第四章 电网的差动保护

第四章 电网的差动保护

第一节 电网的纵联差动保护

线路纵差动保护是利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能瞬时切除故障。

－、纵联差动保护的工作原理

电网的纵联差动保护反应被保护线路首末两端电流的大小和相位，保护整条线路，全线速动。纵联差动保护原理接线如下图所示。

流入继电器的电流为I 2—I 2'，即为电流互感器二次电流的差。

差回路：继电器回路。

正常运行：流入差回路的电流

外部短路：流入差回路中的电流为

指出：被保护线路在正常运行及区外故障时，在理想状态下，流入差动保护差回路中的电

流为零。实际上，差回路中还有一个不平衡电流I bp 。差动继电器KD 的起动电流是按大于不平衡电流整定的，所以，在被保护线路正常及外部故障时差动保护不会动作。

内部短路：流入差动保护回路的电流为

流入差回路的电流远大于差动继电器的起动电流，差动继电器动作，瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两侧断路器。

结论：1、差动保护灵敏度很高

2、保护范围稳定

3、可以实现全线速动

4、不能作相邻元件的后备保护

二、纵联差动保护的不平衡电流

由于被保护线路两侧电流互感器二次负载阻抗及互感器本身励磁特性不一致，在正常运行及保护范围外发生故障时，差回路中的电流不为零，该电流叫差动保护的不平衡电流 I bP 。

1．稳态情况下的不平衡电流

0n I n I I I I 'TA '1TA 1'2

2j ≈-=-= 0n I n I I I I 'TA 'd 1TA d 1'd 2d 2j ≈-=-= TA d 'TA 'd 1TA d 1'd 2d 2j n I n I n I I I I =+=+=

该不平衡电流为两侧电流互感器励磁电流的差。差动回路中产生不平衡电流最大值为

式中 K TA 一电流互感器 10％误差；

K tx —电流互感器的同型系数，两侧电流互感器为同型号时，取0.5，否则取l ； I d •max —被保护线路外部短路时，流过保护线路的最大短路电流。

2．暂态不平衡电流

在外部短路时暂态过程中差回路出现的不平衡电流,其最大值为

式中K fz ——非周期分量的影响系数，在接有速饱和变流器时，取为1，否则取为1.5~2。

三、纵联差动保护的整定计算

差动保护的动作电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定

按躲开电流互感器二次断线整定

灵敏度校验：保护范围内故障时的最小短路电流与差动保护动作电流之比。

四、纵联差动保护的评价

优点：全线速动，不受过负荷及系统振荡的影响，灵敏度较高。

缺点：需敷设与被保护线路等长的辅助导线，且要求电流互感器的二次负载阻抗满足电流互感器10％的误差。这在经济上，技术上都难以实现。

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平行线路横联差动方向保护

一、横联差动方向保护的工作原理

横差方向保护：是用于平行线路的保护装置，它装设于平行线路的两侧。其保护范围为双回线的全长。横差方向保护的动作原理是反应双回线路的电流及功率方向，有选择性地瞬时切除故障线路。

正常运行及外部发生短路：

两线路中的电流相等。两电流互感器差回路中的电流仅为很小的不平衡电流，小于继电器的起动电流，电流继电器不会起动。

内部故障时 ：

如在线路XL －l 的d 点发生短路，M 侧电流继电器中的电流

TA

m ax

d tx TA m ax bp n I K K I ⋅⋅⋅⋅=m ax

d fz tx TA m ax bp 'I K K K I ⋅⋅⋅⋅⋅=TA

m ax

d fz tx TA k dz n I K K K K I ⋅⋅⋅⋅=TA

m ax fh k dz n I K I ⋅⋅=2I I K dz

m in d lm ≥=⋅

当I j ＞I dz 时，电流继电器1动作。

功率方向继电器2承受正方向功率动作，功率方向继电器3承受负功率不动作，因而跳开1QF 。

线路N 侧：流过差回路中的电流

当I j ＞I dz 时，电流继电器动作。

功率方向继电器 2'承受正功率，接点闭合，跳开 3QF 瞬时切除故障线路XL 一1横差保护退出工作，非故障线路XL 一2继续运行。

二、横联差动方向保护的相继动作区和死区

1、相继动作区

相继动作：线路两侧保护装置先后动作切除故障的方式。

相继动作区：产生相继动作的范围。

2、相继动作区长度的计算

假设相继动作区的临界点D 的短路电流与N 侧母线上的短路时的短路电流相等

M 侧保护中起动元件的一次动作电流为

依据电压平衡方程式 12-=dxl ta

j I n I ' '

1

xl dz 1xl dz dN I I I -⋅-⋅+= 2

xl dz 1xl dz M dZ I I I -⋅-⋅⋅-= L

Z I L Z I )L L (Z I 12xl dz M 1'

1xl dz M 11xl dz -⋅-⋅-⋅+=- '

)I I (n 1

I 2dxl 1dxl TA j ---=

相继动作区的长度用百分数表示

两侧保护相继动作区的总长度不得大于被保护线路总长的50％．

3、 死区

功率方向继电器采用90︒接线，但当出口发生三相短路时，母线残压为零，功率方向继电器不动作，这种不动作的范围称为死区。死区在本保护出口，在对侧保护的相继动作区内。在死区内发生三相短路，两侧横差保护都不能动作。死区的长度不允许大于被保护线路全长的10％。

三、横联差动方向保护的整定计算

1．电流继电器的动作电流

（l ）按躲开外部短路最大不平衡电流整定

式中I 'bp •max —电流互感器 10％误差引起的最大不平衡电流

I 'bp •max =K TA · K fz · K tx ·I d •max ； I"bp •max —两回输电线路参数不同引起的最大不平衡电流； 电流继电器的起动电流

（2）躲开单回线运行时的最大负荷电流

2．灵敏度校验

L I I L dN

M dZ M ⋅=%100I I %100L L %L dN M dZ M M ⨯=⨯=⋅ )

I I (K I K I "

max bp '

max bp k max bp k dz ⋅⋅⋅+==TA dz j dz n I I =⋅m ax fh h

k j

dz I K K I ⋅⋅=