的电流来得到比率差动电流。

比率制动器是控制部分，通过对比率差动电流进行调整和控制，使保护系统具备一定的灵敏性和可靠性。

继电器是保护系统的核心部分，负责检测比率差动电流，并在检测到异常情况时进行判断和响应。

比率制动式差动保护的原理是基于比率差动电流的变化来进行保护的。

在正常操作情况下，绕组上的电流总是满足一定的比率关系，也就是所谓的“常规关系”。

当电路发生故障时，比率关系将发生改变。

此时，比率制动器将对比率差动电流进行调整，使其保持在一定的范围内。

如果比率差动电流超过了预设的阈值，继电器将触发故障报警或机械切断。

比率制动式差动保护主要有两种额定方式，即定常式和逆变式。

定常式比率制动器的额定比率是固定的，通常使用在负载变化范围较小的电路中。

而逆变式比率制动器具有更广泛的适用性，其额定比率可以根据不同的负载情况进行自适应调整。

比率制动式差动保护的优点包括响应速度快、精度高、适用性广等，使其成为电力系统保护中的重要手段。

然而，该保护方式也存在一些局限性，如对于大电流的跨越和复杂的电路拓扑结构的保护，可能需要使用其他保护方式来进行补充。

总之，比率制动式差动保护是一种基于比率差动电流变化来进行故障检测和保护的电力系统保护方式，其优点包括响应快、精度高和适用性广，但也存在一定的局限性。

基于Matlab的输电线路纵联差动保护实验仿真平台于群;冯知海;于永进;李清泉【摘要】介绍了一种利用Matlab搭建输电线路纵差保护实验仿真平台的方法.利用实验仿真平台对输电线路常用到的全电流差动保护、基于工频变化量差动保护和零序差动保护3种判据,以及不平衡电流进行了仿真.以图文并茂的形式分析了3种保护判据的动作行为以及不平衡电流对其的影响.通过设置不同的过渡电阻对3种判据的灵敏度分别进行了具体分析.最后通过与实际线路保护装置的动作特性曲线比较,验证了所搭建的保护模型的正确性.该平台可使学生既形象又深刻地理解线路纵差保护的原理,经在课堂教学中应用,收到了良好的效果.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2015(034)012【总页数】4页(P86-89)【关键词】输电线路;纵联差动保护;Matlab;实验仿真平台【作者】于群;冯知海;于永进;李清泉【作者单位】山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛266590;山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛266590;山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛266590;山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TM773纵联电流差动保护具有原理简单、所需电气量少、灵敏度高以及天然选相的功能，是最为理想的保护原理。

它已被广泛应用于高压输电线路、母线、变压器、发电机、电动机等重要电气设备上，但在实际应用中影响其正确动作的因素甚多，故纵联差动保护的原理广泛采用分段比率制动特性，该特性可以获得较理想的制动特性，可以有效躲过不平衡电流，并能提高保护的选择性和灵敏性[1-3]。

目前大部分文献对差动保护的分析及所提出的新原理均是基于比率制动特性的：文献[4]基于两段比率制动特性分析了互感器对纵差保护的影响并提出解决措施；文献[5-6]均是在分析两段折线式的制动特性原理的基础上对差动保护进行的分析；文献[7-8]提出的差动保护新原理均是基于两段折线式的。

比率制动式差动保护原理比率制动式差动保护是电力系统中常用的一种保护方式，其原理是根据电力系统中不同位置的电流差值来判断系统中是否存在故障。

本文将从差动保护的基本原理、比率制动式差动保护的工作原理、实际应用中的优点和缺点以及未来的发展方向等方面对比率制动式差动保护原理进行详细阐述。

一、差动保护的基本原理差动保护是一种根据系统不同位置的电流值之差来判断系统中是否存在故障的保护方式。

其基本原理是通过比较系统两个端点的电流值来判断系统中是否存在故障，当电流值之差超过一定的阈值时触发保护动作，以保护系统正常运行。

在电力系统中，通常使用差动保护来保护变压器、发电机和输电线路等重要设备。

差动保护的工作原理是通过测量不同位置的电流值，然后将这些电流值进行比较，当存在差值超出一定范围时，即判断系统中存在故障，并触发相应的保护动作，以确保系统的安全运行。

二、比率制动式差动保护的工作原理比率制动式差动保护是一种常用的差动保护方式，其工作原理是通过测量系统中不同位置的电流值，并根据设定的比率进行差值比较，当电流差值超出设定的范围时，触发保护动作。

比率制动式差动保护可以根据系统的特点和要求进行定制，以满足不同系统的保护需求。

比率制动式差动保护的工作原理主要包括以下几个方面：1.电流测量：比率制动式差动保护通过电流互感器或电流变压器等设备对系统中不同位置的电流进行测量，然后将这些电流值输入到保护装置中进行比较。

