电流差动保护原理及应用变压器纵联差动保护发电机纵联差动保护母线纵联差动保护.pptx

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1、建立在基尔霍夫电流定律的基础之上广泛应用于电力系统诸多重要电气设备之中，而且都是主保护。具有灵敏度高，简单可靠和动作速度快等诸多优点。研究背景第1页/共91页电流差动保护原理及应用差动保护输电线路变压器发电机母线研究框架第2页/共91页纵联差动保护基本原理不平衡电流输电线路纵联电流差动保护特性分析通信通道两侧电流的同步测量输电线路纵联差动保护主 要 内 容第3页/共91页输电线路纵联差动保护纵联差动保护基本原理：第4页/共91页输电线路纵联差动保护 当线路MN正常运行和被保护线路外部（k2点)短路时，按规定的电流正方向看，M侧电流为正，N侧电流为负，两侧电流大小相等、方向相反，反应在电流互感器

2、二次回路中流过差动继电器中的电流为故障点总的短路电流的二次值，即 第5页/共91页输电线路纵联差动保护当线路内部短路（k1点）时，流经输电线两侧的故障电流均为正方向，且反映在电流互感器二次侧流入到差动继电器中的电流为故障点总的短路电流的二次值，即 第6页/共91页输电线路纵联差动保护 当流入继电器的电流大于继电器整定的动作电流时，差动保护继电器动作。由以上分析看出，纵差保护范围为线路两端TA之间的距离，在保护范围外短路，保护不动作，故不需要与相邻元件在保护动作值和动作时限上配合，因此可以实现瞬时切除故障。第7页/共91页输电线路纵联差动保护 在理想情况下正常运行或外部故障时，可认为流入继电器的

3、电流 。实际由于线路两端TA特性不完全相同，将导致在二次回路中电流不相等，产生不平衡电流 。第8页/共91页输电线路纵联差动保护不平衡电流的产生模型所产生的误差测量所产生的误差模型误差：指实际被保护元件中还存在其他无法测量的支路 所带来的误差。例如输电线路中存在分布电容，分布电容就 构成了无法测量的支路，电容上流过的电流都转换为不平衡电流。测量误差：指装置测量到的电流与实际一次电流之间存在的差异。例如TA饱和误差，在TA饱和时，TA的励磁阻抗将会下降很大，差动保护会产生很大的不平衡电流。第9页/共91页输电线路纵联差动保护与一次电流的关系与一次电流的关系措施措施分布电容电流无关最小动作电流，补

4、偿励磁电流无关励磁涌流识别TA变比有关最小动作电流（制动特性)TA汲出电流有关制动特性（最小动作电流）二次回路暂态过程有关制动特性TA饱和有关TA饱和识别TA回路故障无关启动元件、其它措施A/D有效长度有关最小动作电流随机噪声无关最小动作电流数据同步误差有关制动特性不平衡差流产生原因及其应对措施：第10页/共91页输电线路纵联差动保护特性分析不带制动特性的差动继电器特性带有制动线圈的差动继电器特性第11页/共91页输电线路纵联差动保护继电器的动作方程为式中 流入差动继电器的电流；差动继电器的动作电流的整定值；的选取躲过外部短路时的最大不平衡电流躲过最大负荷电流第12页/共91页输电线路纵联差动

5、保护躲过外部短路时的最大不平衡电流式中 可靠系数，取1.21.3；非周期分量系数，当差动回路采用速饱和变流器时为1；当差动回路是用串联电阻降低不平衡电流时，为1.51.2；电流互感器的10%误差系数；同型系数，在两侧电流互感器同型号时取0.5，不 同型号时取0.5。相同型号时取1。外部短路时流过电流互感器的最大短路电流。第13页/共91页输电线路纵联差动保护躲过最大负荷电流 考虑正常运行时一次侧电流互感器二次断线时差动继电器在流过线路的最大负荷电流时保护不动作，即式中可靠系数，取1.21.3；线路正常运行时的最大负荷电流的二次值。第14页/共91页输电线路纵联差动保护 取以上两个整定值中较大的

6、一个作为差动继电器的整定值。保护应满足线路在单侧电源运行发生内部短路时有足够的灵敏度，即式中 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。若纵差保护不满足灵敏度要求，可采用带制动特性的纵差保护。第15页/共91页输电线路纵联差动保护带有制动线圈的差动继电器特性 这种原理的差动保护继电器有两组线圈，制动线圈流过两侧互感器的循环电流 ，在正常运行和外部短路时制动作用增强，在动作线圈中流过两侧互感器的和电流 ，在内部短路时制动作用减弱（相当于无制动作用），而动作的作用极强。第16页/共91页输电线路纵联差动保护动 作 特 性继电器的动作方程为式中，K为制动系数，可在01之间选择

