差动保护及比率差动保护

差动保护主要是内部短路的保护，但当外部故障时有不平衡电流可能穿越差动保护电流互感器，造成差动保护误动作。因此为了躲过外部故障时不平衡电流引起差动保护动作，采用了制动电流来平衡穿越电流引起差动保护的启动电流。

发电机采用机端电流作为制动电流，能在外部短路时取得足够的制动电流，又能在内部短路时减少中性点电流的制动作用。变压器采用二次谐波作为励磁涌流闭锁判据。

一般设有CT断线闭锁保护。如下图：

图中Ie为额定电流，

Icdqd为启动电流，

Ir为制动电流，

Kb1为比率制动系数。

阴影部分为动作区

差动保护灵敏度与启动电流、制动系数和原理之间的关系摘要：分析了差动保护的有关整定原则，明确提出了差动保护的灵敏度与许多因素有关，如定值、原理和实现方式等。不能仅改变某一个因素(如定值)来提高灵敏度，而需要综合考虑各个因素的影响，否则适得其反。

0 引言

随着继电保护技术的不断发展和进步，技术人员对保护的认识越来越深刻，对许多继电保护约定俗成的做法开始了反思。如规程上对差动保护规定：使用比率制动原理的差动保护，不要校核灵敏度，其灵敏度自然满足。那么这个“自然满足”的灵敏度是什么灵敏度呢?其实对发电机差动保护而言，就是在发电机机端发生两相短路，该差动继电器的灵敏度校验结果肯定能够满足要求；在现场运行过程中，经常有人将保护中的比率制动系数和比率制动斜率混淆，究竟这两个概念有什么区别，又有什么联系?标积制动原理对提高差动保护的灵敏度有什么有利的地方，它和比率制动之间又有什么关系，它们之间从根本上是否一致呢?本文就这些用户所关心的问题展开深入的分析和讨论，并阐明作者自己的观点

[1,2] 。

1 差动保护灵敏度系数的定义与校验

设流入发电机的电流为正方向，取继电电器差动电流Id为：

式中：Iop为当时动作电流的整定值。

发电机差动保护的灵敏度是指在发电机机端两相金属性短路情况下差动电流和动作电流的比值。此情况下，在(Iz,Id)平面上两相金属性短路的故障点应该在斜率为2的内部故障特性线的上方，而一般动作边界的制动系数不会超过1，所以按照规程中整定出来的动作边界肯定能够满足灵敏度系数Klm≥2的要求。而实际上，真正灵敏度的校验应该是在发电机中性点侧发生轻微相间故障的时候，差动电流和此时动作电流的比值，故长期以来用机端两相短路的情况来校验差动保护的灵敏度，是否合理，有待进一步讨论。从物理概念上看，故障点与动作边界离得越远，该保护原理的灵敏度越高。校验发电机差动保护灵敏度应该是在发电机发生各种内部故障的情况下差动保护的反应能力，所以要解决的根本问题是发电机内部发生短路故障时精确的理论分析，国内已经有许多高校正在开展这方面的研究。同时，灵敏度还与多种因素有关，如定值、原理和实现方法等。

2 具有制动特性的差动保护原理

2．1 制动特性曲线原理

制动特性曲线可以分为过原点和不过原点2种不同的原理，其中过原点的

通用特性为：

式中：Iq为启动电流；Ig为拐点是电流；Kz为制动系数。

同时，由于Id和Iz的取法各有不同，差动保护的特性亦是有差别的，将

目前常用的取值方法归纳如表1所

示。

不同的原理可以得到不同特性，根据元件保护的要求可选择适合它们的不同的保护原理。对差动保护而盲，即使采用相同的原理，但如果整定值不同，性能也有很大差别，以下针对这些问题展开分析。

2．2 制动系数和斜率之间的转换关系

制动系数和曲线斜率是两个不同的物理概念，在传统保护中经常用到的制

动系数Kz的概念定义为：

式中：Iz'为动作电流整定值。

最大制动系数等于最大动作电流整定值和对应的制动电流之比。因为制动曲线一般不过原点，所以制动系数和制动曲线的斜率Ks一般不相等，不要把两

者混为一谈。

图1给出了制动系数和制动曲线斜率之间关系的几何说明。

当区外发生最严重故障的时候，Kz取得最大值，将Iz=Iz,max代人式(6)

就可以得到制动系数的最大值Kz,max。

从上面可以看出，比率制动系数实际上是一个变数，它随制动电流的大小而变化，厂家给出的制动系数通常是指制动特性曲线上制动段的斜率而不是整定计算中的制动系数，实用制动特性曲线上的制动系数随制动电流的变化而改变。

表2说明了最大比率制动系数和比率制动斜率之间的关系。假定Iq＝0．8

A；Ig=5 A；Iz,max= 30 A。

从表中可看出，Kz,max和Ks的关系是一条不过原点的直线关系，实际工

程中Ks一般大于Kz,max。

2．3 制动曲线斜率与灵敏度的关系

过原点的比率制动特性和不过原点的比率制动特性如图2所示。

过原点的动作边界认为不管电流互感器(TA)二次电流大于或小于额定电流，对应的误差都相同，不平衡电流随制动电流的变化基本上是线性的，所以对应的制动曲线是一条过原点的直线。不过原点的制动曲线考虑到TA在它的额定电流以下误差很小，所以对应的不平衡电流就很小，可以认为是一个很小的常量；而在TA电流大于二次额定电流时，误差很大，对应的不平衡电流是非线性变化的，这样考虑更加符合实际情况。在动作区域平面图上我们可以看出两者的区别。过原点的比率制动特性动作区是在ADCE以上。而不过原点的比率制动动作区为ABCE以上。从几何上可明显看出，虽然过原点的制动曲线的斜率比不过原点的制动曲线的斜率小，但是过原点的比率制动原理却没有不过原点的比率制动原理灵敏。因此，差动保护的灵敏度不仅与斜率有关，还与启动电流和拐点电流的大小的选取有密切的关系，不能一味地靠降低斜率来提高差动保护的灵敏度。

3 标积制动原理与比率制动原理之间的对应关系

3．1 标积制动原理和比率制动原理

为提高差动保护的灵敏度，提出了标积制动式微机差动保护原理，该原理的最大优点就是在不降，低差动保护可靠性的前提下，大大地提高了差动保护的

灵敏度。目前采用的标积制动原理，一般将动作电流和制动电流变换到和比率制动原理相同的尺度下来判断，所以工程上现在用得最多的也是开平方式的标积制动原理，如表l所示。比率制动原理和标积制动原理的区别在于制动电流和动作电流的取法不同，但它们在数学上是可以相互推导的。下面根据该公式来探讨一下标积制动原理与比率制动原理之间的关系。