2.比率设定：根据系统的特点和要求，设定差动保护的比率范围，当系统中的电流差值超出这一范围时触发保护动作。

3.差动比较：比率制动式差动保护将系统中的电流值进行比较，当存在差值超出设定范围时，即判断系统中存在故障，触发保护动作。

4.动作信号输出：当差动保护判断系统中存在故障时，输出相应的动作信号，触发保护设备进行相应的动作，以保护系统正常运行。

通过以上几个方面的工作原理，比率制动式差动保护可以对系统中的故障进行及时有效的保护，确保电力系统的安全稳定运行。

基于Matlab的比率制动式变压器纵差保护仿真研究曹斌;吴祖文;饶成诚;陈开达【摘要】电力变压器作为现代电网中最重要的设备之一,承担着电压变换的重要任务,因此对变压器保护的选择性、速动性、灵敏性和可靠性有很高的要求.为了深入分析变压器在故障时的暂态情况,改进现有变压器保护中的不足,该文基于Matlab 嵌入式函数模块型,构建了变压器故障和正常运行时的仿真模型.通过模拟变压器内外部故障,使研究者直观地观察到电力系统从运行状态到故障发生期间电气特征量的变化特征以及保护装置中每个元件处理和动作的过程.该仿真模型的研发周期短,研发效率高,便于为后续设计可靠的继电保护产品提供重要的实验平台,可有效解决利用物理模型开发继电保护产品的实验成本高、效率低、灵活性和通用性差等缺点.【期刊名称】《电力学报》【年(卷),期】2019(034)002【总页数】7页(P175-181)【关键词】变压器;差动保护;比率制动;Matlab/Simulation【作者】曹斌;吴祖文;饶成诚;陈开达【作者单位】国网湖南省电力公司检修公司,长沙410000;国网湖南省电力公司检修公司,长沙410000;国网湖南省电力公司检修公司,长沙410000;国网湖南省电力公司检修公司,长沙410000【正文语种】中文【中图分类】TM7730 引言电力变压器作为电力系统核心设备主要用来升降电压，传输电能，是电力系统中不可或缺的电气主设备。

变压器短路故障严重影响系统安全运行和供电可靠性，同时对变压器本身也有巨大损害，带来一定的经济损失。

因此，变压器继电保护及安全自动装置必须动作可靠，性能出色。

由于主变保护装置一般在运行状态，且主变短路故障概率很小，很难对保护动作逻辑和动作过程进行直观分析或模拟。

对此，本文将在Matlab仿真平台上，通过Simulink仿真技术，研究变压器比率制动式纵差动保护原理和动作过程，并对保护的特性进行深入研究[1-2]。

燕山大学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：基于LabVIEW的输电线路纵联差动保护的研究学院（系）：里仁学院年级专业： 09级电力2班学生姓名：蔡景怡指导教师：贾清泉完成日期：2013年 3月27日一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义经济建设快速发展，我国电力系统规模日益扩大，人们对供电可靠性的要求也越来越高。

继电保护在保证电力系统安全稳定且经济运行方面，发挥着举足轻重的作用。

继电保护是用具有继电特性的自动化装置与相应的措施对电力系统中的各种电力设备实施保护的一门技术。

在高压和超高压线路上为保证电力系统的安全稳定运行，要求在被保护线路上任一点发生故障时，继电保护装置都能够瞬时准确地切除故障。

纵联保护满足了这一要求。

所谓输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量传送到对端，将两端的电气量比较以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外。

纵联保护可分为纵联差动保护（全电流差动保护）、方向比较式纵联保护和距离纵联保护三类。

1904年C.H.Merz和Price提出电流差动保护原理，在之后的发展过程中，尽管大家不断改进制动量的构成，但是其基本原理一直未改变。

随着微波通信技术、光纤通信技术的发展，电力系统通信对其应用逐渐广泛，输电线路的微波电流差动保护和光纤电流差动保护先后出现。

近几年，我国电力通信系统中越来越多得应用光纤通信，数字式电流差动保护逐渐成为我国输电线路主保护中的主保护。

在国外，数字式电流差动保护的应用较多，尤其是在日本和英国，数字式电流差动保护是输电线路主保护中应用最多的保护。

随着电力系统的发展，远距离输电，超高压输电这样的输电线路的增多，以及电力系统通讯技术的迅猛发展，电流差动保护将会得到更加广泛的运用，尤其是在高压，超高压输电线路上。