7、；很小的门限，克服继电器动作机械摩擦或保证电路状态发生翻转需要的值。这种动作电流 随着制动电流 变化的特征称为制动特性。不仅提高了内部短路时的灵敏性而且提高了在外部短路时不动作的可靠性，因而在电流差动保护中得到了广泛的应用。第17页/共91页输电线路纵联差动保护通 信 通 道导引线通道电力线载波通道微波通道光纤通道第18页/共91页输电线路纵联差动保护导引线通道 这种通道需要铺着导引线电缆传送电气量信息，其投资随线路长度而增加，当线路较长（超过10km以上）时就不经济了。导引线越长，自身的运行安全性越低。在中性点接地系统中，出了雷击外，在接地故障时地中电流会引起地电位升高，也会产生感应电压，所

8、以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平（例如15kV的绝缘水平），从而使投资增大。一般导引线中直接传输交流二次电量波形，故导引线保护广泛再用差动保护原理，但导引线的参数（电阻和分布电容）直接影响保护性能，在技术上也限制了导引线保护用于较长的线路。第19页/共91页输电线路纵联差动保护电力线载波通道 这种通道在保护中应用最为广泛，不需要专门架设通信通道，而是利用输电线路构成通道。载波通道由输电线路及其信息加工和连接设备（阻波器、结合电容器及高频收发信机）等组成。输电线路机械强度大，运行安全可靠。但是在线路发生故障时通道可能遭到破坏，为此载波保护应采用在本线路故障、信号中断的情况下仍能正确动作的技术。

9、第20页/共91页输电线路纵联差动保护微波通道 微波通道是一种多路通信通道，具有很宽的频带，可以传送交流电的波形。采用脉冲编码调制（PCM）方式后微波通道可以进一步扩大信息传输量，提高抗干扰能力，也更适合于数字式保护。微波通道是理想的通道，但是保护专用微博通道及设备是不经济的，电力信息系统等在设计时应兼顾继电保护的需要。第21页/共91页输电线路纵联差动保护 光纤通道 光纤通道与微波通道具有相同的优点，也广泛应用于脉冲编码调制（PCM）方式。保护使用的光纤通道一般与电力系统统一考虑。当被保护的线路很短时，可架设专门的光缆通道直接将电信号转换成光信号送到对侧，并将所接收的光信号变成电信号进行比较

10、。由于光信号不受干扰，在经济上也可以与导引线通道竞争，近年来光纤通道成为短线路纵联保护的主要通道形式。第22页/共91页输电线路纵联差动保护两侧电流的同步测量：基于数据通道的同步方法基于具有统一时钟的同步方法采样数据修正法采样时刻调整法采样时钟校正法第23页/共91页输电线路纵联差动保护采样时刻调整法原理示意图第24页/共91页输电线路纵联差动保护通道延时的测定：主站在 时刻向从站发送一帧信息，该信息包括主站当前时标和计算通道延时 的命令；从站收到命令后延时 时间将从站当前时标和延时时间 送给主站。由于两个方向的信息传送是通过同一路径，可认为传输延时相同。主站收到返回信息的时刻为 ,可计算出通

11、道延时为主站延时 再将计算结果 送给从站；从站接收到主站再次发来的信息后按照与主站相同的方法计算出通道延时 ,并将 与主站计算送来的 进行比较，二者一致时表明过程正确、通道延时计算无误，则开始采样，否则自动重复上述过程。第25页/共91页输电线路纵联差动保护采样时刻的调整：假定采用以主站的时标为两侧时标方式，主站在当前本侧采样时刻 将包括通道延时 和采样调整命令在内的一帧信息发送给从站，从站根据收到该信息的时刻 以及 可首先确定 所对应本侧的时刻 ，然后计算出主、从站采样时刻间的误差 。式中 为与 最接近的从站采样时刻。说明主站采样较从站超前；说明主站采样较从站滞后。第26页/共91页输电线路

12、纵联差动保护为使两站同步采样，从站下次采样时刻应调整为式中 为稳定调节系数，逐步调整，当两侧稳定同步后，即可向对侧传送采样数据。实验证明：当稳定调节系数 选取适当值时，两侧采样能稳定同步，两侧不同步的平均相对误差小于5%。为保证两侧时钟的经常一致和采样时刻实时一致，两侧需要不断地（一定数量的采样间隔）校时和采样同步（取决于两侧晶振体的频差），增加通信的数据量。第27页/共91页输电线路纵联差动保护基于GPS的同步采样方案 图中定时型GPS接收机由接收天线和接收模块组成，接收机在任意时刻同时接收其视野范围里48颗卫星的信息，通过对接收到的信息进行解码、运算和处理，能提取并输出两种时间信号：秒脉冲

