光纤差动保护简介

纵联电流差动保护－－分析
发电机、变压器一般采用第一种方式，母线既可 发电机、变压器一般采用第一种方式，母线既可 以采用第一种方式，也可以采用第二种方式，第 二种方式实现的差动保护成为分布式母线保护。 而当被保护设备为输电线路时，由于两端相距甚 远，需要在每一侧都装设采集装置，然后利用通 信线路来交换两端的电流信息。因此必须采用第 信线路来交换两端的电流信息。因此必须采用第 二种方式 二种方式
& & ∆I M − ∆I N & & ∆I M + ∆I N ≥ K res 2
满足动作条件，且有较高的灵敏度。
& ∆IM
Zp; ∆EΣ
ZN
& ∆EΣ & ∆IM = − ZM & ∆EΣ & ∆I N = − ZN & & & ∆EΣ ∆EΣ ∆EΣ & & ∆IM + ∆I N = + = ⋅ ZM + ZN ZM ZN ZM ⋅ ZN & & & ∆EΣ ∆EΣ ∆EΣ & & ∆IM − ∆I N = − = ⋅ ZM − ZN ZM ZN ZM ⋅ ZN
光纤纵联保护的信号传输方式和技术特点
由于采用专用光纤通道,64 由于采用专用光纤通道,64 kbits 数据接口 装置的时钟同步方式为: 装置的时钟同步方式为:两侧的继电保护通 信接口装置均发送工作时钟, 信接口装置均发送工作时钟,数据发送采用 本机内时钟,接收时钟从接收数据码流中提 机内时钟,接收时钟从接收数据码流中提 取,称为内时钟(主- 主) 方式,如图1 (b) 所示。 称为内时钟( 方式,如图1
& & ∆IM − ∆I N 制动量： ∆Ires = Kres ≠ Ires 2
故障分量电流差动保护－－内部故障 故障分量电流差动保护－－内部故障 －－
内部故障时：
& & ∆IM + ∆IN
所以只要
& & ∆IM −∆IN ZM + ZN =2 >2 2 ZM − ZN
Kres ≤ 2，就能保证：
故障分量电流差动保护－－外部故障 故障分量电流差动保护－－外部故障 －－
外部故障时：
& & ∆I M + ∆I N
& & ∆I M − ∆I N = 0.1 ~ 0.15 2
Kres > 0.15，就能保证：
所以只要
& & ∆ I M − ∆I N & & ∆I M + ∆I N < K res 2
不满足动作条件，且有较大的裕度。
故障分量电流差动保护－－动作特性 故障分量电流差动保护－－动作特性 －－
内 部 故 障 区 Kres=0.8~1.0 0.1～0.15 2
外部故障区域
纵联电流差动保护－－分析
被保护设备为发电机、变压器和母线时，其各侧的电流 互感器均在同一个厂站内，这时可由两种方式实现上述 互感器均在同一个厂站内，这时可由两种方式实现上述 的电流差动: 的电流差动: 一种方式是直接将设备各侧的电流接入到同一个装置中， 一种方式是直接将设备各侧的电流接入到同一个装置中， 由该装置按照差动保护的公式进行分析比较，判断故障 的区间； 另一种方式是每个电流互感器的输出都接到不同的采集 另一种方式是每个电流互感器的输出都接到不同的采集 装置中，然后通过通信网络将各个采集装置联系在一起， 实现差动算法。
纵联电流差动保护－－同步问题
电流差动保护有两种主要的实现形式，一种是工频量（包 电流差动保护有两种主要的实现形式，一种是工频量（包 括工频全电流和工频故障分量）构成差动电流和制动电流， 括工频全电流和工频故障分量）构成差动电流和制动电流， 称为相量差动；另一种是直接利用瞬时采样值构成差动电 称为相量差动；另一种是直接利用瞬时采样值构成差动电 流和制动电流，称为瞬时值差动。 流和制动电流，称为瞬时值差动。 相量差动通常利用傅氏算法等计算出差动和制动电流相量， 相量差动通常利用傅氏算法等计算出差动和制动电流相量， 然后代入公式比较，该方法性能稳定，但因需要较长的时 间窗，动作速度较慢；瞬时值差动时间窗很短，动作速度 间窗，动作速度较慢；瞬时值差动时间窗很短，动作速度 快，但受个别不良数据的影响较大，需要连续几个点（或 多数点）动作一致时，才能作为最后的判断结果。 无论相量差动还是瞬时值差动，都要求对各侧的电流同时 无论相量差动还是瞬时值差动，都要求对各侧的电流同时 采样，否则将无法得到正确的结果。
专用通信接口示意图
复用通信接口示意图
光纤纵联保护的信号传输方式和技术特点