同时采用虚拟仪器技术实现纵联差动保护，可以帮助我们加深对差动保护原理的理解，方便研究保护的新原理和算法，使我们更加直观准确的分析检测科学实验，实现保护过程透明化；另外，它不受时间和空间的约束，弥补了传统仪器落后于科学理论的弊端，节约投资，满足了学校教学和科研的基本要求。

纵差稳态比率差动保护报告一、引言纵差稳态比率差动保护是电力系统中常用的一种保护方式，用于保护输电线路和变电站的稳态运行。

本报告将对纵差稳态比率差动保护进行详细介绍和分析，并探讨其在电力系统中的应用。

二、纵差稳态比率差动保护的原理纵差稳态比率差动保护是一种基于电流比率差的保护方式。

其原理是通过比较同一线路两侧的电流比率，来判断线路是否存在故障。

当线路正常运行时，两侧电流比率应相等。

而当线路出现故障时，故障点处的电流比率将发生变化，从而触发保护装置。

三、纵差稳态比率差动保护的特点1. 灵敏度高：纵差稳态比率差动保护对故障点的检测非常敏感，能够快速准确地定位故障。

2. 抗干扰能力强：纵差稳态比率差动保护采用了先进的数学模型和算法，能够抵抗电力系统中的各种干扰，确保保护的可靠性。

3. 高速动作：纵差稳态比率差动保护的动作速度非常快，能够在故障发生时及时切断故障电路，保护电力设备的安全运行。

四、纵差稳态比率差动保护的应用纵差稳态比率差动保护广泛应用于电力系统的输电线路和变电站。

其主要应用场景包括：1. 输电线路保护：纵差稳态比率差动保护可以对输电线路进行全面保护，及时检测并切除故障，防止故障扩展和设备损坏。

2. 变电站保护：纵差稳态比率差动保护可以对变电站的主变压器和高压电缆进行保护，确保变电站的正常运行。

3. 电力系统稳定性分析：纵差稳态比率差动保护还可以用于电力系统的稳定性分析，通过对电流比率的监测，判断电力系统的稳定性，并及时采取措施进行调整。

五、纵差稳态比率差动保护的发展趋势随着电力系统的发展和升级，纵差稳态比率差动保护也在不断演进和改进。

未来纵差稳态比率差动保护的发展趋势包括：1. 多功能保护装置：纵差稳态比率差动保护将与其他保护方式相结合，形成多功能保护装置，提高保护的全面性和可靠性。

2. 智能化技术应用：纵差稳态比率差动保护将引入智能化技术，实现对电力系统的远程监测和控制，提高保护的智能化水平。

差动保护和比例差动保护原理（含图）1.差动速断保护反映变压器内部或引出线严重短路故障，任一相电流大于整定值，保护跳闸并发信号，其动作方程为：Id>I1式中，Id为短路电流，I1差动保护定值。

Ih为高压侧电流，Il为低压侧电流TAP=（VWDG2×CT2×C）/（VWDG1×CT1）式中：VWDG1为高压侧线电压；VWDG2为低压侧线电压；CT1为高压侧CT变比；CT2为低压侧CT变比。

当相位调整选择“退”时，为外部接线补偿，C=3。

差动电流的计算方法为：Id=|Ih+ Il*TAP| ,其中Idh、Idl都为矢量。

制动电流的计算方法为：Ir= Imax |Ih、Il*TAP|。

（表示选择其中最大相）当相位调整选择“投”时，为内部软件补偿，。

C=1单加高压侧形成的差动电流的计算方法为：Idh=Ih线/3；单加低压侧形成的差动电流的计算方法为：Idl=Il*TAP；高压侧和低压侧同时施加，各相差动电流的计算方法为：Id=|Idh +Idl| ,其中Idh、Idl都为矢量。

高压侧和低压侧同时施加，各相制动电流的计算方法为：Ir=Imax |Idh、Idl|。

差动速断保护原理逻辑图如下：图6-1 差动速断保护原理逻辑图2.比率差动保护变压器在正常负荷状态下，差动保护的最小动作电流大于额定电流下流入差动回路的不平衡电流，保护不会误动。

随着外部短路电流的增大，电流互感器可能饱和，误差随之增大，不平衡电流也就不断增大。

为防止差动保护误动作，引入比率差动保护。

其能可靠地躲过外部故障时的不平衡差动电流。

其动作方程如下：Id>I2 Id>Ｋ*Ir式中: Id 为差动电流，Ir 为制动电流，Ｋ为比率制动系数。

I2为启动电流。

图6-3 比例差动保护的动作特性差动速断动作区比率差动动作Id I1I2/K1I2Ir K1比率制动区比率差动保护原理逻辑图如下：I2图6-4 比率差动保护原理逻辑图3.二次谐波闭锁比率差动为了躲过变压器合闸瞬间的励磁涌流，本装置利用二次谐波作为励磁涌流闭锁判据，动作方程如下：Id2ψ>Ｋxb.Idψ式中：Id2ψ为A、B、C三相差动电流的二次谐波；Id?ψ为对应的三相差动电流；Ｋxb为二次谐波制动系数。

