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继电保护新原理与新技术光纤电流纵差保护本讲稿第一页，共三十六页光纤电流纵差保护原理光纤电流纵差保护原理以母线流向被保护线路方向以母线流向被保护线路方向为正方向为正方向动作电流动作电流(差动电流差动电流)为为制动电流为制动电流为动作电流与制动电流对动作电流与制动电流对应的工作点位于比率制应的工作点位于比率制动特性曲线上方，继电动特性曲线上方，继电器动作。器动作。本讲稿第二页，共三十六页输电线路电流纵差保护原理输电线路电流纵差保护原理线路内部短路线路内部短路动作电流动作电流 制动电流制动电流因为因为 继电器动作。继电器动作。凡是在线路内部有流出的电凡是在线路内部有流出的电流，都成为动作电流。流，都成为动作电流。本讲稿第三页，共三十六页输电线路电流纵差保护原理输电线路电流纵差保护原理线路外部短路线路外部短路 动作电流动作电流制动电流制动电流因为因为 继电器不动。继电器不动。凡是穿越性的电流不产生动凡是穿越性的电流不产生动作电流，只产生制动电流。作电流，只产生制动电流。本讲稿第四页，共三十六页输电线路电流纵差保护的主要问题输电线路电流纵差保护的主要问题 电容电流的影响电容电流的影响 电容电流是从线路内部流出的电电容电流是从线路内部流出的电流，因此它构成动作电流。由于负流，因此它构成动作电流。由于负荷电流是穿越性的电流，它只产生荷电流是穿越性的电流，它只产生制动电流。所以在空载或轻载下电制动电流。所以在空载或轻载下电容电流最容易造成保护误动。容电流最容易造成保护误动。解决方法：解决方法：提高起动电流定值提高起动电流定值 必要时进行电容电流补偿必要时进行电容电流补偿本讲稿第五页，共三十六页输电线路电流纵差保护的主要问题输电线路电流纵差保护的主要问题 重负荷情况下线路内部经高电阻接重负荷情况下线路内部经高电阻接地短路，灵敏度可能不够。地短路，灵敏度可能不够。负荷电流是穿越性的电流，它只负荷电流是穿越性的电流，它只产生制动电流而不产生动作电流。产生制动电流而不产生动作电流。经高电阻短路，短路电流经高电阻短路，短路电流 很小，因此动作电流很小很小，因此动作电流很小 因而灵敏度可能不够。因而灵敏度可能不够。解决方法：解决方法：采用工频变化量比率差动继电采用工频变化量比率差动继电器和零序差动继电器器和零序差动继电器本讲稿第六页，共三十六页输电线路电流纵差保护的主要问题输电线路电流纵差保护的主要问题 TA断线，差动保护会误动。断线，差动保护会误动。为了在单侧电源线路内部短路时电流纵差保为了在单侧电源线路内部短路时电流纵差保护能够动作，因此差动继电器在动作电流等于护能够动作，因此差动继电器在动作电流等于制动电流时应能保证动作。这样在一侧制动电流时应能保证动作。这样在一侧TA断线断线时差动保护会误动。时差动保护会误动。解决方法：解决方法：采取措施防止采取措施防止TA断线时差动继电器误动。断线时差动继电器误动。本讲稿第七页，共三十六页输电线路电流纵差保护的主要问题输电线路电流纵差保护的主要问题 由于两侧由于两侧TA暂态特性和饱和程度的暂态特性和饱和程度的差异、二次回路时间常数的差异在区差异、二次回路时间常数的差异在区外故障或区外故障切除时出现差动电外故障或区外故障切除时出现差动电流（动作电流），容易造成差动继电流（动作电流），容易造成差动继电器误动。器误动。解决方法：解决方法：提高比率制动特性的起动电流和制动提高比率制动特性的起动电流和制动系数。在制动量上增加浮动门槛。