13、信号1PPS和经传行接口输出与1PPS对应的标准时间（年、月、日、时、分、秒）代码。在线路两端的保护装置中由高稳态性晶振体构成的采样时钟每过1s被1PPS信号同步一次，能保证晶振体产生的脉冲前沿与UTC具有1us的同步精度，在线路两端采样时钟给出的采样脉冲之间具有不超过2us的相对误差，实现了两端采样的严格同步。第28页/共91页变压器故障与保护配置变压器纵差动保护的基本原理不平衡电流及减小其影响的措施纵差动保护的整定计算原则变压器纵联差动保护主 要 内 容第29页/共91页变压器纵联差动保护变压器的故障类型：第30页/共91页变压器纵联差动保护变压器应装设下列保护：1.主保护瓦斯保护纵联保护

14、或电流速断保护2.后备保护相间短路后备 过电流保护复合电压启动的过电流保护阻抗保护接地短路后备过负荷保护过励磁保护其他保护 第31页/共91页变压器纵联差动保护双绕组变压器纵联差动保护单相的原理接线图正常运行或外部短路时，流入差动继电器KD的电流为 在理想情况下其值等于零，实际上由于存在变压器两端电流互感器的特性不同、变比误差等因素，流过继电器电流为不平衡电流变压器内部故障时，流过差动继电器KD的电流为即为短路点的短路电流。当该电流大于继电器KD的动作电流 时，即 ，继电器KD动作。第32页/共91页变压器纵联差动保护为保证差动保护正确动作，必须选择变压器两侧电流互感器的变比在正常运行和保护区

15、外部短路时，两个二次电流相等，所以选择：则：式中 、变压器两侧电流互感器的电流比。变压器的电压比。实际上即使满足上式条件，还有其他因素在差动回路中产生不平衡电流。因此，分析变压器差动回路中不平衡电流产生的原因和减少它对保护的影响是差动保护中的重要问题。第33页/共91页变压器纵联差动保护不平衡电流产生的原因励磁涌流各侧TA励磁特性不一致变压器两侧电流相位不同TA计算电流比与实际电流比不同变压器带负荷调节分接头第34页/共91页变压器纵联差动保护（1）励磁电流 励磁电流属于不平衡电流，由变压器的工作原理可知，变压器的励磁电流只流过变压器一次侧绕组，反映到差动电流中就形成了不平衡电流。正常情况下，

16、变压器的励磁电流很小，通常只有变压器额定电流的2%5%或更小，故差动保护回路的不平衡电流也很小，可忽略不计。在外部短路时，由于电压下降，励磁电流也将减小。因此，在稳定情况下，励磁电流对差动保护的影响常常可略去不计。（2）励磁涌流 以单相式变压器为例分析产生励磁涌流的原因，在电压突然变化的情况下，例如在空载投入变压器或外部故障或电压回升等情况下，就可能产生很大的励磁电流，称为励磁涌流。励磁涌流第35页/共91页变压器纵联差动保护稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压 ，假如在电压瞬时值 瞬间合闸，铁心中的磁通应为 ，经过半个周期后铁心中的磁通将达到 ，因此将出现一个非周期分量的暂态磁通，其幅值

17、为 。半个周波后磁通达到最大值，接近2.8，导致铁心严重饱和、产生很大的励磁电流，这种暂态过程中出现的变压器励磁电流通常称为励磁涌流。磁通中的非周期分量随着时间逐渐衰减，最终励磁涌流也衰减为正常的励磁电流。变压器空载投入时的电压和磁通波形第36页/共91页变压器纵联差动保护克服励磁涌流的方法：（1）采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护 差动电流流经变流器，电流继电器接于变流器二次绕组上，差动电流中的非周期分量不能变换至二次侧进入电流继电器，而全部用于变流器励磁，当非周期分量较大时铁心迅速饱和，变送比下降，提高了差动继电器的动作电流。（2）利用二次谐波制动原理构成的差动保护 当差动电流中

18、二次谐波含量较高时，闭锁差动保护；或当差动电流中含有二次谐波时自动提高保护动作电流值，二次谐波含量越大，动作电流提高越多。（3）利用间断角原理构成的变压器差动保护 当差动电流波形具有间断角（如大于600）时，闭锁差动保护。此原理曾用于晶体管型、集成电路型的变压器保护。第37页/共91页变压器纵联差动保护各侧电流互感器励磁特性不一致 与线路纵联差动保护相似，各侧电流互感器励磁电流之间不一致，形成变压器差动回路不平衡电流。由电流互感器的等效电路可知形成电流互感器误差的根本原因是励磁涌流。而变压器各侧电流互感器助磁特性的差异则导致了变压器差动回路的不平衡电流，由于变压器各侧电流互感器型号不同，计算不

