故障分量电流差动保护

1、输电线路故障分量电流差动保护电力工程系 焦在滨2013年4月主要内容： 输电线路电流纵联差动保护原理是利用被保护线路两端电流，根据基尔霍夫第一定律实现的一种保护原理，其保护原理按比较电流量的性质主要可分为：输电线路电流向量纵联差动保护输电线路电流相位纵联差动保护2022/9/19输电线路电流向量纵联差动保护：电流向量纵联差动保护的动作条件可表示为：2022/9/19正常负载时：区外F1短路时：区内F2短路时： 实际应用上述原理时，需要考虑一系列因素造成的不平衡电流的影响：电流互感器的误差线路分布电容两端电流信息处理和传送的误差2022/9/19输电线路电流向量纵联差动保护：由图可知，流入 的电

2、流为：2022/9/19电流互感器产生的不平衡电流：当正常运行和区外故障时， ，故有 非内部故障下流入差动回路的电流Ibp1由线路两端电流互感器的励磁电流之和决定。考虑不平衡电流的差动保护动作判据为：2022/9/19Kk为可靠系数，Kk=1.2Ibpmax为非区内故障下可能出现的最大不平衡电流当区外发生三相短路故障时，此时Ibpmax很大，约为4Ie，此时Iset5Ie，Iset整定值大。当区内发生高阻接地故障时，故障电流不大，ICD(12)Ie。此时，按上述整定方式保护不能正确动作。 按固定门槛整定区内故障时保护灵敏度低。2022/9/19引入制动量的差动保护动作判据为：I0为最小动作电流

3、；IZD为制动电流；KZ为制动系数。典型制动电流表达式为：2022/9/19当区外故障时，当区外故障时，两种制动电流均为故障电流，保护可靠不动作。当区内故障时两种制动电流的动作判决灵敏度不同。运行经验表明，上述制动电流判据构成保护存在以下问题：高阻接地故障时灵敏度低振荡时故障灵敏度低2022/9/19引入故障分量制动的差动保护动作判据为：动作量采用 而不采用 有以下优点：省去提取 和 的运算区内故障时可以输出长期的故障分量电流在系统振荡情况下，有利于减小差动回路的不平衡电流区外故障时：区内故障时：2022/9/19动作分析：（1） 正常运行情况 保护不会误动 （2）被保护线路区外故障（F2）保

4、护不会误动 2022/9/19动作分析：（3） 被保护线路区内故障（F1） 双端电源情况线路两侧系统的阻抗角近似相等保护可靠动作 单端电源情况最不利情况下：但保护可靠动作2022/9/19动作分析：（4） 系统发生振荡 当系统发生振荡时，可以分为两种情况进行讨论：当振荡中心在保护区外时，与区外短路的情况完全一样，保护不会误动作。当振荡中心位于保护区内时，线路上流过振荡电流，因为线路内无短路点存在，所以 ，与区外故障一样，保护不会误动作2022/9/19电容电流补偿（1） 基本原理差动保护电流为补偿此电容电流2022/9/19电容电流补偿（2） 补偿方式半补偿方式：两端各补偿线路电容电流的一半全

5、补偿方式：在一端补偿全部的线路电容电流（3） 补偿算法 相量补偿算法 时域补偿算法 贝瑞隆线路模型法2022/9/19相量补偿算法：补偿方程为： 与 即为应求的补偿电流，按半补偿方式计算：稳态补偿2022/9/19数字式电流纵联差动保护的采样同步常用方法：（1）基于数据通道的同步采样法 采样时刻调整法 采样数据修正法 始终校正法（2）基于GPS的同步采样法（3）基于参考相量的采样同步法 采样数据修正法：2022/9/19tm1时刻m端保护发送一帧信息给n端，信息中包括时间标签tm1和tm1时刻的电流采样值Im1以及其它状态和时间信息。该信息经通道延时td1后到达n端，到达时刻为tn2022/9

6、/19采样数据修正法：经tD延时后，n端保护在tn3时刻也向m端发送一帧信息，该信息包括时间标签tn3、对方刚送来的tm1、延时tD(tD=tn3-tn)以及tn3时刻的采样数据In3。该信息经通道延时td2后到达m端，到达时刻为tm。2022/9/192022/9/19采样数据修正法：2022/9/19m端可由下式计算出通道延时为：n端采样时刻tn3在m端时间轴上所对应的时刻tn3便可表示为：2022/9/19采样数据修正法： 为满足差动判据需要同时刻电流数据的要求，须将tn3时刻的电流数据变换到tm3或tm4时刻的值。比如，以tm4时刻对应的n端电流向量为：相位误差小于42022/9/19

7、基于GPS的同步采样法： 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2s）2022/9/19输电线路电流相位纵联差动保护： 线路内部故障，线路两端故障分量电流之间的相位差为： 线路内部n端出口故障，且ZmZL，则远优于全量判据2022/9/19输电线路电流相位纵联差动保护： 线路外部故障，线路两端故障分量电流之间的相位差为：2022/9/19过渡电阻对纵联相位差动保护的影响： 过渡电阻RF的接入将影响故障点电流 和保护装设处的故障分量电流 和 的大小，但并不影响 和 的相位差： Cm和Cn为电流分布系数2022/9/19分布电容对纵联相位差动保护的影响： 当线路以分布参数表