系数。在制动量上增加浮动门槛。本讲稿第八页，共三十六页输电线路电流纵差保护的主要问题输电线路电流纵差保护的主要问题 两侧采样不同步，造成不平衡电流的加大。两侧采样不同步，造成不平衡电流的加大。线路纵差保护与元件保护中用的纵差保护不同，线线路纵差保护与元件保护中用的纵差保护不同，线路纵差保护两侧电流是由不同装置采样的。两侧电流路纵差保护两侧电流是由不同装置采样的。两侧电流采样时间不一致，使动作电流不是同一时刻的两侧电采样时间不一致，使动作电流不是同一时刻的两侧电流的相量和，最大的误差是相隔一个采样周期。这将流的相量和，最大的误差是相隔一个采样周期。这将加大区外故障时的不平衡电流。加大区外故障时的不平衡电流。解决方法：解决方法：使两侧采样同步，或进行相位补偿。使两侧采样同步，或进行相位补偿。本讲稿第九页，共三十六页差动继电器的种类和特点差动继电器的种类和特点工频变化量分相差动继电器工频变化量分相差动继电器的构成的构成 动作电流动作电流 制动电流制动电流 取为定值单中取为定值单中差动电流高差动电流高定值定值、4倍实测电容电流和倍实测电容电流和 中的最大值。由于中的最大值。由于 大于电容电流大于电容电流,依靠定值躲电依靠定值躲电容电流影响容电流影响.本讲稿第十页，共三十六页差动继电器的种类和特点差动继电器的种类和特点 工频变化量差动继电器的特点工频变化量差动继电器的特点不受负荷电流的影响。因此负荷电流不会产生制动电不受负荷电流的影响。因此负荷电流不会产生制动电流。流。受过渡电阻的影响也较小。受过渡电阻的影响也较小。在单侧电源线路上发生短路，只要短路前有负荷电流，在单侧电源线路上发生短路，只要短路前有负荷电流，短路后无电源侧的工频变化量电流也会形成动作电流。短路后无电源侧的工频变化量电流也会形成动作电流。由于上述原因该继电器很灵敏。提高了重负荷由于上述原因该继电器很灵敏。提高了重负荷线路上发生经高电阻短路时的灵敏度。线路上发生经高电阻短路时的灵敏度。本讲稿第十一页，共三十六页差动继电器的种类和特点差动继电器的种类和特点稳态稳态段分相差动继电器的段分相差动继电器的构成构成 动作电流动作电流 制动电流制动电流 取为定值单中取为定值单中差动电流差动电流高定值高定值、4倍实测电容电流倍实测电容电流和和 中的最大值。依靠中的最大值。依靠 定值躲电容电流。定值躲电容电流。本讲稿第十二页，共三十六页差动继电器的种类和特点差动继电器的种类和特点稳态稳态段分相差动继电器的构段分相差动继电器的构成成 动作电流动作电流 制动电流制动电流 取为定值单中取为定值单中差动电流低差动电流低定值定值、1.5倍实测电容电流和倍实测电容电流和 中的最大值。依靠定中的最大值。依靠定 值躲电容电流。值躲电容电流。经经40ms延时动作。延时动作。本讲稿第十三页，共三十六页差动继电器的种类和特点差动继电器的种类和特点零序差动继电器的构成零序差动继电器的构成 动作电流动作电流 制动电流制动电流 为定值单中为定值单中零序起动电零序起动电流定值流定值。经经100ms延时动作。延时动作。零序差动继电器本身无选相功能，零序差动继电器本身无选相功能，所以再另外用稳态分相差动继电所以再另外用稳态分相差动继电器选相。两者构成器选相。两者构成与与门。门。本讲稿第十四页，共三十六页差动继电器的种类和特点差动继电器的种类和特点 零序差动继电器的特点零序差动继电器的特点由于不反应负荷电流，所以负荷电流由于不反应负荷电流，所以负荷电流不产生制动电流。不产生制动电流。受过渡电阻的影响较小。受过渡电阻的影响较小。