几种型号的分相电流差动保护的异同

1、几种几种常见常见型号型号的的分相电流差动保护分相电流差动保护的比较的比较 本文将对目前工区范围内常见的几种分相电流差动的保护原理，装置结构、日常运行操作等方面做一个简要的介绍和比较， 从而找出其共性和不同之处， 为日常运行工作提供参考。 1. 分相电流差动分相电流差动的的基本基本原理原理 1) 基本原理基本原理 保护通过通讯通道把一端的带有时标的电流信息数据传送到另一端， 各侧保护利用本地和对侧电流数据按相将同一时刻的电流值进行差动电流计算，比较两端的电流的大小与相位，以此判断出是正常运行、区内故障还是区外故障。 MINI 以母线指向线路为正方向，根据基尔霍夫电流定律，在不考虑电容电流和 CT

2、 采样误差的情况下：正常运行或区外故障时一侧电流由母线流向线路，为正值，另一侧电流由线路流向母线，为负值，两电流大小相同，方向相反，所以0MNII，差流元件不动作。区内故障时两侧实际短路电流都是由母线流向线路，和参考方向一致，都是正值，差动电流会很大，满足差动方程，差流元件动作。 2) 与相差高频与相差高频在原理上在原理上的区别的区别 相差高频保护是比较被保护线路两侧电流相位的高频保护。 当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁，两侧电流相位相反时保护动作跳闸。 两者区别在于相差高频不比较电流值只比较相位， 分相电流差动同时比较两侧的电流幅值和相位。 3) 保护的通道保护的通道 分相电流差动保护需要

3、将线路两端的电流信息进行比较， 应此要有专门的通道来传输这些电流信息，目前保护通道主要有载波通道与光纤通道。由于光纤通道具有可靠性好，传输信息量大的优点，因此分相电流差动保护均使用光纤通道。 光纤通道分为两种：一种为复用通道，另一种为专用通道。 专用光纤通道：专用纤芯方式相对比较简单，运行的可靠性也比较高 ，220kV 及以下线路光纤保护多采用专用纤芯方式 复用光纤通道：两地之间通过通信网通信。由于通信网是复用的，所以需要用通信设备进行信号的复接。多用于 500kV 长距离输电线路。 2. 分相电流差动保护的优势分相电流差动保护的优势 与高频距离、相差高频等纵联保护相比分相电流差动主要有以下优

4、点： A. 分相电流的差动保护中只要引入电流量就能实现故障判别， 而无需引入电压量。 因而在原理上得到了很大的简化。 B. 分相电流差动保护中只对电流值进行测量计算， 不对故障距离阻抗进行计算， 因此提高了耐过渡电阻的能力。 C. 分相电流差动保护中只要对两端电流差值和相位进行测量计算就能明确选出故障相，故障选相变得非常容易，而这在其它保护方法中是难点。 D. 分相电流差动保护不受系统振荡影响。在系统振荡时两端电流方向与正常时相同，相位的摆动完全一致， 即使在系统振荡时发生故障， 保护装置也能根据两端电流相位变化正确动作。 3. 220kV、500kV 线路线路保护配置原则保护配置原则 根据华

5、东电网继电保护应用技术原则规定，对于具有光纤通道的输电线路，优先配置光纤纵联差动保护。同杆并架线路应尽量采用分相电流差动保护作为线路主保护。 目前工区内 220kV、 500kV 的线路保护陆续升级改造为双重化配置的分相电流差动保护。常见型号有南自的 PSL-603，南瑞的 PCS-931、四方的 CSC-103 和 ABB 的 REL-561 等。典型的双重化配置方式为：PCS-931+ PSL-603、PCS-931+ CSC-103、PCS-931+REL-561。 4. 常见型号的常见型号的保护保护软件软件原理介绍原理介绍 以上保护虽然都是基于基尔霍夫电流定律， 但是在具体的实现手段、

6、 装置结构上还是有很大区别的。 首先将各保护的基本信息列表如下： 1) 各各保护的基本配置保护的基本配置 保护型号 保护配置 PCS-931G 分相电流差动（包含了变化量差动，稳态差动段、段） ，零序电流差动，工频变化量距离快速段，三段式相间、接地距离，零序方向过流 PSL-603U 分相电流差动，零序电流差动，快速距离，三段相间、接地距离保护，零序方向过流保护，零序反时限 CSC-103A 纵联电流差动，三段式相间和接地距离，四段式零序及零序反时限 REL-561 分相电流差动，三段式距离，零序方向过流 2) 各保护的基本参数各保护的基本参数 保护型号 保护动作时间 整定范围 PCS-931