19、平衡电流时TA同型系数取1.外部故障时有较大电流“穿越”变压器，不平衡电流也较大，与线路纵联差动保护类似，通常采用比率制动技术配合动作值整定躲过不平衡电流的影响，当制动电流增大时自动提高动作电流。第38页/共91页变压器纵联差动保护变压器两侧电流相位不同 电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为 ，若两侧的电流互感器采用相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流也相差 ，从而产生很大的不平衡电流。差动保护应采取“相位补偿”措施，即由电流互感器接线方式（将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，将变压器三角形侧的电流互感器接成星形）补偿电流相位，也称为“外转角”方式。第3

20、9页/共91页变压器纵联差动保护“外转角”接线示例主变低压侧TA接线为星形，二次电流与一次电流同相；主变高压侧TA接线为三角形，与主变低压绕组接线相同，这样高压侧二次电流与一次电流存在相位差且与主变高、低压绕组之间的电流相位差相同，在差动回路中高、低压测的二次电流相位相同，实现了相位补偿。第40页/共91页变压器纵联差动保护电流互感器计算电流比与实际电流比不同 变压器高、低压两侧电流的大小是不相等的。为要满足正常运行或外部短路时，流入继电器差动葫芦的电流为零，往往选出的是与计算电流比相接近且较大的标准电流比的电流互感器，从而产生不平衡电流。在电流二次回路中可以加装辅助电流变换器调整各侧二次电流

21、；电磁型差动继电器为了解决TA电流比标准化形成的不平衡电流，设有平衡线圈；在微机型变压器保护的软件中采用平衡系数消除TA电流比标准化带来的差动回路不平衡电流。第41页/共91页变压器纵联差动保护变压器带负荷调节分接头 改变分接头就是改变变压器的电压比。整定时，差动保护只能按照某一电压比整定，分接头改变时就会出现新的不平衡电流，不平衡电流的大小与调压范围有关。整定时按中间档位的分接头进行计算，而分接头改变产生的不平衡电流为调压范围的一半乘以穿越电流。即：式中 10%电流互感器容许的最大相对误差；电流互感器的同型系数，取为1；由变压器带负荷调压所引起的相对误差，取电压调整范围的一半；补偿电流互感器

22、电流比标准化时的误差，可取0.05；保护范围外部最大短路电流；电流互感器的电流比。第42页/共91页变压器纵联差动保护1、纵差动保护动作电流的整定计算（1）躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为式中可靠系数，取1.3；外部短路故障时的最大不平衡电流。第43页/共91页变压器纵联差动保护 包括电流互感器和变压器变比不完全匹配产生的最大不平衡电流和互感器传变误差引起的最大不平衡电流。根据第44页/共91页变压器纵联差动保护得 式中 外部短路故障时的最大短路电流；由于电流互感器计算变比和实际变比不一 致引起的相对误差。由变压器分接头改变引起的相对误差，一 般可取调整范围的一半。0.1 电流互感

23、器容许的最大稳态相对误差；电流互感器同型系数，取为1；非周期分量系数，取1.52，当采取速饱和 变流器时，由于非周期分量能引起其饱 和抑制不平衡输出，可取为1。第45页/共91页变压器纵联差动保护（2）躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为式中可靠系数，取1.31.5；变压器的额定电流；励磁涌流的最大倍数（即励磁涌流与变压 器额定电流的比值），取48。第46页/共91页变压器纵联差动保护（3）躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流 变压器某侧TA二次回路断线时，另一侧TA的二次电流全部流入差动继电器中，引起保护的误动。有的差动保护采用断线识别的措施，在TA二次回路断线时将差动保护闭锁。若没有断线识

24、别的措施，则差动保护的动作电流必须大于正常运行情况下变压器的最大负荷电流，即式中可靠系数，取1.3；变压器的最大负荷电流。按照上面三个条件计算纵差保护的动作电流，并选取最大者。第47页/共91页变压器纵联差动保护2、纵差动保护灵敏系数的校验纵差动保护的灵敏系数可校验式为式中，为各种运行方式下变压器区内端部故障时，流经差动继电器的最小差动电流；为灵敏系数，一般不低于2。第48页/共91页比率制动式纵联差动保护标积制动式纵差动保护发电机纵差动保护整定与灵敏度发电机纵联差动保护主 要 内 容第49页/共91页发电机纵联差动保护发电机纵差动保护原理图图中以一相为例，规定一次电流以流入发电机为正方向。当