因此在重负荷线路上发生经高电阻短因此在重负荷线路上发生经高电阻短路时灵敏度较高。路时灵敏度较高。本讲稿第十五页，共三十六页差动继电器的种类和特点差动继电器的种类和特点与零序差动继电器配合使用作与零序差动继电器配合使用作为选相用的稳态分相差动继电为选相用的稳态分相差动继电器的构成器的构成 动作电流动作电流 为经过电容电流为经过电容电流补偿后的差动电流。补偿后的差动电流。制动电流制动电流 为为 、0.6倍实测电容电流和倍实测电容电流和 中的最大值。制动中的最大值。制动 系数仅取为系数仅取为0.15。本讲稿第十六页，共三十六页差动继电器的种类和特点差动继电器的种类和特点 选相用稳态分相差动继电器特点选相用稳态分相差动继电器特点由于由于 值和制动系数值都取得很小，所以该继电器很值和制动系数值都取得很小，所以该继电器很灵敏。不会影响零序差动继电器的灵敏度。灵敏。不会影响零序差动继电器的灵敏度。由于由于 比电容电流小，故动作电流要经电容电流补比电容电流小，故动作电流要经电容电流补偿。偿。当当计算电容电流与实测电容电流相差较大计算电容电流与实测电容电流相差较大时、判断时、判断TV断线时、断线时、判断电容电流很小判断电容电流很小时，动作电流不再进行电时，动作电流不再进行电容电流的补偿。为防止电容电流的影响，将初始动作电容电流的补偿。为防止电容电流的影响，将初始动作电流由流由 抬高到抬高到 。因为电容电流的补偿要用到。因为电容电流的补偿要用到TV的电的电压和线路容抗的定值，而这些值现在可能是不正确的。压和线路容抗的定值，而这些值现在可能是不正确的。本讲稿第十七页，共三十六页差动继电器的种类和特点差动继电器的种类和特点 选相用稳态分相差动继电器特点选相用稳态分相差动继电器特点判别判别计算电容电流与实测电容电流相差较大计算电容电流与实测电容电流相差较大的条件的条件 或或 式中式中 为实测电容电流。上式说明可能整定为实测电容电流。上式说明可能整定 的的 值有错。值有错。或或 式中式中 为为TA二次额定电流。该式说明电容电二次额定电流。该式说明电容电 流还比较大。流还比较大。与与式构成式构成与与 门。满足条件，不进行电容电流的补门。满足条件，不进行电容电流的补偿，而通过抬高起动电流定值来躲过电容电流的影响。偿，而通过抬高起动电流定值来躲过电容电流的影响。本讲稿第十八页，共三十六页差动继电器的种类和特点差动继电器的种类和特点 选相用稳态分相差动继电器特点选相用稳态分相差动继电器特点判别判别电容电流很小电容电流很小的判据的判据 及及 满足上两判据说明电容电流很小，不需进行电容满足上两判据说明电容电流很小，不需进行电容电流的补偿。但为了在空载电容电流作用下该继电电流的补偿。但为了在空载电容电流作用下该继电器不误动，将起始动作电流由器不误动，将起始动作电流由 抬高到抬高到 。因为电。因为电容电流很小，该容电流很小，该 值也不是很大，不会影响线路内值也不是很大，不会影响线路内部短路灵敏度。部短路灵敏度。本讲稿第十九页，共三十六页电容电流的补偿电容电流的补偿 其中其中故而故而本讲稿第二十页，共三十六页在在64kb/s64kb/s通信接口的条件下，实现了每通信接口的条件下，实现了每周周1212点采样数据的传输，而其他差动保护每周点采样数据的传输，而其他差动保护每周仅传输仅传输4 46 6点。每周点。每周1212点的采样数据保证了点的采样数据保证了差动继电器工作的正确性和工频变化量差差动继电器工作的正确性和工频变化量差动继电器的实现。动继电器的实现。