输电线路光纤电流纵差保护原理介绍

1、南京南瑞继保电气有限公司南京南瑞继保电气有限公司输电线路光纤电流纵差保护原理输电线路光纤电流纵差保护原理介绍介绍RCS-931保护配置保护配置 主保护主保护 光纤电流纵差保护光纤电流纵差保护 工频变化量接地、相间距离工频变化量接地、相间距离段段 后备保护后备保护 以正序电压为极化量的阻抗继电器构成的三段式接地、相以正序电压为极化量的阻抗继电器构成的三段式接地、相 间距离保护间距离保护 A型：零序电流型：零序电流段段(带方向带方向)、段段(方向可选择方向可选择) B型：零序电流型：零序电流、段段(带方向带方向)、段段(方向可选择方向可选择) D型：零序电流型：零序电流段段(带方向带方向)、零序反

2、时限方向电流保护、零序反时限方向电流保护 (方向可选择方向可选择) 重合闸重合闸 单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸、重合闸仃用单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸、重合闸仃用光纤电流纵差保护原理光纤电流纵差保护原理MNMINI 以母线流向被保护线路以母线流向被保护线路方向为正方向方向为正方向 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动特性曲线上方，继电，继电器动作。器动作。 NMCDIIINMRIIICDIRI75. 0cdqdI输电线路电流纵差保护原理输电线路电流纵差保护原理

3、MINIKIMN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凡是在线路内部有流出的电流电流，都成为动作电流。，都成为动作电流。 KNMCDIIIINMRIIIRCDII输电线路电流纵差保护原理输电线路电流纵差保护原理MINIKIMN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凡是穿越性的电流不产生动作电流，只产生制动电动作电流，只产生制动电流。流。0KKNMCDIIIIIKKKNMRIIIIII2RCDII输电线路电流纵差保护的主要问题输电线路电

4、流纵差保护的主要问题MINICIMN 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容电流是从线路内部流出的电流，因此它构成动作电流。电流，因此它构成动作电流。由于负荷电流是穿越性的电流，由于负荷电流是穿越性的电流，它只产生制动电流。所以在空它只产生制动电流。所以在空载或轻载下电容电流最容易造载或轻载下电容电流最容易造成保护误动。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MINIKIMN 重负荷情况下线路内部经高重负荷情况下线路内部经高电阻接地短路，灵

5、敏度可能不电阻接地短路，灵敏度可能不够。够。 负荷电流是穿越性的电流，负荷电流是穿越性的电流，它只产生制动电流而不产生动它只产生制动电流而不产生动作电流。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采用工频变化量比率差动继电器和零序差动继电器电器和零序差动继电器KI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为了在单侧电源线路内部短路时电流纵差保护能够

6、动作，因此差动继电器在纵差保护能够动作，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。动作电流等于制动电流时应能保证动作。这样在一侧这样在一侧TA断线时差动保护会误动。断线时差动保护会误动。 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断线时差动继电器误动。动。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暂态特性和饱和程度的差异、二次回路时间常数的差异的差异、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在区外故障或区外故障切除时出现差动电流（动作电流），容易造成差动电流（动作电流），容易造成差动继电器

7、误动。差动继电器误动。 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制动系数。在制动量上增加浮动门槛。槛。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。两侧电流采样时间不一致，使动作电流样的。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流的相量和，最大的误不是同一时刻的两侧

8、电流的相量和，最大的误差是相隔一个采样周期（差是相隔一个采样周期（931保护是保护是0.833ms,折折合工频电角度为合工频电角度为 ）。这将加大区外故障时）。这将加大区外故障时的不平衡电流。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。015931保护中差动继电器的种类和特点保护中差动继电器的种类和特点CDIRI75. 0HI 工频变化量分相差动继电工频变化量分相差动继电器的构成器的构成 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差动电流高定值流高定值、4倍实测电容倍实测电容电流和电流和 中的最大值。由中的最大值

9、。由于于 大于电容电流大于电容电流,依靠定值躲依靠定值躲电容电流影响电容电流影响. NMCDIIINMRIIIHI14CNXUHI931保护中差动继电器的种类和特点保护中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不受负荷电流的影响。因此负荷电流不会产生。因此负荷电流不会产生制动电流。制动电流。 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。会形成动作电流。 由于上

