4.4线路光纤差动保护

1、输电线路电容电流影响
不同电压等级下的分布电容及电容电流（每百公里）
电压等级（kV） 正序电容（uF） 零序电容（uF） 电容电流（A） 正序容抗（Ω ） 零序容抗（Ω ）
220 0.86 0.605 34 3700 5220
330 1.113 0.763
66 2860 4172
500 1.23 0.84 111 2590 3790
5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
B( )
H (i)
区内、外判别：
即区外故障饱和初始时，制动电流变化量先于差动电流出现， 而区内故障制动电流变化量与差动电流同时出现的特征，快速识 别区内外Байду номын сангаас障；
五、光纤纵联差动保护
5.1 定义 光纤纵联差动保护：输电线路纵联保护采用光纤 通道将输电线路两端的电流信号通过编码流形式 然后转换成光的信号经光纤传送到对端，保护装 置收到对端传来的光信号先转换成电信号再与本 端的电信号构成纵差保护。
光纤纵联差动保护的方向：以母线流向保护 线路方向为正
5.2 光纤差动保护原理
5.3.1输电线路电容电流的影响
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。
高压输电线路模型
Zms
Em ~
M
Zl 2Xc
Zns
N 2Xc
~ En
单回线模型单回线线路一般用于110kV电压等级
双回无互感模型
• 动作电流(差动电流)为：
Id IM IN
Id
• 制动电流为：
Ir IM IN
I cdset
• 差流元件基本动作方程：
{ Id Icdset
Id 0.75Ir
0.75
Ir
区内故障示意图
Es M
TA
1
N
TA
ER
2
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Id >>Ir ，满足差动方程，差流 元件动作。凡是在线路内部有流出的电流，都成为动作电流。
U N0 )
2X C1
2X0
2X C1
2X0
5.3.2 外部短路或外部短路切除时，由于两端电流互感 器的变比不一致、暂态过程中由于两端电流互感器的暂 态特性不一致、二次回路的时间常数的不一致产生不平 衡电流。
解决办法：从整定值上、从动作特性上的制动系数取值 上考虑这些影响。
TA回路原理图
Ls u U m sin( t a)
i1
?
s1

s 2 e2 u2
?
i2
t (90
) max

I max
R2

(1 T1) 0
由磁通公式可以得出：
故障电流越大，越容易饱和； 二次负载越大，越容易饱和； 有剩磁，更容易饱和； 一次系统时间常数越大，越容易饱和；
一、二次电流 励磁电流 磁通密度
TA饱和特征：故障起始阶段和一次电流过零点附近存在 一个线性传递区，第2个周波的饱和深度最大
2X C1 2X C2 2X C1 2X C1 2X 0



U M U M 0 U M 0
2X C1
2X0




同理求出 I NC

U N U N0
U N0
2X C1
2X0







I C



I M I N
(U M U M 0
U M 0 ) (U N U N 0
C1 C2 3C Cg
C0 Cg
1
cg
C 3 (C1 C0 )




I MC



I MC1 I MC2

I MC0

(U M1
U M 2
U M0 )
2X C1 2X C2 2X 0





U M1 U M 2 U M 0 U M 0 U M 0
750 1.367 0.93 193 2340 3420
2、防止电容电流造成保护误动的措施
1、提高差动继电器比率制动曲线中的起动电流Iqd的定值来躲电容电流的 影响。考虑到由于高频分量电容电流使暂态电容电流增大的影响，起动值 可为正常运行情况下线路电容电流值的4－6倍。需要指出：正常运行情况 下差动继电器的动作电流就是正常运行下本线路的电容电流。当然提高定 值的方法是以牺牲内部短路的灵敏度作为代价的。
区外故障示意图
Es M
TA
N
TA
ER
1 IM
2 IN
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。凡是穿越性的电流不产生动作电流，只产生制动电 流。制动电流是穿越性电流的2倍。
5.3 输电线路纵联电流差动保护应解决的主要问题
2、加短延时。保护动作加一个短延时（40ms)。用1.5倍的电容电流作为 起动电流的定值再加延时躲电容电流的影响。
3、进行电容电流的补偿。计算出本线路的电容电流IC，然后在求动作电 流时将该电流减去，实现电容电流补偿。
3、稳态电容电流的补偿
1 2
c

1 2
c
1 2
cg
3c
1 2
cg
等效为
4 3
id im in , ir im in
2 1
0
使差动保护抗区外饱 -1 和能力不小于2.5ms。 -2
-3
10
20
30
40
50
60
70
80
饱和开放： 虚拟制动电流抗TA饱和判据
区内故障： ΔId和ΔIr同步增大
区外TA饱和： ΔId明显滞后ΔIr上升
解决方案（时差法）：
利用故障起始时刻差动电流和制动电流的关系判断区内、 区外故障。
故障起始点确定 | ik ikT / 2 | k1 | ikT / 2 ikT | k2In
区内、区外的判断
6
5
id kir
M Zl
Zms 2Xc
Em ~
ZlI 2Xc
N Zns
2Xc
2Xc
~ En
一般为220kV及以上电压等级，110kV也有双回线的情况
220kV以上同杆双回线模型
M
Zms 2Xc
Em ~
2Xc
Zl Zcom ZlI
N Zns
2Xc
2Xc
~ En
同杆线路两回线之间有零序互感，对阻抗元件和方向元件产生影响