98 集成电路应用 第 36 卷 第 9 期（总第 312 期）2019将 为高侧额定功率，令 S 1 为故障电流为 （4）。

可以明显看到，所谓倍数 率与变压器额定功率的比值。

同理变低侧也是一样的。

说明书上的在变低侧加入同样倍数额定电流，很多电力工作者误解了变压器比率差动保护的原理，认为其保护原理和母线比率差动保护是一致的。

但是，留心一次接线图的工作者会发现，变压基金项目：广东电网电力系统科技创新课题项目。

作者简介：黄炳祺，广东电网有限公司佛山供电局，研究方向：继电保护。

收稿日期：2019-05-31，修回日期：2019-08-07。

图 1 变压器和母线的一次接线图如下动作特性图的定义，即保证动作区域为于三折线上方的灰色部分，动作区域如图 2。

可见，平时在主变高低侧加入额定电流根据公式，则 Id ＝0。

即为坐标轴 Ir上的所有点。

当调整其中一侧电流后，使 Id≠0。

当保护正好动作时，可以得到临界动作的点。

这个点将位于上图的三折线上。

重复上述操作，得到两个点后就能计算出斜率 K。

但这有一个前提，就是 Id的指必须同时位于三折线的某一段上，否则无法计算出该段折线的斜率。

4 变压器比率差动保护调试说明4.1 基本调试原理的解析同样，低压侧为式（8）。

这里公式中的电流和电压都是指的试验仪加入的电流和电压，因此均为向量。

高压侧的公式很容易理解，其计算差流的数值为加入电流减零序电流。

低压侧使用这样的公式是为了进行电流的相位转换。

由于电流变压器为以 幅值就使幅值等于原来的大小。

4.2 使用三相试验仪调试时的原理解析同样，以A相为例。

由公式可以看到　a、Ib、Ic分别高低侧的加入量，高侧由于接法＝0，所以加入量后有式（11）。

/ ，/所以在低侧加入量时需要乘以 用于补偿。

4.3 使用六相试验仪调试时的原理解析式处理后的数值确增大了大 倍。

低侧电流超前高侧折算公式并没有失效），所以要保证反向就必须再因为零向量加任意向量不改变其大小和方向，图 2 动作区域。

电流保护和比率差动保护电流保护是电力系统中最基本、最常见的一种保护方式。

其原理是通过检测电流的大小与设定值进行比较，一旦电流超过设定值，就会触发保护动作，切断电路的电源，保护电路和设备的安全。

电流保护广泛应用于输电线路、配电装置、发电机和电机等电力设备中。

电流保护的作用主要有以下几个方面：1.保护设备：电流保护可以及时发现电流异常，并切断电路电源，保护设备的安全运行，防止因电流过大而引发的设备损坏和故障。

2.保护系统：电流保护可以及时切断电路电源，防止因电流过大而导致的电力系统事故，保护电力系统的安全运行。

3.节省能源：电流保护可以检测电流过大的情况，及时切断电路电源，防止因电流过大而导致能源浪费。

比率差动保护是一种常见的差动保护方式。

它基于电流差异原理，在电力系统的节点上分别检测进线电流和出线电流，并将这两个电流信号进行比较。

如果电流差异超出设定值，就会触发保护动作，切断电路电源，保护电路和设备的安全。

比率差动保护的优点有以下几个方面：1.快速灵敏：比率差动保护可以快速检测电流差异，并及时触发保护动作，能够有效防止因电流差异而导致的故障和事故。

2.鲁棒性强：比率差动保护可以在各种电流条件下工作，对电流波形的变化不敏感，适应性强，能够保持高可靠性和稳定性。

3.精确性高：比率差动保护可以精确地检测电流差异，并计算出差动电流值，对电流差异的保护更加准确。

虽然电流保护和比率差动保护都是电力系统中常见的保护方式，但它们的应用场景和保护目标有所不同。

电流保护主要用于检测电流过大的情况，防止因电流过大而引发的设备损坏和故障，适用于输电线路、配电装置、发电机和电机等电力设备。

比率差动保护主要用于检测电流差异的情况，防止因电流差异而引发的电力系统事故，适用于变电站、开关设备、电容器组和电动机组等电力设备。

总之，电流保护和比率差动保护都是电力系统中重要的保护方式。

它们通过检测电流的大小和差异，及时切断电路的电源，保护设备和电力系统的安全运行。