7、G 工频变化量：近端 310ms 末端20ms 差动保护全线路跳闸时间：25ms 距离段：20ms 距离段、段：010s 后备段零序跳闸延迟时间：010s 电流变化量启动元件 0.10.5 In 零序过流启动元件 0.10.5 In 距离保护 0.0125/0.05125 PSL-603U 快速距离：近端 310ms 纵联保护全线速动不大于 25ms 距离段：20ms 距离方向元件：最小动作时间 10ms 零序方向元件：最小动作时间 10ms 电流突变量启动元件：0.05A2.5A 零序电流辅助气动元件：0.05A2.5A 最小阻抗值为 0.01 CSC-103A 差动元件：2 倍整定时20m

8、s 距离元件段：近处故障15ms 零序电流段： 差动元件 0.12In 距离元件 0.0140/0.05200 零序过流元件 0.120 In 3) 各保护各保护的实现原理的实现原理 A. 装置启动方式的差别 国外分相电流差动和国内分相电流差动保护在保护启动方式上存在根本不同。 国外保护只要满足线路两侧差流高于门槛启动电流和制动电流即可选项动作， 而国内保护均设置了装置总启动元件，在装置总启动元件动作后才开放出口正电源或负电源（PSL-603U 开放出口负电源） 。 启动元件动作之后才开放出口继电器正电源，主要起到了在系统正常运行时闭锁保护，而在系统发生异常时， 使微机保护进入故障处理程序的作

9、用， 从而提高了装置工作的可靠性。 REL-561 保护同样考虑到了保护动作安全性的问题，为了保证安全性，跳闸回路采用 4取 2 或 4 取 3 逻辑，即连续进行 4 次测量，如果其中有 2 或 3 次满足跳闸条件方可跳闸。以江都变为例，REL-561 的定值中 Evaluate 整定项，整定为 3 of 4，即为 4 取 3 逻辑。 国内保护的动作方式如图 1： &保护启动差动元件动作对侧允许信号跳闸 图 1 国外保护的动作方式如图 2： 差动元件动作跳闸图 2 下表列出了国内几种型号保护的起动元件 保护型号 启动元件 PCS-931G 反应相间工频变化量的过流继电器、零序过流继电器

10、、远跳启动、位置不对应启动 PSL-603U 电流突变量启动、零序电流启动、静稳破坏启动、弱馈启动、TWJ 辅助启动元件 CSC-103A 电流突变量启动、零序电流启动、静稳破坏启动、弱馈低电压启动元件 各型号保护的启动元件各有特点，如 PCS-931G 的反应相间工频变化量的启动元件采用浮动门坎， 正常运行及系统振荡时变化量的不平衡输出均自动构成自适应式的门坎， 浮动门坎始终略高于不平衡输出，在正常运行时由于不平衡分量很小，而装置有很高的灵敏度。当系统振荡时，自动降低灵敏度，不需要设置专门的振荡闭锁回路。因此，装置有很高的安全性，起动元件有很高的灵敏度而又不会频繁起动，测量元件则不会误测量。

11、 三种保护为了防止弱电源侧在故障时可能不启动的情况设置了弱馈启动和远跳启动元件，当弱电源侧收到对侧保护允许信号则判别电压量，若小于设定值时，本侧保护启动。 B. 差动保护判据的比较 下表列出了几种型号保护的差动保护判据 保护型号 差动保护判据 PCS-931G 电流差动保护、变化量差动保护、零序差动保护 PSL-603U 电流差动保护、变化量差动保护、零序差动保护 CSC-103A 电流差动保护、变化量差动保护、零序差动保护 REL-561 电流差动保护 下面对这几种判据进行一下详细介绍： i. 以全电流构成的电流差动保护判据常用的有 2 种， 2MNdMNcIIIIII 公式 1 MNdMN

12、cIIIIII 公式 2 式中MI、NI为线路两端电流矢量，正方向为母线指向线路。 公式 1 为 REL-561 差动保护的判据，公式 2 是国产差动保护的判据。两者的差别就在于保护的制动量cI的构成方式。对于公式 1 而言，其制动量是线路两侧电流向量模值的和；而国内判据的制动量则是由线路两侧电流向量差的模值所构成。 公式 2 的优点在于内部故障时它有着足够的灵敏度，而外部故障时，又有着较强的制动性。但是，国产保护判据耐受电容电流的能力不如 REL-561 保护的强。而 REL-561 保护的判据的缺点在于内部故障和外部故障时具有相同的制动量，因此适应性不如国内的判据。 dIcIminopI1

