KV线路光纤差动保护原理.docx

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KV线路光纤差动保护原理

首先，光纤差动保护的原理和一般的纵联差动保护原理基本上是一样的，都是保护装置通过计算三相电流的变化，判断三相电流的向量和是否为零来确定是否动作，当接在电流互感器的二次侧的电流继电器（包括零序电流）中有电流流过达到保护动作整定值是，保护就动作，跳开故障线路的开关。

即使是微机保护装置，其原理也是这样的。

但是，光纤差动保护采用分相电流差动元件作为快速主保护，并采用PCM光纤或光缆作为通道，使其动作速度更快，因而是短线路的主保护！

另外，光纤差动保护和其它差动保护的不同之处，还在于所采用的通道形式不同。

纵联保护的通道一般有以下几种类型：

1.电力线载波纵联保护，也就是常说的高频保护，利用电力输电线路作为通道传输高频信号；

2.微波纵联保护，简称微波保护，利用无线通道，需要天线无线传输；

3.光纤纵联保护，简称光纤保护，利用光纤光缆作为通道；

4.导引线纵联保护，简称导引线保护，利用导引线直接比较线路两端电流的幅值和相位，以判别区内、区外故障。

差动保护

差动保护是输入CT（电流互感器）的两端电流矢量差，当达到设定的动作值时启动动作元件。

保护范围在输入CT的两端之间的设备（可以是线路，发电机，电动机，变压器等电气设备）。

中文名

差动保护

外文名

Differentialprotection

1.1概述

2.2原理

3.3技术参数

4.?

环境条件

1.?

工作电源

2.?

控制电源

3.?

交流电流回路

4.?

交流电压回路

5.?

开关量输入回路

1.?

继电器输出回路

2.4功能

3.5主要措施

4.6缺点

概述编辑

电流差动保护是继电保护中的一种保护。

正相序是A超前B,B超前C各是120度。

反相序（即是逆相序）是A超前C,C超前B各是120度。

有功方向变反只是电压和电流的之间的角加上180度，就是反相功率，而不是逆相序[1]。

差动保护是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的。

差动保护把被保护的电气设备看成是一个节点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。

当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。

当差动电流大于差动保护装置的整定值时，上位机报警保护出口动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。

原理编辑

差动保护

差动保护[2]是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。

当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流的和正比于故障点电流，差动继电器动作。

差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护。

另外变压器保护还有线路差动保护、母线差动保护等等。

变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。

其接线方式，按回路电流法原理，把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流，变压器正常运行或外部故障，如果忽略不平衡电流，在两个互感器的二次回路臂上没有差电流流入继电器，即：

iJ=ibp=iI-iII=0。

如果内部故障，如图ZD点短路，流入继电器的电流等于短路点的总电流。

即：

iJ=ibp=iI2+iII2。

当流入继电器的电流大于动作电流，保护动作断路器跳闸。

技术参数编辑

环境条件

正常温度：

-10℃~55℃

极限温度：

-30℃~70℃

存储温度：

-40℃~85℃

相对湿度：

≤95%，不凝露

大气压力：

80~110kPa

工作电源

电压范围：

85~265V（AC或DC）

正常功耗：

<10W

最大功耗：

<20W

电源跌落：

200ms

上电冲击：

4A

隔离耐压：

3kV

控制电源

额定电压：

220V（AC/DC）

过载能力：

70%~120%额定电压，连续工作

隔离耐压：

4kV

交流电流回路

额定电流：

5A

功率消耗：

<0.5VA/每相

过载能力：

2倍额定电流，连续工作

10倍额定电流，允许10S

40倍额定电流，允许1S

隔离耐压：

4kV

交流电压回路

额定电压：

100V功率消耗：

<0.5VA/每相

过载能力：

2倍额定电压，连续工作

隔离耐压：

4kV

开关量输入回路

额定电压：

24VDC功率消耗：

<0.5VA/每相

过载能力：

2倍额定电压，连续工作

隔离耐压：

4kV

继电器输出回路

分段电压：

250VAC、220VDC

分段功率：

1250VA交流或120W直流（电阻性负载）

功能编辑

差动保护是变压器的主保护，是按循环电流原理装设的。

主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。

在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同极性端都朝向母线侧，则将同极性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器。

在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流之差，也就是说差动继电器是接在差动回路的。

从理论上讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零。

实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常运行和外部短路时，差动回路中仍有不平衡电流Iunb流过，此时流过继电器的电流IK为Ik=I1-I2=Iunb

