纵联差动保护原理
线路纵联差动 零序差动保护原理
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纵联保护原理
纵联保护原理线路的纵联保护是指反应线路两侧电量的保护,它可以实现全线路速动。
而普通的反应线路一侧电量的保护不能做到全线速动。
纵联差动是直接将对侧电流的相位信息传送到本侧,本侧的电流相位信息也传送到对侧,每侧保护对两侧电流相位就行比较,从而判断出区内外故障。
是属于直接比较两侧电量对纵联保护。
目前电力系统中运行对这类保护有:高频相差保护、导引线差动保护、光纤纵差保护、微波电流分相差动保护。
纵联方向保护:反应线路故障的测量元件为各种不同原理的方向元件,属于间接比较两侧电量的纵联保护。
包括高频距离保护、高频负序方向保护、高频零序方向保护、高频突变量方向保护。
先了解一下纵联差动保护:为实现线路全长范围内故障无时限切除所以必须采用纵联保护原理作为输电线保护。
输电线路的纵联差动保护(习惯简称纵差保护)就是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向连接起来,将各端的电气量(电流、功率的方向等)传送到对端,将两端的电气量比较,以判断故障在本线路范围内还是在线路外,从而决定是否切断被保护回路.纵联差动保护的基本原理是基于比较被保护线路始端和末端电流的大小和相位原理构成的。
高频保护的工作原理:将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号,然后,利用输电线路本身构成高频电流通道,将此信号送至对端,以比较两端电流的相位或功率方向的一总保护装置。
安工作原理的不同可分为两大类:方向高频保护和相差高频保护。
光纤保护也是高频保护的一总原理是一样的只是高频的通道不一样一个事利用输电线路的载波构成通道一个是利用光纤的高频电缆构成光纤通道。
光纤通信广泛采用PCM调制方式。
这总保护发展很快现在一般的变电站全是光纤的了经济又安全。
距离保护:距离保护是通过测量被保护线路始端电压和线路电流比值而动作的一总保护,这个比值被称为测量阻抗Zm,用来完成这一测量任务的元件称为阻抗继电器KI。
因为在短路时的测量阻抗反应了短路点到保护安装点之间距离的长短,所以这总原理的保护为距离保护,有时也称之为阻抗保护。
纵联差动保护原理
纵联差动保护原理纵联差动保护是一种常用的电力系统保护方式,它主要用于保护输电线路和变电站设备,对于电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。
纵联差动保护原理是基于电流的比较和判断,通过对电流进行差动比较,实现对设备内部故障的快速检测和定位,从而保护电力系统的安全运行。
首先,我们来了解一下纵联差动保护的基本原理。
在电力系统中,设备的正常运行需要保证电流的平衡和稳定。
当设备发生故障时,会导致电流不平衡,纵联差动保护就是利用这一点来实现对故障的检测和保护。
纵联差动保护装置会对设备的电流进行采样,并将采样值进行差动比较,当检测到电流不平衡时,就会发出保护动作信号,从而实现对设备的保护。
其次,纵联差动保护的实现需要考虑一些关键因素。
首先是采样精度和速度,高精度和快速的采样对于准确判断电流是否不平衡至关重要。
其次是保护装置的可靠性和稳定性,保护装置需要能够在各种复杂的工作环境下可靠地工作,确保对设备故障的快速响应。
另外,对于纵联差动保护的设计和参数设置也需要进行合理的考虑,以确保其在实际运行中能够有效地保护设备。
最后,纵联差动保护在实际应用中需要与其他保护装置配合工作。
在电力系统中,除了纵联差动保护外,还需要考虑过流保护、接地保护等其他保护方式,这些保护装置需要协同工作,共同保护电力系统的安全稳定运行。
因此,在设计和应用纵联差动保护时,需要考虑其与其他保护装置的配合,并进行合理的设置和调试,以实现对电力系统全面的保护。
综上所述,纵联差动保护原理是基于电流的差动比较,通过对电流的差异进行判断,实现对设备故障的快速检测和保护。
在实际应用中,需要考虑采样精度、保护装置可靠性、与其他保护装置的配合等关键因素,以确保纵联差动保护能够有效地保护电力系统的安全稳定运行。
纵联差动保护原理
纵联差动保护原理
纵联差动保护是一种电力系统中常用的保护方式,用于检测和保护主变压器、发电机、母线等重要设备的故障。