13、K2Kcross 图 3 图 3 为电流差动保护动作特性， 1K、2K为比率制动系数，minopI为最小动作电流 线路正常运行和区外故障时dI均为 0，保护不动作。当发生区内故障，dI大于最小动作电流minopI和制动电流cK I时，保护动作。 目前各种保护的差动保护均使用双斜率动特性， 其目的就在于保证小电流时有较高的灵敏度，和在区外故障时因 CT 饱和产生传变误差时采用较高斜率的制动特性得到较高的可靠性。各厂家的不同处除了制动量表达式的不同，还有比率制动系数和 cross（交叉点）的不同。 两者的共同缺陷，就是都无法摆脱负荷电流的影响。因此在全电流差动的基础之上，PCS-931G、PSL-

14、603U 以及 CSC-103A 均增加了变化量差动保护作为补充。 ii. 变化量差动保护 tiIIKIN图 4 minMNdMNcdopdcIIIIIIIIIKI 公式 3 公式 3 中K为比率制动系数，dI为故障分量电流差动量，cI为故障分量电流制动量 变化量差动保护最大的特点就是不受负荷电流的影响； 理论上讲， 只要故障点过渡电阻不是无穷大， 线路内部故障时两侧故障分量的相位关系就不会发生改变； 被保护线路发生外部故障时，线路两侧的故障分量电流为穿越电流，保护不会误动。由于故障分量无法直接获得，实际应用时采用故障后的电流减去故障前的电流所得的变化量来代替故障分量。 故障分量只能在故障后

15、1-2 个周波内准确提取，超出这个时间变化量差动保护就无法正确动作。所以，故障分量判据和全电流判据之间不是相互替代的关系，故障分量判据是对全电流判据的补充。 国内保护所采用的方法相同，仅仅在系数的选择上有所区别。 iii. 零序差动保护 0000minMNdMNcdopdcIIIIIIIIIKI 公式 4 对于高过渡电阻接地故障， 国内厂家均采用公式 4 的判据， 为了躲过不同期合闸的不平衡电流，保护会有一个延时，如 PSL-603U、CSC-103A 均延时 100ms，PCS-931G 延时 40ms。因此零序差动保护只能作为全电流差动的后备。 下表是几种保护判据的优缺点比较 保护判据 优

16、点 缺点 电流差动保护 无延时 受负荷电流影响大 变化量差动保护 不受负荷电流的影响 采样时间较短，只有 1-2 个周波 零序差动保护 能反映高阻抗接地故障 有 100ms 的延时 C. 保护对 CT 饱和的处理 i. PSL-603U 在 CT 饱和时， 为了不降低区内故障时的保护灵敏度， 又能躲过区外故障 CT 饱时的不利影响，保护装置利用输电线路故障时刻电流流向以及 CT 饱和时波形畸变的特点，能够可靠检测出区外故障 CT 饱和， 从而使电流差动继电器可以根据上述判断结果进行相对应的处理。 ii. PCS-931G 当发生区外故障时， CT 可能会暂态饱和， 装置中由于采用异步法思想的抗

17、 CT 饱和判据和自适应浮动制动门槛，从而保证了在较严重的暂态饱和情况下不会误动。 iii. CSC-103A 采用模糊识别法对 CT 饱和进行检测， 当判别处 CT 饱和后， 自动抬高差动保护制动系数 iv. REL-561 保护对 CT 饱和采取的对应办法是装设一个专用的 CT 饱和检测器， 用本侧的电流进行判别。通过三个连续的电流采样值检测出，一旦检测到 CT 饱和，保护自动抬高制动斜率，将保护动作特性切换到3K（如图 5 所示） ，从而提高了动作门槛，避免保护误动。这样做的后果是牺牲了保护动作的灵敏度。 dIcIminopI1K2Kcross3K 图 5 D. 电容电流补偿方式 超高压

18、长线路由于采用了分裂导线， 线路感抗的减少使得分布电容增大。 电容电流的存在使线路两端的测量电流不再满足基尔霍夫电流定律， 从而直接影响了保护的灵敏度和可靠性。为了提高经过度电阻故障时保护的灵敏度，均要进行电容电流补偿。补偿方式一般分为全补偿和半补偿。全补偿就是将由等效电路计算所得的电容电流完全补偿在一侧的电流中。半补偿则是对线路两端的电流值进行补偿。 CSC-103A、PSL-603U 均使用了稳态半补偿法（包括 RCS-931A、D） 。稳态补偿的缺点很明显，即无法补偿暂态电容电流，暂态电容电流必须通过差动定值躲过，因此使得保护灵敏度降低。 由于CIU j C，因此公式 2 即变为MCMN