在在2Mb/s2Mb/s通信接口的条件下，实现了每周通信接口的条件下，实现了每周2424点采样数据的传输及差动计算。点采样数据的传输及差动计算。采样数据的传输采样数据的传输本讲稿第二十一页，共三十六页经差动开放的远方跳闸经差动开放的远方跳闸 装置接收到对侧的分相跳闸信号，用本装置接收到对侧的分相跳闸信号，用本侧的高灵敏度的差动继电器作为就地判据侧的高灵敏度的差动继电器作为就地判据跳对应相。跳对应相。高灵敏度的差动继电器就用零差中的选相高灵敏度的差动继电器就用零差中的选相用的经电容电流补偿的分相差动继电器。用的经电容电流补偿的分相差动继电器。本讲稿第二十二页，共三十六页防止防止TA断线误动的措施断线误动的措施差动保护部分的计算，包括差动保护部分的计算，包括:差差动继电器的计算、逻辑程序和动继电器的计算、逻辑程序和出口程序都在出口程序都在故障计算程序故障计算程序中中进行。也可以说只有起动元件进行。也可以说只有起动元件起动后才投入差动保护。起动起动后才投入差动保护。起动元件如果不起动，在正常运行元件如果不起动，在正常运行程序中差动保护根本没有计算，程序中差动保护根本没有计算，相当于差动保护没有投入。相当于差动保护没有投入。本讲稿第二十三页，共三十六页防止防止TA断线误动的措施断线误动的措施 防止防止TA断线误动的措施是：只有在两侧起动元件均起断线误动的措施是：只有在两侧起动元件均起 动，两侧差动继电器都动作的条件下才能发出跳闸命令。动，两侧差动继电器都动作的条件下才能发出跳闸命令。为此，每一侧差动继电器动作后都要向对侧发一个允许为此，每一侧差动继电器动作后都要向对侧发一个允许 信号。差动保护要发跳闸命令必须满足如下条件信号。差动保护要发跳闸命令必须满足如下条件:本侧起动元件起动本侧起动元件起动 本侧差动继电器动作本侧差动继电器动作 收到对侧收到对侧差动动作差动动作的允许信号的允许信号 这样当一侧这样当一侧TA断线，由于电流有突变或者有断线，由于电流有突变或者有零序电流零序电流，起动元件可能起动，差动继电器也可能动作。但对侧没起动元件可能起动，差动继电器也可能动作。但对侧没 有断线，起动元件没有起动。差动继电器没有进行计算，有断线，起动元件没有起动。差动继电器没有进行计算，不能向本侧发不能向本侧发差动动作差动动作的允许信号。所以本侧不误动。的允许信号。所以本侧不误动。本讲稿第二十四页，共三十六页长期有差流长期有差流的装置异常信号的装置异常信号 在在TA断线时应发断线时应发长期有差流长期有差流的装置异常信号。的装置异常信号。为此在为此在 正常运行程序中加一个有压差流元件。该差流元件就用正常运行程序中加一个有压差流元件。该差流元件就用 选相用的稳态分相差动继电器，该继电器十分灵敏。可选相用的稳态分相差动继电器，该继电器十分灵敏。可 有效地检测出出现差电流的异常情况。有效地检测出出现差电流的异常情况。有压差流元件的动作条件有压差流元件的动作条件:差流元件动作差流元件动作 差流元件的动作相或动作相间电压差流元件的动作相或动作相间电压 、上两条件上两条件与与门经门经10秒延时发秒延时发长期有差流长期有差流信号。信号。第一个条件说明有差电流，第二个条件说明系统无故第一个条件说明有差电流，第二个条件说明系统无故 障，满足这两个条件说明可能是障，满足这两个条件说明可能是TA断线，也可能是电断线，也可能是电 流的数据采集通道有故障。流的数据采集通道有故障。本讲稿第二十五页，共三十六页长期有差流长期有差流的装置异常信号的装置异常信号在在TA断线侧如果起动元件没有起动（例如空载情断线侧如果起动元件没有起动（例如空载情况下发生断线），在正常运行运行程序中有压差况下发生断线），在正常运行运行程序中有压差流元件动作，流元件动作，10秒后发秒后发长期有差流长期有差流信号。