专用光纤方式 利用专用光纤传送保护信息时, 利用专用光纤传送保护信息时,将64 kbitPs 或更高速率( 或更高速率( n ×64 kbitPs) 的保护信号直接 的保护信号直接 调制在发光二极管(LED) 调制在发光二极管(LED) 或半导体激光器 (LD) 的输出回路中,并发送至对端。数据接 的输出回路中, 发送至对端。数据接 收端直接将光信号解调成64 kbitPs保护信号, 收端直接将光信号解调成64 kbitPs保护信号, 如图1 如图1 (a) 所示。
光纤纵联保护的信号传输方式和技术特点
PCM 复用方式 利用光纤通信PCM复用方式传送保护信息时, 利用光纤通信PCM复用方式传送保护信息时, 数据信号在PCM的 数据信号在PCM的64 kbitPs 同步数据接口 实现复接,占用2 实现复接,占用2 MbitPs 接口传送,如图2 (a) 接口传送,如图2 所示。
& IM
TA1
* *
& IN
TA2
*
被保护设备
CD
*
& Im
& Id
& In
I-I
被保护设备： 发电机 变压器 电动机 母线 线路 电抗器等
纵联电流差动保护示意图
纵联电流差动保护－－分析
& & IM IN & & & Id = Im + In = + nTA1 nTA2
正常及外部故障时，
I& N I&M I&d = + =0 n TA 1 n TA 2
光线差动保护及光纤通道
主讲人：彭新平 2007年 2007年9月28日 28日
光纤保护部分
纵联电流差动保护
基于基尔霍夫电流定律的纵联电流差动 保护，是到目前为止最为完善的继电保 护原理，在发电机、变压器、母线、电 抗器、大容量电动机和输配电线路等电 气设备中都得到了应用。其基本工作原 理如下：
纵联电流差动保护的基本原理
动作方程：
故障分量电流差动保护的分析
动作量：
& & & & & & ∆Id = ∆IM + ∆IN = (IM⋅ pref + ∆IM ) + (IN⋅ pref + ∆IN ) I f & & = I M + I N = Id = 0 ，内部故障时 ，无内部故障时
即动作量与全电流差动保护完全一样。
纵联电流差动保护－－分析
电容电流的补偿问题
电容电流补偿解决差动保护长线路电流流出问题
S G
Ic
½补偿法，电容电流补偿公式
•
C
IC
• • • 1 1 1 = YC 1 U 1 + YC 2 U 2 + YC 0 U 2 2 2
0
纵联电流差动保护－－分析
被保护设备发生故障时（区内故障时），
& & & IM IN IF & & & & I M + I N = I F，I d = + = nTA1 nTA2 nTA
流入CD的电流为故障电流的二次值，CD动作。 流入CD的电流为故障电流的二次值，CD动作。 即区内故障时，流入CD的就等于故障点的故障 即区内故障时，流入CD的就等于故障点的故障 电流，所以从这一点上说，差动保护是一种反映 故障分量的保护； 故障分量的保护；
纵联电流差动保护－－问题
可见，在理想情况下，根据CD中是否有电流，就能够区 可见，在理想情况下，根据CD中是否有电流，就能够区 分出是否有内部故障，是否应将被保护设备从系统中切 除。 在实际情况下，由于电流互感器误差等因素的存在，在 正常运行及外部故障时也会有一定量的不平衡电流流入 差动继电器CD，特别是在外部故障电流互感器饱和的情 差动继电器CD，特别是在外部故障电流互感器饱和的情 况下，误差将会大大增加，会有比较大的不平衡电流流 入CD。为防止差动保护误动，CD的动作电流必须按躲 CD。为防止差动保护误动，CD的动作电流必须按躲 过外部故障的最大不平衡电流来整定。
K－制动系数，0＜Ｋ＜１ －制动系数，0
电流差动保护－－故障分量的判据 －－故障分量 电流差动保护－－故障分量的判据
& & ∆I d = ∆I M + ∆I N
动作量：
制动量：
& & ∆I M − ∆I N ∆Ires = Kres 2
& & ∆I M − ∆I N & & ∆I M + ∆I N ≥ K res 2
单斜率差动保护动作特性
双斜率差动保护动作特性
电流差动保护－－判据 电流差动保护－－判据 －－
M ～ im D in N ～
在图示参考方向下动作量： I d 通常情况下，制动量选为：I res 动作表达式： & &
&M + I N − K I M − I N ≥ I z & I 2
& & = IM + IN & & IM − IN =K 2