19、CNdMCMNCNcIIIIIIIIII 公式 5 而 PCS-931G、 REL-561 则采用了暂态电容电流补偿法， 每一个电容电流则是由cduiCdt公式 6 得出，这是一个和时间 t 有关的变化的值。因此按照公式 6 计算的电容电流对于正常运行、 空载合闸、 区外故障切除等情况下的电容电流稳态分量和暂态分量都能给予较好的补偿，提高了差动保护的灵敏度。 E. CT 断线时保护的动作逻辑 发生 CT 断线时几种保护均采取了相同的措施，即：未断线侧的起动元件不动作，不会向本侧发差动保护动作信号，从而保证差动不会误动。但是判断方法上还是有所区别，如下所列： i. PSL-603U 对侧不启动且

20、本侧相差流大于 0.1 额定电流；本侧相电流减小幅值大于 0.1 额定电流且相电流幅值小于 0.05 倍的额定电流；上述两个条件都满足时置 CT 断线。 ii. PCS-931G 自产零序电流小于0.75倍的外接零序电流或外接零序电流小于0.75倍的自产零序电流，延时200mS发CT断线异常信号. iii. REL-561 将一个CT的三相电流和与另一个CT的零序电流参考量相比较。 当其差值大于设定值时，该功能发出一个输出信号。 iv. CSA-103A 断线侧的自产03I值连续12s大于4OI定值而断线相电流小于0.06NI或者计算出正常两侧的差电流连续 12S 大于 0.25NI而断线相电

21、流小于 0.06NI。 F. 两侧保护“主从”关系 i. 国产保护 国产保护在电流采样同步方式上均采用了“主-从”方式。即一侧为主机（同步端） ，另一侧为从机（参考端） 。 从机发一帧同步请求命令， 其中包括采样标号， 主机在收到从机发来的命令后返回一帧数据， 其中包括主机的采样标号及该采样相对应的时间等信息， 从机收到主机的相应数据报文后，计算出通信传输延时和两侧采样时间差t，从机根据这个采样时刻的偏差，确定调整次数，经过保护对采样时间的数次微调，直到0t ，两侧装置的采样完全同步。 ii. REL-561 两侧保护均为“主”端，都对两侧电流量信息进行同步比较。 5. 常见型号的保护常见型号

22、的保护硬件硬件装置装置介绍介绍 这部分主要将各型号保护的不同之处罗列出来，使大家有一个相对清晰的认识。 1) 国外和国内保护装置的国外和国内保护装置的区别区别 以 REL-561 和 PCS-931G 保护为例。装置内部主要区别在于，REL-561 使用了试验开关，PCS-931G 使用了中间继电器箱（注意与断路器操作继电器箱的区别）和跳闸压板。 REL-561 保护一共有 3 个试验开关，两个 24 孔试验开关，一个 18 孔闭锁开关，保护动作后通过 24 孔试验开关的启动 A、B、C 相出口继电器，由 18 孔闭锁开关中的相应接点跳开两个开关。当保护装置 24 孔试验开关插入插把后，会将整

23、个装置的电流回路短接，电压回路断开，同时闭锁保护的 A、B、C 相总出口。 根据 REL-561 的跳闸逻辑，跳闸出口继电器动作后，如开关在合闸位置，开关常开接点闭后，保护将自保持，直到开关跳开。当 REL561 保护停下来做试验时，如果开关在合闸位置，保护动作后自保持，当保护试验结束后，拔出 U15 单元试验开关内试验插把，保护出口， 就会使运行中的开关误动。 所以正确的处理方式应将保护屏直流电源断开， 再拔出插把，防止开关误跳。 需要注意的是在日常工作中长插把和短插把的使用。 正常跳闸出口和功能回路采用短插把，而电压、电流回路采用长插把，如果使用错误会有无法断开回路的可能。 TRIP A