如果起信号。如果起动元件起动了，程序进入故障计算程序。在该程序动元件起动了，程序进入故障计算程序。在该程序中，由于收不到对侧允许信号保护不会误动。起动中，由于收不到对侧允许信号保护不会误动。起动元件连续元件连续7秒不动作，返还正常运行程序。再经秒不动作，返还正常运行程序。再经10秒秒后发后发长期有差流长期有差流信号。信号。在在TA未断线侧在正常运行程序中未断线侧在正常运行程序中10秒后也可发出秒后也可发出长期长期有差流有差流信号。信号。本讲稿第二十六页，共三十六页长期有差流长期有差流的装置异常信号的装置异常信号 装置发了装置发了长期有差流长期有差流的信号后的信号后如果如果TA断线闭锁差动断线闭锁差动控制字控制字 则闭锁则闭锁差动保护。差动保护。如果如果TA断线闭锁差动断线闭锁差动控制字控制字 则不闭则不闭锁差动保护。但是将差动继电器的定值锁差动保护。但是将差动继电器的定值抬高到抬高到 TA断线差流定值断线差流定值。本讲稿第二十七页，共三十六页弱电侧电流纵差保护存在的问题弱电侧电流纵差保护存在的问题当有一侧是弱电源侧或无电源侧，在线路内部短当有一侧是弱电源侧或无电源侧，在线路内部短路时，无电源侧起动元件可能不起动。例如无电路时，无电源侧起动元件可能不起动。例如无电源侧变压器中性点不接地，短路前线路空载，短源侧变压器中性点不接地，短路前线路空载，短路后由于既无电流突变量又无零序电流，起动元路后由于既无电流突变量又无零序电流，起动元件不动作。起动元件不动作，程序在正常运行程件不动作。起动元件不动作，程序在正常运行程序。此时无电源侧差动继电器没有进行计算，不序。此时无电源侧差动继电器没有进行计算，不会向对侧发允许信号。导致电源侧电流纵差保护会向对侧发允许信号。导致电源侧电流纵差保护拒动。拒动。为解决该问题，为解决该问题，931保护中增加一个低压差流起动保护中增加一个低压差流起动元件。元件。本讲稿第二十八页，共三十六页低压差流起动元件低压差流起动元件除两相电流差突变量起动元件、零序电流起动元除两相电流差突变量起动元件、零序电流起动元件和不对应起动元件外，件和不对应起动元件外，931保护再增加一个低压保护再增加一个低压差流起动元件。差流起动元件。低压差流起动元件起动条件低压差流起动元件起动条件 差流元件动作。该差流元件就是选相用的差流元件动作。该差流元件就是选相用的 稳态分相差动继电器。稳态分相差动继电器。差流元件的动作相或动作相间电压差流元件的动作相或动作相间电压 、。收到对侧的允许信号。收到对侧的允许信号。本讲稿第二十九页，共三十六页低压差流起动元件低压差流起动元件这样在空载线路上发生短路时，如果无电源侧变这样在空载线路上发生短路时，如果无电源侧变压器中性点又不接地，使电流突变量和零序起动压器中性点又不接地，使电流突变量和零序起动元件没有起动。但无电源侧由于：元件没有起动。但无电源侧由于：差流元件动作。差流元件动作。差流元件动作相和动作相间的电压就是短差流元件动作相和动作相间的电压就是短 路点的电压。该电压低于路点的电压。该电压低于0.6倍额定电压。倍额定电压。电源侧短路后起动元件能起动，差动继电电源侧短路后起动元件能起动，差动继电 器动作，向无电源侧发允许信号。所以无器动作，向无电源侧发允许信号。所以无 电源侧能收到允许信号。电源侧能收到允许信号。满足上述三个条件无电源侧差流起动元件起动，满足上述三个条件无电源侧差流起动元件起动，在故障计算程序中差动继电器动作。