25、正常运行以及发生保护区外故障时，流入差动继电器的差动电流为零，继电器将不动作。当发生发电机内部故障时，流入差动继电器的差动电流将会出现较大的数值，当差动电流超过整定值时，继电器判为发生了发电机内部故障而作用于跳闸。第50页/共91页发电机纵联差动保护 按照传统的差动保护整定方法，为防止纵差动保护在外部短路时误动，继电器动作电流 应躲过最大不平衡电流 ，这样一来，纵差动保护动作电流 将比较大，降低了保护的灵敏度，甚至有可能在发电机内部相间短路时拒动。为了解决这个问题，考虑到不平衡电流随着流过TA电流的增加而增加的因素，提出了比率制动式纵联差动保护，使动作值随着外部短路电流的增大而自动增大。第51

26、页/共91页发电机纵联差动保护 设 ,，比率制动式差动保护的动作方程为式中差动电流或称动作电流；制动电流；拐点电流；启动电流；制动线斜率。第52页/共91页发电机纵联差动保护比率制动特性曲线作方程中引入了启动电流和拐点电流，制动线BC一般已不再经过原点，从而能够更好地拟合TA的误差特性，进一步提高差动保护的灵敏度。注意，以往传统保护中常使用过原点的OC连线的斜率表示制动系数（记为 ），而在这里比率制动线BC的斜率是 。根据比率制动特性曲线分析。当发电机正常运行，或区外较远的地方发生短路时，差动电流接近为零，差动保护不会误动。而在发电机内部发生短路故障时，差动电流明显增大，和 相位接近相同，减小

27、了制动量，从而可灵敏动作。当发生发电机背部轻微故障时，虽然有负荷电流制动，但制动量比较小，保护一般也能可靠动作。第53页/共91页发电机纵联差动保护标积制动是比率制动原理的另一种表示形式。仍以电流流入发电机为正方向，令标积制动式纵差动保护的动作判据为式中标记制动系数；和 的夹角。第54页/共91页发电机纵联差动保护1.纵差动保护灵敏度系数的定义与校验 根据规程规定，发电机纵差动保护的灵敏度是在发电机机端发生两相金属性短路情况下差动电流和动作电流的比值，要求 。随着对发电机内部短路分析的进一步深入，对发电机内部发生轻微故障的分析成为可能，可以更多地分析内部发生故障时的保护动作行为，从而更好地选择

28、保护原理和方案。第55页/共91页发电机纵联差动保护2.纵差动保护的整定（1）启动电流 的整定 启动电流的整定原则是躲过发电机额定工况下差动回路中的最大不平衡电流。在发电机额定工况下，在差动回路中产生的不平衡电流主要由纵差动保护两侧的TA变比误差、二次回路参数及测量误差(简称为二次误差)引起。因此启动电流为式中可靠系数，取1.52；保护两侧的TA变比误差产生的差流，取0.06 （为发电机额定电流）；保护两侧的二次误差(包括二次回路引线差异以及纵差动保护输入通道变换系数调整不一致)产生的差流，取0.1 。第56页/共91页发电机纵联差动保护（2）拐点电流 的整定 拐点电流的大小，决定保护开始产生

29、制动作用的电流的大小，并直接影响差动保护的动作灵敏度。通常拐点电流整定计算式为第57页/共91页发电机纵联差动保护（3）比率制动特性的制动系数 和制动线斜率K的整定 发电机纵差动保护比率制动特性的制动线斜率K，决定于夹角 。可以看出，当拐点电流确定后，夹角 决定于C点。而特性曲线上的C点又可近似由发电机外部故障时最大短路电流 和差动回路中的最大不平衡电流 确定。第58页/共91页发电机纵联差动保护由此制动系数 （即OC连线的斜率）可以表示为而制动斜率K则可表示为 差动回路中最大不平衡电流，除与纵差动保护用两侧TA的10%误差、二次回路参数差异及差动保护测量误差（即前述二次误差）有关外，尚与纵差

30、动保护两侧TA暂态特性有关。第59页/共91页发电机纵联差动保护考虑到上述情况，外部故障时，为躲过差动回路中的最大不平衡电流，C点的纵坐标电流应取为式中 可靠系数，取1.31.5；暂态特性系数，当两侧TA变比、型号完全相同且二次回 路参数相同时，当两侧TA变比，型号不同时，取 0.050.1；最大动作电流。将以上数据代入上式得令 可得第60页/共91页母线差动保护的基本原理TA饱和问题及减小其影响采取的措施母线纵联差动保护主 要 内 容第61页/共91页母线纵联差动保护母 线 差 动 保 护单母线完全电流差动保护高阻抗母线差动保护具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护元件固定连接的双母线电流差动

