第4章-输电线路纵联保护-第3讲

4.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理区内故障：区外故障：KDMN1d2dmI.nI.NI.MI.dI.0)(NMiiikNMiiii)(实现方案：电流差动（全电流信息）电流相位差动（仅利用电流相位信息）124.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理流过差动继电器的电流是电流互感器的二次侧电流之和，由于两个电流互感器总是具有励磁电流，且励磁特性不完全相同，所以在正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流不等于零，此电流称为不平衡电流。34.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理)(1)(1uNNTAnuMMTAmIInIIInI比两电流互感器的额定变的二次电流；分别为两个电流互感器、的励磁电流；分别为两个电流互感器、TAnnIIIImuNuM44.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理在正常运行及区外故障时：因此流过差动电流互感器的电流即不平衡电流为继电器正确动作时的差动电流应躲过正常运行及外部故障时的不平衡电流，即NMII)(1uNuMTAnmunbIInIIIunbnmrIIII4.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理工程上不平衡电流稳态值采用电流互感器的10%的误差曲线按下式计算同型系数，相同时取0.5，不同时取1非周期分量系数1.5-2外部短路时穿过两个电流互感器的短路电流。max0.1unbstnpkIKKIstKnpKmaxkI54.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理（二）电流差动保护的实用判据——制动特性制动的基本思想：根据不平衡电流和短路电流的关系，优先保证外部故障时保护不会因不平衡电流而误动，所以动作门槛根据故障电流进行调整。动作判据resresrIKInmrIII动作电流resK制动系数resI制动电流64.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理（三）制动电流的选取比率制动方式之一比率制动方式之二标积制动方式NMresIII21)(21NMresIIIcos(180)0cos(180)cos(180)00mnmnmnresmnIII制动方式的选择标准：防止区外误动的前提下，提高区内故障的灵敏度。区外故障，制动电流要大；区内故障，制动电流要尽可能的小74.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理（四）纵联差动保护的整定（1）差电流速断保护的整定原则一：躲开外部短路最大不平衡电流原则二：躲开最大负荷电流max0.1setrelunbrelstnpkIKIKKKImaxsetrelLIKI84.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理（四）纵联差动保护的整定（1）差电流速断保护的整定动作判据：取两者中大者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rmnsetIIII9setIminmin2krsensetsetkIIKIII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4.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理（四）纵联差动保护的整定（2）带制动特性差动保护的整定带有制动线圈的差动继电器有两组线圈，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功率增强；在动作线圈中流过两侧互感器的和电流，内部短路时制动功率减弱，动作功率极强。104.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理（四）纵联差动保护的整定（2）带制动特性差动保护的整定动作判据：0mnmnopIIKIII动作区rIresI动作特性0opI0opI启动门槛，0.1-0.2额定电流K制动系数，0-1之间，典型值0.5114.4纵联电流差动保护4.4.1纵联电流差动保护原理（四）纵联差动保护的整定（2）带制动特性差动保护的整定这种动作电流不是恒定值而是随着制动电流变化的特性称为制动特性。提高了内部短路时的灵敏性；提高了外部短路时不动作的可靠性因而在电流差动保护中得到广泛应用。124.4纵联电流差动保护4.4.2两侧电流的同步测量同步采样的必要性：差动保护的原理基础要求采样同步，通过通信通道传递两侧电流时，首先要对各端电流瞬时值进行数字化离散采样，保护常用的采样频率为每工频周波12~24点，相差一个采样间隔则相差300~150,保护必须使用两侧同步数据才能正确工作。同步采样的基本要求：采样时刻的同时性数据窗口的同时性134.4纵联电流差动保护4.4.2电流差动同步采样技术（一）基于数据通道的同步方法基于数据通道的同步方法：采样时刻调整法采样数据修正法时钟校正法144.4纵联电流差动保护4.4.2电流差动同步采样技术（一）基于数据通道的同步方法采样时刻调整法的实现步骤之一通道延时的测定和反校212rmmdtttt在正式开始同步采样前，主站在Tm1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Tm时间将从站当前时标和延时时间Tm回送给主站。主站收到返回信息的时刻为Tr2154.4纵联电流差动保护4.4.2电流差动同步采样技术（一）基于数据通道的同步方法采样时刻调整法的实现步骤之二主站时标和从站时标的核对主、从站都将各自的时标送给了对端，从站可以根据主站时标修改自己的时标与主站相同，也可以两侧都保存两侧的时标，记忆两侧时标的对应关系。