其基本原理是比较设备两侧电流的差值,当差值超过设定值时,即认为发生了故障,触发保护动作。
纵联差动保护的工作原理可以分为两个阶段:采样和比较。
首先,在设备两侧分别安装电流互感器,采样得到两侧电流的信号。
这些信号经过放大和调节后,送入差动继电器。
差动继电器进行差动计算,即计算两侧电流的差值。
如果差值低于设定值,差动继电器保持动作,表示系统正常。
但当差值超过设定值,差动继电器即判定为发生故障,触发保护装置的动作。
纵联差动保护的核心是差动继电器,其内部包含了一个差动计算单元和一个保护决策单元。
差动计算单元计算两侧电流的差值,并将结果送入保护决策单元。
保护决策单元根据计算结果,进行故障判定和相应的保护动作。
纵联差动保护的设计要考虑到系统的复杂性和可靠性。
在设计时,需要合理选择互感器的参数、差动计算的方式和设定值。
此外,还需要考虑到与其他保护装置的协调工作,使整个保护系统能够快速、准确地检测和定位故障,并采取适当的措施进行隔离和保护。
综上所述,纵联差动保护通过比较设备两侧电流的差值来检测和保护设备的故障。
它是一种重要的电力系统保护方式,能够有效地提升系统的可靠性和安全性。
纵联电流差动保护-
2)有制动作用
M IM
k1
IN
N k2
动作线圈: Im In
IImm
Im KD
Im In
I r In
IInn
制动线圈: Im In
Ir
动作方程: Im In k Im In Iop0
动作区
I
op0
I res
动作特性:动作电流不是定值,而是随制动电流变化的特性。
二、纵联电流差动保护的工作原理
M IM
k1
IN N
M IM
IN N k2
区内故障 I IM IN IK1
区外故障 I IM IN 0
工作原理 ——故障特征分析
2. 两端电流相位特征
假设:电源电势相角相等 ,无分布电容、TA、TV
无误差。
M IM
k1
IN N
M IM
IN N k2
区内故障
区外故障
0
180
工作原理 ——电流差动保护
谢谢!
引起保护误动,特别是对于超高压长线路,电容电流的影
响更为严重 。
M
.
IM
.
.
I MN
IN
N d
.
I CM
1 2
XC
.
I CN
图4-29 长距离输电线路的等值电路
四、影响因素分析
2、影响因素之二:电流互感器误差和不平衡电流
差动保护原理是建立在对一次系统的分析基础上的,但保 护所采用的电流信号是互感器的二次输出信号。二次信号 和一次信号之间的传变误差,导致了不平衡电流的出现。
——相位差动保护 1.电流相位特征
内部故障
外部故障
IM
IN
纵联差动保护
6.2 纵联差动保护6.2.1 基本原理6.2.1.1 定义差动保护是一种依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化构成的对电气设备的保护装置,一般分为纵联差动保护和横联差动保护。
变压器的差动保护属纵联差动保护,横联差动保护则常用于变电所母线等设备的保护。
6.2.1.2 基本原理变压器纵差保护是按照循环电流原理构成的变压器纵差保护的原理要求变压器在正常运行和纵差保护区(纵差保护区为电流互感器TA 1、TA 2之间的范围)外故障时,流入差动继电器中的电流为零,即2•'I -2•''I =0,保证纵差保护不动作。
但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同,因此,为了保证纵差保护的正确工作,就须适当选择两侧电流互感器的变比,使得正常运行和外部故障时,两个电流相等。
(a) 双绕组变压器正常运行时的电流分布 (b) 三绕组变压器内部故障时的电流分布(图6.4 变压器纵差保护原理接线图)在图6.4(a )双绕组变压器中,变压器两侧电流1•'I 、1•''I 同相位,所以电流互感器TA 1、TA 2二次的电流2•'I 、2•''I 同相位,则2•'I -2•''I =0的条件是2•'I =2•''I ,即 2•'I =2•''I =11i n I •'=21i n I •'' (6.1) 即 12i i n n =11••'''I I =T K (6.2) 式中,1i n 、2i n ——分别为TA 1、TA 2的变比; T K ——变压器的变比。