10、述原因该继电器很灵敏由于上述原因该继电器很灵敏。提高了重负荷。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。931保护中差动继电器的种类和特点保护中差动继电器的种类和特点CDIRI75. 0HI 稳态稳态段分相差动继电器段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差动电流高定值流高定值、4倍实测电容倍实测电容电流和电流和 中的最大值。中的最大值。依靠依靠 定值躲电容电流。定值躲电容电流。NMCDIIINMRIIIHI14CNXU931保护中差动继电器的种类和特点保护中差动继电器的种类和特点 稳态稳态段分相差动

11、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差动电流低定值流低定值、1.5倍实测电容倍实测电容电流和电流和 中的最大值。依中的最大值。依靠定靠定 值躲电容电流。值躲电容电流。 经经40ms延时动作。延时动作。NMCDIIINMRIIIMI15 . 1CNXUCDIRI75. 0MI931保护中差动继电器的种类和特点保护中差动继电器的种类和特点 零序零序差动继电器的构成差动继电器的构成 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零序起动电流定值电流定值。 经经100ms延时动作。延时动作。 零序差动继电器本身无选相零

12、序差动继电器本身无选相功能，所以再另外用稳态分功能，所以再另外用稳态分相差动继电器选相。两者构相差动继电器选相。两者构成成与与门。门。 000NMCDIII000NMRIII0QDI0CDI0RI75. 00QDI931保护中差动继电器的种类和特点保护中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由于不反应负荷电流，所以负荷电流，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因此在重负荷线路上发生经高电阻短路时灵敏度较高短路时灵敏度较高。931保护中差动继电器的种类和特点保护中差

13、动继电器的种类和特点 与零序与零序差动继电器配合使用差动继电器配合使用作为选相用的稳态分相差动作为选相用的稳态分相差动继电器的构成继电器的构成 动作电流动作电流 为经过电容为经过电容电流补偿后的差动电流。电流补偿后的差动电流。 制动电流制动电流 为为 、0.6倍实测电容电倍实测电容电流和流和 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。CDBCINMCDIIILI0QDI16 . 0CNXUCDBCIRILI15. 0931保护中差动继电器的种类和特点保护中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值

14、和制动系数值都取得很小，所以该继电，所以该继电器很灵敏。不会影响零序差动继电器的灵敏度。器很灵敏。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比电容电流小，故动作电流要经电容电流补偿。补偿。 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、时、判断判断TV断线时、断线时、判断电容电流很小判断电容电流很小时，动作时，动作电流不再进行电容电流的补偿。为防止电容电流电流不再进行电容电流的补偿。为防止电容电流的影响，将初始动作电流由的影响，将初始动作电流由 抬高到抬高到 。因为。因为电容电流的补偿要用到电容电流的补偿要用到TV的电压和线路

15、容抗的定的电压和线路容抗的定值，而这些值现在可能是不正确的。值，而这些值现在可能是不正确的。LILILIMI931保护中差动继电器的种类和特点保护中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。 与式构成与式构成与与 门。满足条件，不进行电容电流门。满足条件，不

16、进行电容电流的的 补偿，而通过将起动电流定值提高到补偿，而通过将起动电流定值提高到 来躲过电容来躲过电容电流的影响。电流的影响。 CDCNIXU175. 0175. 0CNCDXUICDI1CXNCNIXU1 . 01NCDII1 . 0NIMI931保护中差动继电器的种类和特点保护中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电容电流的补偿。但为了在空载电容电流作用下该继电器不误动，将起

17、始动作电流由该继电器不误动，将起始动作电流由 抬高抬高到到 。因为电容电流很小，该。因为电容电流很小，该 值也不是很值也不是很大，不会影响线路内部短路灵敏度。大，不会影响线路内部短路灵敏度。 NCNIXU1 . 01NCDII1 . 0LIMIMI电容电流的补偿电容电流的补偿MNC21C21CXj2CXj2MCINCI 其中其中故而故而NCMCCIII00101000110100022112222222222CMCMMCMCMCMCMCMCMCMCMMCXUXUUXUXUXUXUXUXUXUXUI001000102222CNCNNCMCMMNCMCCXUXUUXUXUUIII在在6464kb/