31、保护第62页/共91页母线纵联差动保护完全电流母线差动保护的原理接线图图中，在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的电流互感器，为一次电流，为二次电流。因为在一次侧电流总和为零时，母线保护用电流互感器（TA）必须具有相同的变比 ，才能保证二次侧的电流总和也为零。所有TA的二次侧同极性端连接在一起，接至差动继电器中，这样，继电器中的电流 即为各个母线连接元件二次电流的相量和。第63页/共91页母线纵联差动保护 实际上由于TA有误差，因此在母线正常运行及外部故障时，继电器中有不平衡电流的出现；而在母线上（如图中k点）故障时，则所有与电源连接的元件都向k点供给短路电流，于是流入继电器的电流为

32、即为故障点的全部短路电流，此电流足够使差动继电器动作而驱动出口继电器，从而使所有连接元件的断路器跳闸。差动继电器的启动电流应按如下条件考虑，并选择其中较大的一个：第64页/共91页母线纵联差动保护（1）躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流 当所有电流互感器均按10%误差曲线选择，且差动继电器采用具有速饱和铁芯的继电器时，其动作电流 计算式为式中可靠系数，取为1.3；在母线范围外的任意连接元件短路时，流过差动保护 TA一次侧的最大短电流；母线保护用TA的变比。第65页/共91页母线纵联差动保护（2）由于母线差动保护电流回路中连接的元件较多，接线复杂，因此，TA二次回路断线的几率比较大。为了防止在

33、正常运行情况下，任一TA二次回路断线引起保护装置误动作，动作电流应大于任一连接元件中最大的负荷电流 当保护范围内部故障时，应采用下式校验灵敏系数式中在母线上发生故障的最小短路电流门槛值，其值一 般应不低于2。第66页/共91页母线纵联差动保护 高阻抗母线差动保护原理接线图第67页/共91页母线纵联差动保护假设母线上连接有n条支路，第n条支路为故障支路，母线外部短路的等值回路如图所示。图中虚线框内为故障支路TA的等效回路，为励磁阻抗，和 别为TA一次和二次绕组漏抗，r为故障支路TA至电压继电器二次回路的阻抗值（二次回路连线阻抗值），为电压差动继电器的内阻。母线外部短路时高阻抗母线差动保护等值电路

34、第68页/共91页母线纵联差动保护 在外部短路时，若电流互感器无误差，则非故障支路二次电流之和与故障支路二次电流大小相等、方向相反，此时差动继电器（不论是电流型的还是电压型的）中电流为零，非故障支路二次电流都流入故障支路TA的二次绕组。外部短路最严重的情况是故障支路的TA出现极度摆个的情况，其励磁阻抗 近似为零，一次电流全部流入励磁支路。由于电压差动继电器kV的内阻 很高，非故障支路二次电流都流入故障支路TA的二次绕组，差动继电器中电流仍然很小，不会动作。在内部短路时所有引出线电流都是流入母线的，所有支路的二次电流都流向电压继电器。由于其内阻很高，电压继电器端出现高电压，于是电压继电器动作。第

35、69页/共91页母线纵联差动保护高阻抗母线差动保护的优点是保护的接线简单、选择性好、灵敏度高，在一定程度上可防止母线发生外部短路并且TA饱和时母线保护的误动作。但高阻抗母线差动保护要求各个支路TA的变比相同，TA二次侧电阻和漏抗要小。TA的二次侧要尽可能在配电装置处就地并联，以减小二次回路连线的电阻。因而此种母线保护一般只适用于单母线。此外，由于二次回路阻抗较大，在区外故障产生大故障电流情况下，TA二次侧可能出现相当高的电压，因此必须对二次电流回路的电缆和其他部件采取加强绝缘水平的措施。第70页/共91页母线纵联差动保护具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护:将比率制动的电流型差动保护应用于母线

36、，动作判据可为最大值制动，即，i=1，2，3，.，n 第71页/共91页母线纵联差动保护或动作判据为模值和制动，即，i=1，2，3，.，n 式中制动系数；母线各连接元件TA二次电流值；中的最大值；动作电流门槛值。第72页/共91页母线纵联差动保护 当母线外部短路而使故障支路的TA严重饱和时，该TA二次电流接近于零，使上式中失去一个最大的制动电流。为了弥补这一缺陷，可在差动回路中适当增加电阻，即使得因第n条故障支路的TA严重饱和而使流向继电器的二次电流 ，该TA的二次回路（回路）仍流过电流，此电流从其他支路流入，起制动作用。由于保留了比率制动特性，这种保护差动回路的电阻不像高阻抗母线差动保护的差