若上述条件满足,则当变压器正常运行或纵差保护区外故障(以下简称“区外故障”或“区内故障”)时,流入差动继电器的电流为K I •=2•'I -2•''I =0 (6.3)当区内故障时,2•''I 反向流出,则流入差动继电器的电流为K I •=2•'I +2•''I > 0 (6.4) 当K I > 0时,差动继电器动作,驱动变压器两侧断路器分闸,对变压器起到保护作用。
纵联差动保护
(2)带制动特性的差动继电器
Ir
带制动特性的差动继电器动作方程为: m I n K res I res I
I 其中:K res为制动系数,res 为制动电流。
I set
• • m
动作区
非动作区
I res
I res 取值又可分为两种形式:
I res | I
I res | I
• m
- I
r
I
m
I
K2故障(或正常运行)时: K1故障(内部短路)时:
Im In
Ir 0
I m , I n 接近同相 I r 0
具有很大量值
因此利用差动电流的幅值大小可以区分区外和区内短路。 考虑实际在正常运行或外部故障时,由于两端TA不可能完全相同,以及两端 TA饱和情况不一致等因数,流入KD的电流通常不为零(不平衡电流),因而在设 计差动继电器的动作判据时需考虑其影响。
2.电流纵差保护的动作方程及特性
(1)不带制动特性的差动继电器
不带制动特性的差动继电器动作方程为: m I n I set I
Ir
动作区
I set
I set 的整定有两个方面 : 1)躲过外部短路时的最大不平衡电流 2)躲过最大负荷电流 取以上两者的最大值作为整定值。
非动作区
I res
n
•
|
n| | I|来自(3)差动继电器典型动作方程及特性
I
m
I
n
K res I
I op 0
m
I
n
I
m
I
n
纵联电流差动保护
4.4.1 纵联电流差动保护原理
外部短路时穿过两侧电流互感器的实际短路电流 可I re以s 采 用以下方法计算:
(2)带制动特性的差动继电器特性 这种原理的差动继电器有两组线圈:制动线圈和动作线圈。
制动线圈流过两侧互感器的电流之差(循环电流) Im ,In 动作线圈流过两侧互感器的电流之和 Im ,In动作条件为:
I mI nKI mI nIo0p
K
I op 0
制动系数,在0~1之间选择。 很小,克服继电器机械摩擦或保证电路状态发生翻转做需要的值。
比率制动方式
Ires0.5I mI n, Ires0.5I mI n 标积制动方式
Ires I mI nco1s8( 0m)n co1s8( 0m)n0
0
co1s8( 0m)n0
在差动继电器的设计中,差动的动作门坎随着 I res 的增大而增大, I res 起制动作用,称为制动电流。动作
的电流(不平衡电流)为:
I unb I mI nnT 1( A I MI N)
电流继电器正确动作时,差动电流(动作电流) I 应r 躲过
最大不平衡电流,即:
Ir I mI n Iunb
4.4.1 纵联电流差动保护原理
在工程上,不平衡电流稳态值采用电流互感器的10% 的误差曲线按下式计算:
Iun b 0.1KstKnp Ik
因此可以从高频信号的连续和间断反应两端电流相位比 较结果,构成相位纵联保护。
下面结合图形具体说明。
区外故障时
纵连差动保护原理
纵连差动保护原理
纵连差动保护是电力系统中常用的一种保护方式,用于保护两个相邻的母线或馈线之间的差动故障。
纵连差动保护的原理是比较两个线路之间的电流或电压的差值,如果差值超过了设定的阈值,说明有差动故障发生,保护动作。
纵连差动保护常用的判据有以下几种:
1. 线路电流差动比较保护:将两个相邻线路的电流进行比较,计算其差值,并和设定的阈值进行比较。
如果差值超过阈值,说明有差动故障发生。
2. 线路电流差动积分保护:将两个相邻线路的电流进行积分,并计算其积分值的差值。
如果差值超过设定的阈值,说明有差动故障发生。
3. 线路电流差动面积保护:将两个相邻线路的电流进行积分,并计算其积分值的面积。
如果面积超过设定的阈值,说明有差动故障发生。
4. 线路电压差动比较保护:将两个相邻线路的电压进行比较,计算其差值,并和设定的阈值进行比较。
如果差值超过阈值,说明有差动故障发生。
纵连差动保护可以在差动故障发生后迅速准确地切除故障线路,保护系统的安全稳定运行。
它具有灵敏度高、动作速度快、抗干扰能力强等优点,是电力系统中不可缺少的一种保护方式。