向电源侧发在故障计算程序中差动继电器动作。向电源侧发允许信号。所以电源侧电流纵差保护可以动作发允许信号。所以电源侧电流纵差保护可以动作发跳闸命令。跳闸命令。本讲稿第三十页，共三十六页在在N侧断路器处于三相跳闸状侧断路器处于三相跳闸状态下线路上发生短路。态下线路上发生短路。N侧所侧所有起动元件都不会起动，故而有起动元件都不会起动，故而N侧无法向侧无法向M侧发允许信号，侧发允许信号，导致导致M侧电流纵差保护拒动。侧电流纵差保护拒动。为此采取当三相为此采取当三相 时发时发允许信号的措施。这样当线允许信号的措施。这样当线路上发生短路时，对侧电流路上发生短路时，对侧电流纵差保护就可以动作。纵差保护就可以动作。三相三相 发允许信号的作用发允许信号的作用本讲稿第三十一页，共三十六页对付两侧对付两侧TA特性不一致的措施特性不一致的措施如果两侧如果两侧TA的暂态特性不相同、两侧的暂态特性不相同、两侧TA饱和特性饱和特性不同以及两侧二次回路时间常数不同将可能导致不同以及两侧二次回路时间常数不同将可能导致区外短路或区外短路切除时电流纵差保护误动。区外短路或区外短路切除时电流纵差保护误动。解决的措施是解决的措施是 所有差动继电器（除选相用的差动继电器外）所有差动继电器（除选相用的差动继电器外）均采用较高的制动系数均采用较高的制动系数0.75。差动继电器的动作方程中均采用自适应的浮差动继电器的动作方程中均采用自适应的浮 动制动门槛。动制动门槛。本讲稿第三十二页，共三十六页同步采样同步采样线路两侧两套装置采样时刻不可能完全相同。最线路两侧两套装置采样时刻不可能完全相同。最大的采样时刻误差为一个采样周期。大的采样时刻误差为一个采样周期。931保护的保护的采样频率为采样频率为 ，采样周期为，采样周期为 ，折合工频电角度，折合工频电角度 。区外短路时两。区外短路时两个相差个相差 的相量相减将产生不平衡电流。的相量相减将产生不平衡电流。解决的办法是：解决的办法是：使两侧装置同步采样。使两侧装置同步采样。求出两侧采样时刻差对应的工频电角度，然求出两侧采样时刻差对应的工频电角度，然 后进行相位补偿。后进行相位补偿。931保护采用同步采样方法。保护采用同步采样方法。本讲稿第三十三页，共三十六页同步采样同步采样装置刚上电时，或测得的两侧采样时间差装置刚上电时，或测得的两侧采样时间差 超超过规定值时，启动一次同步过程。过规定值时，启动一次同步过程。在同步过程中测量信号传输延时在同步过程中测量信号传输延时 ，并计算两，并计算两侧采样时间差侧采样时间差 。然后由从机将采样时刻作多。然后由从机将采样时刻作多次的小步幅调整，直到两侧采样同步为止。次的小步幅调整，直到两侧采样同步为止。在同步过程中两侧电流纵联差动保护自动退出。在同步过程中两侧电流纵联差动保护自动退出。但由于每次仅作小步幅调整，所以其它保护仍但由于每次仅作小步幅调整，所以其它保护仍旧能正常工作，不必退出。旧能正常工作，不必退出。本讲稿第三十四页，共三十六页同步采样同步采样在正常运行中一直在测量两侧采样时间差在正常运行中一直在测量两侧采样时间差 。当测得的。当测得的 大于步幅调整的时间时，大于步幅调整的时间时，从机立即将采样时刻作小步幅调整。由于从机立即将采样时刻作小步幅调整。由于此时此时 的值很小，对保护没有影响，故的值很小，对保护没有影响，故作这种调整时电流纵差保护仍然是投入的。作这种调整时电流纵差保护仍然是投入的。本讲稿第三十五页，共三十六页谢谢 谢谢！本讲稿第三十六页，共三十六页