要求不平衡电流应尽量的小，以确保继电器不会误动。

差动保护原理图

当变压器内部发生相间短路故障时，在差动回路中由于I2改变了方向或等于零（无电源侧），这是流过继电器的电流为I1与I2之和，即

Ik=I1+I2=Iunb

能使继电器可靠动作。

变压器差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备、以及连接这些设备的导线。

由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，所以在区内故障时，可以瞬时动作。

差动保护是反映被保护元件（或区域）两侧电流差而动作的保护装置。

差动保护是保护变压器的内部短路故障，电流互感器安装在变压器的两侧，在正常负荷情况或外部发生短路时，流入差动继电器的电流为不平衡电流，在适当选择好两侧电流互感器的变压比和接线方式的条件下，该不平衡电流值很小，并小于差动保护的动作电流，故保护不动作；在变压器内部发生短路时，流入继电器的电流大于差动保护的动作电流，差动保护动作于跳闸。

由于变压器一、二次电流、电压大小不同，相位不同，电流互感器特性差异，电源侧有励磁电流，都将造成不平衡电流流过继电器，必须采用相应措施消除不平衡电流的影响。

主要措施编辑

（1）减小稳态情况下的不平衡电流

变压器差动保护各侧用的电流互感器，选用变压器差动保护专用的D级电流互感器；当通过外部最大稳态短路电流时，差动保护回路的二次负荷要能满足10%误差的要求。

（2）减小电流互感器的二次负荷

这实际上相当于减小二次侧的端电压，相应地减少电流互感器的励磁电流。

减小二次负荷的常用办法有：

减小控制电缆的电阻（适当增大导线截面，尽量缩短控制电缆长度）；采用弱电控制用的电流互感器（二次额定电流为lA）等。

（3）采用带小气隙的电流互感器

这种电流互感器铁芯的剩磁较小，在一次侧电流较大的情况下，电流互感器不容易饱和。

因而励磁电流较小，有利于减小不平衡电流。

同时也改善了电流互感器的暂态特性。

比率差动保护是差动保护的一种。

差动保护需采取比率差动的原理：

防止在变压器区外故障（穿越性故障）时，高低压侧CT传变特性不一致，导致差流的产生，并且超过定值而动作，当采用了带比率制动的差动保护后，随着穿越电流的增大，差动启动的门槛将会抬高，保证穿越性故障不误动。

缺点

差动保护的缺点：

对变压器内部的不严重的匝间短路故障不能反映

1、差动保护用一句话就可以说明原理，即将变压器缩小成一个点，根据节点电流定律，流进等于流出。

如果不相等，就跳闸！

向左转|向右转

2、差动保护是的定义如下：

当区内发生某些短路性故障的时候，在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时，跳开变压器各侧断路器的保护，就是变压器差动保护

向左转|向右转

微机线路保护

1）维护调试方便

2）可靠性高

3）动作正确率高

4）易于获得各种附加功能

5）保护性能容易得到改善

6）使用灵活、方便

7）具有远方监控特性

微机线路保护特点

1）维护调试方便

2）可靠性高

3）动作正确率高

4）易于获得各种附加功能

5）保护性能容易得到改善

6）使用灵活、方便

7）具有远方监控特性

微机线路保护硬件结构

1.继电保护的基本结构大致上可以分为三部分：

①信息获取与初步加工②信

息的综合、分析与逻辑加工、决断③决断结果的执行

2.微机保护装置实质是一种依靠单片微机智能地实现保护功能的工

业控制装置：

①信号输入回路（模拟量、开关量）②单片微机

统③人机接口部分④输出通道回路⑤电源

3.微机保护装置输入信号主要有两类：

开关量、模拟信号

4.目前微机保护的数据采集系统主要有两种方案：

1）采用逐次逼近原理的A/D芯片构成的数据采集系统

2）采用VFC芯片构成的积分式数据采集系统

5.变换器：

电流变换器（TA），电压变换器（TV），电抗变换器（TL）

6.采样保持器的作用：

①对各个电气量实现同步采样②在模数变换过程中输入的模拟量保持不变③实现阻抗变换

7.微型计算机中的总线通常分为：

①地址总线（AB）②数据总线（DB）③控制总线（CB）

微机线路保护软件原理

1.微机保护硬件可分为：

人机接口、保护

相应的软件也就分为：

接口软件、保护软件

2.保护软件三种工作状态：

运行、调试、不对应状态

3.实时性：

在限定的时间内对外来事件能够及时作出迅速反应的性

4.微机保护算法主要考虑：

计算机精度和速度

中低压线路保护程序逻辑原理

4.选项子程序原理：

判别故障相（选项），判定了故障的种类及相别，才能确定阻抗计算应取用什么相别的电流和电压

5.电力系统的振荡大致分为：

一种静稳破坏引起系统振荡，另一种由于系统内故障切除时间过长，导致系统的两侧电源之间的不同步引起的

超高压线路保护程序逻辑原理

6.高频闭锁方向保护的启动元件两个任务：

一是启动后解除保护的闭锁

二是启动发信回路，因此要求启动元件灵敏度高，以防止故障时不能启动发信

7.