纵联和横联差动保护的原理
纵联和横联差动保护的原理~!电网的纵联差动保护电流、电压和距离保护属于单端保护,不能瞬时切除保护范围内任何地点的故障。
这就不能满足高压输电线路系统稳定的要求。
如何保证瞬时切除高压输电线路故障?解决办法:采用线路纵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。
,即为电流互感器二次电流的差。
差回路:继电器回路。
正常'流入继电器的电流为I2—I2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Ibp。
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被保护线路内部故障时,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 1.稳态情况下的不平衡电流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 KTA一电流互感器 10%误差; max—被保护线路外部短路时,流过保护线路的最大短路电流。
∙Ktx—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; Id 2.暂态不平衡电流纵联差动保护是全线速动保护,需要考虑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 2。
三、纵联差动保护的整定计算~式中Kfz——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 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为防止电流互感器二次断线差动保护误动,按躲开电流互感器二次断线整定灵敏度校验: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。
第三讲输电线纵联差动保护
9
一、输电线路的纵联差动保护
元件环流法纵联差动保护的特点:
正常运行时导引线中存在环流; 继电器反应于电流而动作; 适用于变压器、发电机和母线。
10
一、输电线路的纵联差动保护
4.输电线的环流法纵联差动保护
正常运行或外部故障
继电器端电压较小,不动作
11
一、输电线路的纵联差动保护
正常运行或外部故障
I J 1 I1m I 2 m
1 (I1M I 2 M ) 0 n
I J 2 I1n I 2 n
1 (I1N I 2 N ) 0 n
31
二、平行双回线路的横联保护
2.横联方向差动保护原理分析 线路1内部故障
当被保护线路外部故障时,两端电流相位差180°,两端 发信机交替发信,通道中有连续的高频电流通过,收信机 的接收端收到连续高频电流,输出解调为连续直流信号, 闭锁比相元件,保护不动作。 当被保护线路内部故障时,两端电流同相位,两端发信机 同时发信,同时停信,所以通道流通着断续的高频电流, 收信机也收到断续的高频电流,输出时有时无的方波脉冲, 在无方波脉冲输出地半个周波里,开放比相电路,保护动 作切除故障。由于动作时间只有半个周波(10ms),不 足以保证跳闸的可靠性。因此增加脉冲展宽元件,把短脉 冲展宽,以保证有足够的跳闸时间。
27
一、输电线路的纵联差动保护
导引线的阻抗和分布电容对保护的影响
当纵差动保护用于较长的输电线时,导引线的阻抗增大, 使隔离变压器GB的二次负载增大,因而使GB的传变误差 增大。 为了减小其二次负载,可以提高GB的变压比,但将使导 引线上的分布电容电流和漏电流增大,同样增大GB的传 变误差; GB二次电压过高时,将出现设备和人身安全,以及设备 的管理体制等问题。 纵差动保护只适于用在较短(一般应在20 km以下)而且 重要的输电线上。
3.电力变压器的纵联差动保护(一)-工作原理(课件)
一、纵联差动保护的基本原理
1.变压器正常运行或者外部故障时差动电流分析
差动电流: Id
I1'
I2' =
I1 nTA1
I2 nTA2
这个电流在变压器正常运行或外部故障时不一定为零。
I1'
I
2' ,即I
' d
=
0
一、纵联差动保护的基本原理
如何选择合适的电流互感器变比,使正常运行或变压器外 部故障时差动电流为零?