164.4纵联电流差动保护4.4.2电流差动同步采样技术（一）基于数据通道的同步方法采样时刻调整法的实现步骤之三采样时刻调整时间差调整方案：主站在当前本侧采样时刻Tmj将包括通道延时Td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Tr3以及Td，可首先确定出所对应本侧的时刻，然后计算出主、从站采样时刻间的误差△Tmjsidrsitttttt)(3(1)()sisisttTt174.4纵联电流差动保护4.4.2电流差动同步采样技术（一）基于数据通道的同步方法一般情况下，为稳定调节，常采用调整方式nssiistTtt2)()1(184.4纵联电流差动保护4.4.2电流差动同步采样技术（二）基于具有统一时钟的同步方法GPS系统简介：GPS系统由24颗地球同步卫星构成，地球上任一点在同一时刻，可以接收到至少4颗卫星的信号，实现高精度定位。GPS传递的时间能在全球范围内与国际标准时钟保持高精度同步。利用接收到的GPS时钟信号，可以实现同步采样。（同步误差小于2µs）GPS接收机RS—232时间码1PPS采样时钟采样脉冲194.4纵联电流差动保护4.4.3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204.4纵联电流差动保护4.4.3纵联电流相位差动（一）基本原理两端保护仅在本端电流正半波或负半波时启动发信机发送高频信号，这样外部故障时两端电流按照规定的正方向相位为反向，输电线上出现连续的高频信号；内部故障时两端电流近似同向，输电线路上将出现间断的高频信号；因此，高频信号的连续和间断反映了两端电流相位的比较结果。214.4纵联电流差动保护4.4.3纵联电流相位差动180360)(t0KDMN1d2d(a)原理示意图)(t1803600miniminimI.mI.nI.nI.dI.dI.（b）外部短路两侧电流及高频信号（c）内部短路两侧电流及高频信号)(t)(t180360360180mI.nI.NI.MI.（b1）（b2）（b3）（c1）（c2）(c3)图4－19电流纵联差动保护内、外部短路示意图dI.224.4纵联电流差动保护4.4.3纵联电流相位差动（二）原理框图图4－23闭锁式电流相位纵联差动保护的原理框图TA跳闸启收信&结合电容器II2III2IIIII2I2.1.IKI111t002t3t发信过滤器过滤器t4234.4纵联电流差动保护4.4.3纵联电流相位差动（三）动作特性一般来说，外部故障时流过线路两端的电流互感器的一次电流是同一电源产生、经过相同阻抗的电流，两侧相差1800，经过电流互感器后，两侧二次侧电流最大误差不超过70，保护装置中的滤序器及收发信操作回路的角度误差的影响，两侧不超过150，高频信号在输电线路上传播工频角延时L/100*60，因此区外短路时两侧收到的高频电流之间的间隔角最小值为：此时，保护不应动作，锁闭角取值：240000180(7156)100L0007156100byL4.4纵联电流差动保护4.4.3纵联电流相位差动（三）动作特性锁闭角取值：250007156100byL4.4纵联电流差动保护4.4.3纵联电流相位差动（三）动作特性按照上述原则整定锁闭角后，需校验在区内短路时最不利于动作时保护的动作灵敏度。两端电势相位不同。在极端情况下，有可能达到70度相位差。假设M端超前N端70度。•两端系统阻抗角不同。M侧系统阻抗角取60度，N侧系统阻抗角取90度。则上述故障两端电流相位差100度。264.4纵联电流差动保护4.4.3纵联电流相位差动（三）动作特性再考虑互感器、保护装置的角误差和高频信号由滞后的N侧传输到M侧的时间延时，在M侧收到高频信号相位差最大可达到随着被保护线路的增长，高频信号不连续间隔缩短，M侧有可能进入保护的不动作区。27000001002261226100100LL4.4纵联电流差动保护4.4.3纵联电流相位差动（三）动作特性但对于N侧来说，M侧发出的高频信号经传输延时，N侧收到高频信号不连续时间间隔增长为此时N侧保护是可以动作的，为解决M侧不跳闸问题，N侧跳闸后，停止发送高频信号，M侧只收到自己发的高频信号，间隔1800满足跳闸条件，随之M侧跳闸。这种一侧保护随着另一侧保护动作而动作的情况称为保护的相继动作，保护相继动作使一侧故障切除时间变慢。28001226100L4.4纵联电流差动保护4.4.3纵联电流相位差动（四）操作电流的选取可以反映各种故障类型有足够的灵敏度通常操作电流选取21IKI294.4纵联电流差动保护4.4.4影响纵联电流差动保护的因素及其措施（一）影响因素之一：分布电容电流分布电容电流的存在，破坏了差动保护的基本原理。可能引起保护误动，特别是对于超高压长线路，电容电流的影响更为严重MNdCMI.CNI.NI.MI.MNI.图4－29长距离输电线路的等值电路CX21304.4纵联电流差动保护4.4.4影响纵联电流差动保护的因素及其措施（一）影响因素之一：分布电容电流解决措施：电容电流补偿提高动作门槛，躲开电容电流影响，但降低了灵敏度延时躲过暂态电容电流314.4纵联电流差动保护4.4.4影响纵联电流差动保护的因素及其措施（二）影响因素之二：电流互感器误差和不平衡电流差动保护原理是建立在对一次系统的分析基础上的，但保护所采用的电流信号是互感器的二次输出信号。二次信号和一次信号之间的传变误差，导致了不平衡电流的出现。不平衡电流对所有电流差动原理保护都有影响。324.4纵联电流差动保护4.4.4影响纵联电流差动保护的因素及其措施（二）影响因素之二：电流互感器误差和不平衡电流解决措施1.采用性能优良的互感器2.提高动作门槛3.采用制动特性334.4纵联电流差动保护4.4.4影响纵联电流差动保护的因素及其措施（三）影响因素之三：负荷电流重载线路发生高阻接地故障时，故障电流不大，穿越性的负荷电流成为制动的主要因素。可能引起保护拒动。MNmI.nI.nI.mI.lI.图4－30负荷电流对纵联电流差动保护的影响示意图gR344.4纵联电流差动保护4.4.4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：故障分量差动保护动作电流：制动电流：MNmI.nI.nI.mI.lI.图4－30负荷电流对纵联电流差动保护的影响示意图gRn