37、动回路内阻那么高，也就不需要有限制高电压的措施。由于这种保护差动回路的电阻高于电流型差动保护而低于高阻抗母线差动保护，故称之为中阻抗式母线差动保护。第73页/共91页母线纵联差动保护 双母线是发电厂和变电所中广泛采用的一种母线方式。在发电厂以及重要变电所的高压母线上，一般都采用双母线同时运行（母线联络断路器经常投入），而每组母线上连接一部分（大约1/2）供电和受电元件的方式。这样，当任一组母线上发生故障，可只短路影响到一般的负荷供电，而另一组母线上的连接元件仍可继续运行，这就大大提高了供电的可靠性。为此，要求母线保护具有选择故障母线的能力。现就几种实现方法进行分析说明。第74页/共91页母线纵

38、联差动保护元件固定连接的双母线电流差动保护原理接线图第75页/共91页母线纵联差动保护 元件固定连接的双母线电流差动保护主要由三组差动保护组成。如上图所示（图中各隔离刀闸处在某一运行方式下），第一组有TA1、TA2、TA5和差动继电器KD1（I母分差动）组成，用以选择I母线上的故障。第二组由TA3、TA4、TA6和差动继电器KD2（II母分差动）组成，用以选择II母线上的故障。第三组实际上是由TA1、TA2、TA3、TA4和差动继电器KD3组成的一个完成电流差动（总差动）保护。当任一组母线上发生故障时，它都会动作；而当母线外部故障时，它不会动作；在正常运行方式下，它作为整个保护的启动元件；当固

39、定接线方式破坏并保护范围外部故障时，可防止保护的非选择性动作。第76页/共91页母线纵联差动保护按正常连接方式运行时，保护范围外部故障时电流的分布当正常运行及母线外部故障（k点）时，流经继电器KD1、KD2和KD3的电流均为不平衡电流，保护装置已从定值上躲开，不会误动作。第77页/共91页母线纵联差动保护按正常连接方式运行时，I母线上故障时电流的分布当I母线上（k点）短路时，继电器KD1和KD3中流入全部故障电流，而继电器KD2中为不平衡电流，于是KD1和KD3启动。KD3动作后使母联断路器QF5跳闸。KD1动作后即可使断路器QF1和QF2跳闸，并发出相应的信号。这样就把发生故障的I母线从电力

40、系统中切除了，而没有故障的II母线仍可继续运行。同理可分析当II母线上某点短路时，只有KD2和KD3动作，最后由断路器QF3、QF4和QF5跳闸切除故障。第78页/共91页母线纵联差动保护 在固定连接方式破坏时，保护装置的动作情况将发生变化。例如当连接支路1自母线I切换到母线II上工作时，由于差动保护的二次回路不能随着切换，因此，按原有接线工作的I、II两母线的差动保护都不能正确反映母线上实际连接元件的 之值，因而在KD1和KD2中将出现差电流。在这种情况下保护的动作将无法选择在哪一组母线上发生了故障。第79页/共91页母线纵联差动保护 综上所述，当双母线按照固定连接方式运行时，保护装置可以保

41、证有选择性地只切除发生故障的一组母线，而另一组母线可继续运行；当固定接线方式破坏时，任一母线上的故障都将导致切除两组母线，即保护失去选择性。因此从保护的角度看，希望尽量保证固定接线的运行方式不被破坏，这就必然限制了电力系统调度运行地灵活性。这是此种保护的主要缺点。第80页/共91页母线纵联差动保护TA饱和问题及减小其影响采取的措施：发电厂和变电所的母线是电力系统中汇集电能、分配电能的枢纽点；它的安全运行与否，直接关系到电力系统的安全与稳定性。电力系统中的母线很多的是运用电流差动保护，运用对电流互感器二次侧电流瞬时值差动的原理能够很好的对母线进行快速保护。在发电厂和变电站的母线上发生相间直接短路

42、或三相短路等严重故障时，流过相应电流互感器一次侧的故障电流可能达到CT额定工作电流的的几十倍甚至几百倍，这就大大超过了CT的最大工作电流容许倍数，CT出现饱和。CT饱和后就不能很好的传变一次侧电流，进而使得二次侧电流差动原理的基础遭到破坏，母差保护发生误动作。因此，一直以来CT发生饱和的问题都是影响母差保护性能的主要难题。第81页/共91页母线纵联差动保护CT饱和的影响因素有：（1）一次暂态电流中非周期分量越大，励磁电流中的非周期分量也越大，CT饱和也就越严重；（2）一次系统时间常数越大，励磁电流中的非周期分量衰减也越慢，CT饱和时间也就越长；（3）CT二次负载越大,励磁电流中的周期分量也越大

