线路光纤差动保护(RCS-931)

Ir
{
I d Icdqd
I d 0.75I r
区内故障示意图
M 931 IM IN N 931
如图示：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，差动电流就很大，满足 差动方程，差流元件动作。
区外故障示意图
IK M 931

IM
IN
N 931
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 差动电流为零，差流元件不动作。
I C
按上式计算的相电容电流对于正常运行和区外故 障都能给予较好的补偿。补偿时，从相差动电流 中减去相电容电流ICΦ 即可得到 I CDBC
电流纵差保护的主要问题（1）
M I M
I N N
IC
⑴ 电容电流的影响 电容电流是从线路内部流出的 电流，因此它构成动作电流。 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 载或轻载下电容电流最容易造 成保护误动。 解决方法： ① 提高起动电流定值 ② 必要时进行电容电流补偿
N
电容电流补偿

对于较长的输电线路，电容电流较大，为提高经大过 渡电阻故障时的灵敏度，需对每相差动电流进行电容 电流补偿。电容电流补偿量由下式计算而得：
U M U M 0 U M 0 U N U N 0 U N 0 2X 2 X 2 X 2 X C1 C0 C1 C0
RCS-931压板定值
序号 1 定 值 名 称 投主保护压板 投距离保护压板 投零序保护压板 投闭重三跳压板 定 值 范 围 0，1 0，1 注
与外部压板与关系
与外部压板与关系 与外部压板与关系 与外部压板或关系
2 3 4
0，1
0，1

起动失灵压板:
本保护起动 失灵压板
装置起动元件

电流变化量起动 I MAX 1.25I T I ZD
电流纵差保护的主要问题（3）
（3）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，在线路内部 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 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 常运行程序。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 电流纵差保护拒动。
稳态II段差动继电器
动作方程：
I CD 0.75 I R I CD I M A, B, C
I M ：“差动电流低定值”、1.5倍实测
电容电流和 1.5U N 的大值；
Xc1
稳态Ⅱ段相差动继电器经40ms延时动作。
工频变化量差动继电器

动作方程：
I CD 0.75 I R I CD I H A, B, C
弱电侧电流纵差保护存在的问题
IM
M 931
IN
N
931 弱电源侧
如图示：假设N侧是纯负荷侧，变压器中 性点不接地，则故障前后IN都是0，保护不 起动，本侧保护不能跳闸，同时不能向对 侧发允许信号，对侧保护也不能跳闸。
I CDBC I L
I CD0 ： 零序差动电流，即为两侧零序电流相量和的幅值； I R 0 ： 零序制动电流；即为两侧零序电流相量差的幅值； I QD 0 ： 零序起动电流定值； 0.6U I I L ： QD 0、0.6倍实测电容电流和 Xc1 的大值； I CDBC ：经电容电流补偿后的相差动电流； I RBC ： 相制动电流; 动作方程的后两相，是低比率制动系数稳态差动元件， 可作选相元件用。
RCS－900系列 纵联差动保护 N
远跳
M IM IN N
远 跳
931 915
光纤
931
如图示故障发生在TA和断路器之间，这 时对931来说是区外故障，差动保护不动 作，母差保护915动作跳本侧开关，同时 915发远跳信号线931，去跳对侧开关
远传1、远传2
M IM IN N
远 传
931 925
稳态I段差动继电器
动作方程：
I CD 0.75 I R I CD I H A, B, C
I H ：“差动电流高定值”（整定值）、4倍实 测电容电流和 4U N 的大值；
Xc1
实测电容电流由正常运行时未经补偿的差 流获得；

对于瞬时动作的差动保护其起动值的取值要比理 论计算的和正常运行时实侧的电容电流值大若干倍， 以保证空载合闸和区外短路切除时保护不会误动。但 起动电流定值的提高必将影响内部高阻接地短路的灵 敏度，所以一般的做法是设高、低两个定值的差动保 护。 高定值的瞬时动作，定值躲空载合闸和区外短路 切除时的电容电流。低定值的差动保护带一短延时， 其定值只躲正常运行时的电容电流，因为经过短延时 后高频的暂态分量电容电流已衰减。
‘长期有差流’信号