18、skb/s通信接口的条件下，实现了通信接口的条件下，实现了每周每周1212点采样数据的传输，而其他差动点采样数据的传输，而其他差动保护每周仅传输保护每周仅传输4 46 6点。每周点。每周1212点的采点的采样数据保证了差动继电器工作的正确性样数据保证了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。和工频变化量差动继电器的实现。在在2 2Mb/sMb/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，用装置接收到对侧的分

19、相跳闸信号，用本侧的高灵敏度的差动继电器作为就地判本侧的高灵敏度的差动继电器作为就地判据跳对应相。据跳对应相。 高灵敏度的差动继电器就用零差中的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选相用的经电容电流补偿的分相差动继电器。器。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差动保护部分的计算，包括，包括:差动继电器的计算、逻辑程差动继电器的计算、逻辑程序和出口程序都在序和出口程序都在故障计故障计算程序算程序中进行。也可以说中进行。也可以说只有起动元件起动后才投入只有起动元件起动后才投入差动保护。起动元件如果不差动保护。起动元件如果不起动，在正常运行程序

20、中差起动，在正常运行程序中差动保护根本没有计算，相当动保护根本没有计算，相当于差动保护没有投入。于差动保护没有投入。主程序采样程序起动？正常运行程序故障计算程序NY防止防止TA断线误动的措施断线误动的措施 防止防止TA断线误动的措施是断线误动的措施是：只有在两侧起动元件均起：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

21、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零序电流流， 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。所以本侧不误的允许信号。所以本侧不误动。动。 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

22、有差流的装置异常信号。的装置异常信号。为为此在此在 正常运行程序中加一个正常运行程序中加一个有压差流元件有压差流元件。该差流元件就用。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

23、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。 UUNU6 .0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断线侧如果起动元件没有起动（例如空载（例如空载情况下发生断线），在正常运行运行程序中有情况下发生断线），在正常运行运行程序中有压差流元件动作，压差流元件动作，10秒后发秒后发长期有差流长期有差流信信号。如果起动元件起动了，程序进入故障计算号。如果起动元件起动了，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程序

24、。在该程序中，由于收不到对侧允许信号保护不会误动。起动元件连续保护不会误动。起动元件连续7秒不动作，返还秒不动作，返还正常运行程序。再经正常运行程序。再经10秒后发秒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秒后也可发秒后也可发出出长期有差流长期有差流信号。信号。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 则闭锁差动保护。则闭锁差动保护。 如果如果TA断线闭锁差动断线闭锁差动控制字控制字 则不闭锁差动保护。但是将差动继电则不闭锁差

25、动保护。但是将差动继电器的定值抬高到器的定值抬高到 TA断线差流定断线差流定值值。10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当有一侧是弱电源侧或无电源侧，在线路内部，在线路内部短路时，无电源侧起动元件可能不起动。例如短路时，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，短路前线路空无电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，载，短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，程序在正起动元件不动作。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常运行程序。

26、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。导致电源侧行计算，不会向对侧发允许信号。导致电源侧电流纵差保护拒动。电流纵差保护拒动。 为解决该问题，为解决该问题，931保护中增加一个保护中增加一个低压差流起低压差流起动元件。动元件。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元件和不对应起动元件外，931保护再增加一保护再增加一个低压差流起动元件。个低压差流起动元件。 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差流元件动作。该差流元件就是选相用的

27、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。 UUNU6 . 0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这样在空载线路上发生短路时，如果无电源侧，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变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：起动元件没有起动。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

28、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。向电动，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源侧发允许信号。所以电源侧电流纵差保护可以动作发跳闸命令。以动作发跳闸命令。 在在N侧断路器处于三相跳侧断路器处于三相跳闸状态下线路上发生短路闸状态下线路上发生短路。N侧所有起动元件都不会侧

29、所有起动元件都不会起动，故而起动，故而N侧无法向侧无法向M侧发允许信号，导致侧发允许信号，导致M侧侧电流纵差保护拒动。电流纵差保护拒动。 为此采取当三相为此采取当三相 时发允许信号的措施。这时发允许信号的措施。这样当线路上发生短路时，样当线路上发生短路时，对侧电流纵差保护就可以对侧电流纵差保护就可以动作。动作。三相三相 发允许信号的作用发允许信号的作用1TWJMN1TWJ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的暂态特性不相同的暂态特性不相同、两侧、两侧TA饱和特饱和特性不同以及两侧二次回路时间常数不同将可能性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导致区外短路或区外短路切除时电流纵差保