43、，CT就越容易饱和；（4）在励磁电流的非周期分量对应的磁通与剩磁方向相同时,铁心将更快、更深地进入饱和。第82页/共91页母线纵联差动保护 目前国内较常采用的母线差动保护中有中阻抗母线差动保护和数字式母线差动保护，并且在110kV及以上电压等级的电网中广泛使用，具有较高的稳定性和可靠性。1.中阻抗母线差动保护抗TA饱和的措施 中阻抗母线差动保护利用TA饱和时励磁阻抗降低的特点来防止差动保护误动作。由于保护装置本身差动回路电流继电器的阻抗一般为几百欧，此时TA饱和造成的不平衡电流大部分被饱和TA的励磁阻抗分流，流入差动回路的电流很少，再加之中阻抗母线差动保护带有制动特性，可以使外部故障引起TA饱

44、和时保护不误动。而对于内部故障TA饱和的情况，则利用差动保护的快速性在TA饱和前即动作于跳闸，不会出现拒动的现象。第83页/共91页母线纵联差动保护2.数字式母线差动保护抗TA饱和的措施 目前数字式母线差动保护主要为低阻抗母线差动保护，影响其动作正确性的关键是TA饱和问题。结合数字式保护性能特点，数字式母线差动保护抗TA饱和的基本对策主要基于以下几种原理：（1）具有制动特性的母线差动保护。具有制动特性的母线差动保护在TA饱和不是非常严重时，比率制动特性可以保证母线差动保护不误动作。但当TA进入深度饱和时，此方法仍不能避免保护误动，需要采用其他专门的抗TA饱和的方法。第84页/共91页母线纵联差

45、动保护（2）TA线性区母线差动保护。TA进入饱和后，在每一周波内的一次电流过零点附近存在不饱和时段。TA线性区母线差动保护就是利用TA的这一特性，在TA每个周波退出饱和的线性区内，投入差动保护。由于此种原理的保护实质上是避开了TA饱和区，所以能对母线故障做出正确的判定。为保证TA线性区母线差动保护正确动作，必须能实时检测每个周波TA饱和与退出饱和的时刻，但是由于TA饱和时的电流波形复杂，如何正确判断TA饱和退出饱和的时刻，判别初TA的线性传变区是实现此方法的关键和难点。第85页/共91页母线纵联差动保护（3）TA饱和的同步识别法。当母线区外故障时，无论故障电流有多大，TA在故障的最初瞬间（在

46、周波内）都不会饱和，在饱和之前差电流很小，母线差动电流元件不会误动作；若以母线电压构成差动保护的启动元件，在故障发生时则可以瞬时动作，两者的动作有一段时差。当母线区内故障时，差电流增大和母线电压降低同时发生。TA饱和的同步识别法就是利用这一特点，区分母线的区内、区外故障，在判别出母线区外故障TA饱和时则闭锁母线差动保护。考虑到系统可能会发生区外转区内的母线装换性故障，因而TA饱和的闭锁应该是周期性的。第86页/共91页母线纵联差动保护（4）通过比较差动电流变化率鉴别TA饱和。TA饱和后，二次侧电流波形出现缺损，在饱和点附近二次侧电流的变化率突增。而当母线区内故障时，由于各条线路的电流都流入母线

47、，差电流基本上按照正弦规律变化，不会出现区外故障TA饱和条件下差电流突变较大的情况。因此可以利用差电流的这一特点进行TA饱和的检测。TA进入饱和需要时间，而在TA进入饱和后，在每个周波一次电流过零点附近都存在一个不饱和时段，在此时段内TA仍可不畸变地传变一次电流，此时差电流变化率很小。利用这一特点也可构成TA饱和检测元件。在短路初瞬和TA饱和后每个周期内的不饱和时段，饱和检测元件都能够可靠地闭锁保护。第87页/共91页母线纵联差动保护（5）波形对称原理。TA饱和后，二次侧电流波形发生严重畸变，1周波内波形的对称性被破坏，采用分析波形的对称性可以判定TA是否饱和。判别对称性的方法有多种，最基本的

48、一种是电流相隔半周波的导数的模值是否相等。第88页/共91页母线纵联差动保护（6）谐波制动原理。当发生区外故障TA饱和时，差电流的波形实际是饱和TA励磁支路的电流波形，当TA发生轻度饱和时，故障支路的二次电流出现波形缺损现象，差电流中包含有大量的高次谐波。随着TA饱和深度的加深，二次电流波形缺损的程度也随着加剧。但内部故障时差电流的波形接近工频电流，谐波含量少。谐波制动原理利用了TA饱和时差电流波形畸变的特点，根据差电流中谐波分量的波形特征检测TA是否发生饱和。这种方法有利于发生保护区外转区内故障时根据故障电流中存在谐波分量减少的情况而迅速开放差动判据。第89页/共91页第90页/共91页感谢您的观看！第91页/共91页