24、TC1 CB1TRIP B TC1 CB1TRIP C TC1 CB1装置电源+装置电源 -开关跳圈+2A3A4A1CKJ2CKJ3CKJU15.101.1012B3B4B REL-561断路器操作箱柜 图 6 为 REL-561 跳闸回路 下表列出了 24 孔试验开关和 18 孔闭锁开关的主要内容： 插孔种类 插孔内容 24 孔试验开关 启动 A、B、C 相出口继电器 直流电源 A、B、C、N 交流电流 18 孔闭锁开关 启动中、边开关 A、B、C 相第一组跳圈 启动中、边开关重合闸 闭锁中、边开关重合闸 启动中、边开关失灵 PCS-931G 保护动作后，启动保护中间继电器箱（注意与操作继电

25、器箱的区别）的跳闸继电器，再通过跳闸压板去跳线路开关。 +电源 1CD2D02D05TJA-1TJC-1601PCS93111J12J607D0960313JD07TJB-16026094n6111CLP11CLP21CLP31nCJX-02断路器操作箱柜断路器操作箱柜断路器操作箱柜 图 7 为 PCS-931G 跳闸回路 下表列出了 PCS-931G 保护的主要功能和出口压板 功能压板 A、 B 通道差动保护 距离保护压板 零序保护压板 出口压板 启动中、边开关 A、B、C 相第一组跳圈 启动中、边开关重合闸 闭锁中、边开关重合闸 启动中、边开关失灵 A. 两种保护操作异同 i. 保护改无通

26、道跳闸 REL-561：将保护的定值区切至相应的定值区。 PCS-931G：将相应的差动保护压板退出。 ii. 保护由运行改信号 REL-561：将跳闸闭锁插把或插孔插入插把相应保护的跳闸出口闭锁试验开关内。 PCS-931G：将所有的出口压板退出（包括跳闸出口、启动重合闸、启动失灵、闭锁重合闸压板） 。 通过以上对比可以看出，两种保护由于在回路设计上的不同导致了操作方式上的区别，但是本质是一样的。但是需要注意的是，REL-561 保护在操作试验开关时，是用小插把，由于没有明显的双重名称，所以需要特别注意，不能将小插把插错。 其他如，分差保护启动开关保护的失灵重合闸、闭锁重合闸；远方跳闸通道复

27、用分差保护通道等回路设计在这两种保护上也是具有相类似的原理。这里不做详细说明。 B. 保护动作逻辑上的细节 REL-561 保护在判定线路故障后会发出一个展宽 150mS 的固定跳闸脉冲命令， 一般国产开关保护如仪征变的 RCS-921 重合闸计时均是从跳闸脉冲消失开始计时。因而 REL-561 保护同国产开关保护配合时， 会比国产线路保护于国产开关保护配合情况下的重合闸动作时间上有一个 150mS 的延时。 2) 国产国产“非六统一”和“六统一”“非六统一”和“六统一”保护保护的的区别区别 最新的 PCS-931G 和 PSL-603U 保护均按照“六统一”标准设计，在端子排布置、功能配置、

28、回路设计、屏柜压板、保护定值、接口标准等六方面做了统一规范，相比于之前的“非六统一”的 PSL-603G 和 RCS-931A 有了很多不同。 A. 压板的设置 “六统一” 标准下， 保护压板进行了统一规定， 将出口压板和功能压板严格的区分开来，做到了分区分块排列，并将一些不常操作的压板取消，改为软压板。由以下两表，可以看出两者的区别。 PCS-931G 六统一 功能压板（名称 LP*） 投主保护压板 停用重合闸压板 投检修压板 出口压板（名称 CLP*） A、B、C 相跳闸出口 A、B、C 相启动失灵 重合闸出口 第一、二组三跳启动失灵 RCS-931A 非六统一 功能压板（名称 LP*）

29、投主保护压板 投距离压板 投零序压板 至重合闸压板 投检修压板 出口压板（名称 LP*） A、B、C 相跳闸出口 A、B、C 相启动失灵 沟通三跳 第一、二组三跳启动失灵 B. 220kV 线路保护重合闸的配置 采用“六统一”标准后，220kV 线路保护中每套保护的重合闸均投入，并且两套重合闸时间一致， 两套重合闸之间的配合可以通过检有电流或跳位返回而不再重合， 确保不会二次重合闸。每套保护设置有“重合闸”出口压板和“停用重合闸”压板。当需要停用其中一套重合闸时，只要将对应保护上的“重合闸”出口压板退出即可。特别需要注意的是，停用其中一套重合闸时，其中的“停用重合闸”压板不可投入，一旦投入，所有故障本保护均三跳闭重。另一套保护发单跳命令时则直接三跳，重合闸不动作。 而“非六统一”的 220kV 线路保护只用其中一套线路保护的重合闸功能，未使用重合闸功能