满足下述条件发‘长期有差流’信号： ① 差流元件动作； ②差流元件的动作相（只有一个差流元件动作，它涉及的 那一相）或动作相间（有两个差流元件动作，它们涉及的两 相）的电压大于0.6倍的额定电压； ③ 满足上两条件达10秒钟。 第一个条件证明有差动电流（动作电流），第二个条件证 明系统没有短路。于是经延时发告警信号。需要指出，在TA 断线或装臵内的某相电流数据采样通道故障时都可满足上述 条件。故发的是‘长期有差流’信号。 当TA断线时无论是断线侧还是未断线侧，在主程序中如果有 压差流元件动作，10秒后都可发出‘长期有差流’的告警信 号。 当装臵发出‘长期有差流’信号后根据定值单中的‘TA断 线闭锁差动’控制字的情况对电流差动保护进行不同处理： 当该控制字为‚1”时，闭锁差动保护，当该控制字为‚0”时， 不闭锁差动保护但将差动继电器的起动电流抬高到‘TA断线 差流定值’。显然该定值应大于线路两侧母线发生短路后的 最大短路电流，才能避免这种情况下差动继电器的误动。
表2-2 各种电压等级下每百公里线路的正序及零序 容抗值和额定电压下的工频电容电流值
线路电压（KV） 正序容抗（ ） 电容电流（A） 220 3700 34
330 500 750
2860 2590 2240
66 111 193
注：零序容抗约为正序容抗的1.5倍。
电流纵差保护的主要问题（2）
（2）TA断线，差动保护会误动。
对于经高过渡电阻接地故障，采用零序 差动继电器具有较高的灵敏度，由零序差动 继电器，通过低比率制动系数的稳态相差动 元件选相，构成零序Ⅰ段差动继电器，经 100ms延时动作。 其动作方程： I CD 0 0.75 I R 0
I CD 0 I QD 0
选相元件： I CDBC 0.15 I RBC
DC
101 滤 102 104 105 106 波 器 DC/DC
至装置 ±12V 内部其 ＋24V 他插件 光耦24V 至OPT1插件
＋5V
( A )
光耦24V＋
+220V/+110V -220V/-110V
101 102 保 护 装 置
104 105 615
光耦24V－
D C 保 护 装 置
开入公共
RCS-931光纤差动保护
中国 ·南京 ·南瑞继保
硬件部分
3×3键盘
运 行 电 A B C
区号 取消
TV 断线
RCS-901A
超高压线路成套快速保护装置
充 跳 跳 跳
通道异常
确认
重合闸
汉字显示器
信号复归
液晶对比度调整
调试通讯口
模拟量输入
硬件部分
光耦回路
＋24V（220V）
开关量
＋5V
CPU
当开关量合上时，光耦发光二极 管发光，光敏三极管导通，引脚为 低电平。反之，当开关量断开，三 级管截止，引脚为高电平。
电流差动保护
M 931 IM IN N 931
规定TA的正极性端指向母线侧， 电流的参考方向以母线流向线路为 正方向。
光纤电流纵差保护原理
• 动作电流(差动电流)为：
I Id I M N
Id
0.75
• 制动电流为：
I Ir I M N
• 差流元件动作方程：
I cdqd
I I CD ：工频变化量差动电流， I CD I M N 即为两侧电流变化量矢量和的幅值；
I R
： 工频变化量制动电流；I R IM IN 即为两侧电流变化量标量和；
工频变化量的物理解释
i
ΔI
IK
IN
t
∆I=IK-IN
零序差动继I N I r IM I N
IM IM
TA断侧
此时满足差动方程：
I d 0.75 I r I d I H
引起差动保护误动
防止TA断线误动的措施
• 防止TA断线误动的措施是： 差动保护要发跳闸命令必须满足如下条件: ① 本侧起动元件起动; ( I MAX 1.25I T I ZD 或I0＞I0ZD） ② 本侧差动继电器动作； ③ 收到对侧‘差动动作’的允许信号。 • 这样当一侧TA断线，由于电流有突变或者有‘零序电流’， 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，不能向本侧发‘差动动作’的允许信号。 所以本侧不误动。 •保护向对侧发允许信号条件： ① 保护起动 ② 差流元件动作
614
106
外部空接点开入
O P T 1
接地铜排 ( B ) ( C )
AC
A B C
此系统为典型接线
断 路 器
201 203 205 207 209 211 213
202 204 206 208 210 212 214
201 202 203 204 205 206
IA
209
UA
至 低 通 插 件
光纤
931
收 信
跳 闸
925
M侧925过电压保护判断出本侧过电压，跳 本侧开关，同时发远传信号给931,931把信号 传到对侧931，对侧931收到信号后传到对侧 925，N侧925再结合就地判据，跳N侧开关。
RCS-931 压板

投主保护（电流差动） 投距离保护 投零序保护 投闭重 （勾三压板） 投检修态 出口压板有：跳A、B、C、重合闸、一般还有启动 失灵、至重合闸等 ( 给本线路其它保护用 . 一般不 接.原因是各套保护尽量保持相对独立).
远跳、远传1、远传2
YC1-1 ＋24V（104) 开入 远传1（627） 开入 远传2（628） YC2-1 918 913 909 YC2-2 915 917 914 910 YC1-2 916
光 发
光纤
光 收
光 收
64Kb/s
光 发

远传1 （开出）
远传2 （开出）
RCS－900 系列纵联 差动保护 M
I MAX 是相间电流的半波积分的最大值；
I ZD 为可整定的固定门坎； I T 为浮动门坎，随着变化量的变化而自动调整，取1.25 倍可保证门坎始终略高于不平衡输出。 该元件动作并展宽7秒，去开放出口继电器正电源。 零序过流元件起动 当外接和自产零序电流均大于整定值时，零序起动元件 动作并展宽7秒，去开放出口继电器正电源。
213 214
至 低 UL 通 插 件
IB 至
低 通 插 件
210
UB
IC
211 212
UC
215
207 208 215
I0
远跳、远传1、远传2

保护装置采样得到远跳开入为高电平时，经过专门的 互补校验处理，作为开关量，连同电流采样数据及 CRC校验码等，打包为完整的一帧信息，通过数字通 道，传送给对侧保护装置。对侧装置每收到一帧信息， 都要进行CRC校验，经过CRC校验后再单独对开关量进 行互补校验。只有通过上述校验后，并且经过连续三 次确认后，才认为收到的远跳信号是可靠的。收到经 校验确认的远跳信号后，若整定控制字“远跳受起动 控制”整定为“0”，则无条件置三跳出口，起动A、B、 C三相出口跳闸继电器，同时闭锁重合闸；若整定为 “1”，则需本装置起动才出口。
硬件工作原理
Ia、Ib Ic、I0 Ua、Ub Uc、UL
低通 滤波
A/D
DSP 光端机
CPLD
光隔
外部 开入
电源 液晶显示
出口 继电器 QDJ
TEST HELP
低通 滤波
A/D
CPU
打印 通信接口
+E
硬件方案的特点

单片机（总起动元件）与DSP（保护测量）的 数据采样系统在电子电路上完全独立，只有总 起动元件动作才能开放出口继电器正电源，从 而真正保证了任一器件损坏不致于引起保护误 动