（1）闭锁式高频方向保护基本原理：

闭锁式高频方向保护原则上规定每端短路功率方向为正时，不送高频信号。

因此在故障时收不到高频信号表示两侧都为正方向，允许出口跳闸；在一段

相对较长时间内收到高频信号时表示两侧中有一侧为负方向，就闭锁保护。

（2）允许式高频方向保护基本原理：

当两侧均发允许信号时，可判断是区内故障，但就每一侧而言，其程序逻辑是收到对侧允许信号及本侧视正方向，同时满足经延时确认后发跳闸脉冲。

8.综合重合闸四种工作方式：

单相、三相、综合、停用

综合重合闸两种启动方式：

①由保护启动②由断路器位置不对应启动

电力变压器微机线路保护

9.比率制动式差动保护的基本概念：

比率制动式差动保护的动作电流是随外部短路电流按比率增大，既能保证外部短路不误动，又能保证内部短路有效高的灵敏度

10.二次谐波制动原理：

在变压器励磁涌流中含有大量的二次谐波分量，一般占基波分量的40%以上。

利用差电流中二次谐波所占的比率作为制动系数，可以鉴别变压器空载合闸时的励磁涌流，从而防止变压器空载合闸时保护的误动。

11.变压器零序保护

主变零序保护适用于110KV及以上电压等级的变压器。

主变零序保护由主变零序电流、主变零序电压、主变间隙零序电流元件构成，根据不同的主变接地方式分别设置如下三种保护形式：

①中性点直接按接地保护方式

②中性点不接地保护方式

③中性点经间隙接地保护方式

12.在放电间隙放电时。

应避免放电时间过长。

为此对于这种接地式应装设专门的反应间隙放电电流的零序电流保护，其任务是即时切除变压器，防止间隙长时间放电

微机母线保护及断路器失灵保护

13.1）母线是发电厂和变电站重要组成部分之一。

母线又称汇流是汇集电能及分配电能的重要设备

2）在发电厂或变电站，当母线电压为35至66kv出线较少时，可采用单母线接线方式；而出线较多时，可采用单母线分段；对110kv母线，当出线数不大于4回线时，可采用单母线分段

3）母线故障类型主要有：

单相接地故障，两相接地短路故障（几率小）及三相短路故障

4）要求：

①高度安全性可靠性②选择性强、动作速度快

14.母差保护分类

按阻抗分类：

高、中、低母差保护

低阻抗母差保护（电流型母线差动保护）按动作条件分：

①电流差动式母差保护②母联电流比相式母差保护③电流相位比较式母差保护

15.大差元件用于检查母线故障，小差元件选择出故障所在的哪段或哪条母线

16.不同型号母差保护，采用的启动元件有差异，通常有：

电压工频变化量元件、电流工频变化量元件、差流越限元件

17.TA饱和时其二次电流有如下特点：

（1）在故障瞬间，由于铁芯中的磁通不能越变，TA不能立即进入饱和区，而是存在一个时域为3至5ms的线性传递区。

在线性传递区内，TA二次电流与一次电流成正比

（2）TA饱和之后，在每个周期内一次电流流过零点附近存在不饱和时段，在此段内，TA二次电流又与一次电流成正比

（3）TA饱和后其励磁阻抗大大减小，使其内阻大大降低，严时内阻为零（4）TA饱和，其二次电流偏于时间轴一侧，致使电流的正、负半波不对称，电流中有很大的二次和三次谐波电流分量

18.TA饱和鉴别元件的构成原理：

（1）同步识别法：

当母线上发生故障时，母线电压及各出线元件上的电流将发生很大的变化，于此同时在差动元件中出现差流，即电压或工频电流的变化量与差动元件中的差流是同时出现

（2）自适应阻抗加权抗饱和法

（3）基于采样值的重复多次判别法

（4）谐波制动原理

横联差动保护

在阻抗相同的两条平行线路上可装设横联差动方向保护。

横联差动方向保护反应的是平行线路的内部故障，而不反应平行线路的外部故障。

横联差动保护则能克服短线路保护的整定困难。

针对横联差动保护在同杆并架回路时会受到零序循环电流的影响而发生不正确动作的问题，文中予以分析，提出了改进方案并进行数字仿真验证。

改善这类保护的性能，使其能够满足大用户电力系统运行要求，并能够节省工程造价，具有一定现实意义。

保护范围：

差动速断保护及带或不带二次谐波制动复式比率

保护库比率差动（带CT断线、二次谐波）、非电量等于一体；

测量功能：

0.2级高精度测量，可对多种电气参数进行测量，也具有对一次设备电压电流

模拟量和开关量的采集功能；

操作回路及通讯：

自带防跳、自保持功能，标配RS485/CAN通

适用场合：

35KV主变差动保护用户工程、发电机组及系统差动保护（用于出口海外