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
1.变压器的励磁涌流
(1)励磁涌流对差动保护的影响 由变压器的原理可知,变压器的励磁电流只流过变压器其 中的一侧。因此通过TA反映到差动回路中不能被平衡。但在 变压器正常工作情况下,励磁电流很小,反映到差动回路可以 忽略不计。
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
1.变压器的励磁涌流
(2)励磁涌流产生的原因
如果考虑剩磁Φr,这样经过半个周期后铁芯中的磁通将达到 幅值2Φm+Φr。因此:
铁芯中的磁通达到最大值—>变压器严重饱和—>励磁阻抗降 低—>对应的励磁电流很大—>类似于“涌动的潮流”,故简称 “励磁涌流”。
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
1.变压器的励磁涌流
(1)励磁涌流对差动保护的影响 但是当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中,
由于变压器铁芯中的磁通急剧增大,使变压器铁芯瞬时饱和, 出现数值很大的励磁电流(称为:励磁涌流)。
励磁涌流可达变压器额定电流的 6~8 倍,如不采取措施, 变压器纵差保护将会误动。
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
纵联差动保护原理
一、发电机相间短路的纵联差动保护将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来,差动继电器KD 接于其差回路中,当正常运行或外部故障时,I 1 与 I 2 反向流入,KD 的电流为11TA In - 22TA I n =1I '- 2I '≈0 ,故KD 不会动作。
当在保护 区内K2点故障时, I1与 I2 同向流入,KD 的电流为:11TA I n + 22TA I n =1I '+ 2I '=2k TAI n当2k TAI n 大于KD 的整定值时,即 1I ' - (3)maxmax /unb st unp i k TA I K K f I n =≠0 ,KD 动作。
这里需要指出的是:上面的讨论是在理想情况下进行的,实际上两侧的电流互感器的特性(励磁特性、饱和特性)不可能完全一致,误差也不一样,即nTA1≠nTA2,正常运行及外部故障时,2k TAI n ≥I set ,总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流,用Iunb 表示。
通常,在发电机正常运行时,此电流很小,当外部故障时,由于短路电流的作用,TA 的误差增大,再加上短路电流中非周期分量的影响,Iunb 增大,一般外部短路电流越大,Iunb 就可能越大,其最大值可达:.min.min .min()brk brk op ork brk op I I I K I I I >≥≤+式中:Kst ——同型系数,取;Kunp ——非周期性分量影响系数,取为1~; fi ——TA 的最大数值误差,取。
为使KD 在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作, KD 的动作值必须大于最大平衡电流,即Iop=(Krel 为可靠系数,取)。
越大,动作值Iop 就越大,这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。
此时,若出现较轻微的内部故障,或内部经比较大的过渡电阻Rg 短路时,保护不能动作。
电力系统继电保护 ——方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护
基于数据通道的同步方法:采样时刻调整法、采样数据修 正法和时钟校正法。
采样时刻调整法:通道延时的测定、主站时标与从站时标 的核对;采样时刻的调整;
二、两侧电流的同步测量
基于具有统一时钟的同步方法
全球定位系统GPS是美国于1993年全面建成的新一代卫星 导航和定位系统。由24颗卫星组成。 专用定时型GPS接收机: 1. 秒脉冲信号1PPS:1微秒 2. 串口输出与1PPS对应的标准时间代码
电力系统继电保护电力系统继电保护电气工程及其自动化专业课程武汉理工大学自动化学院tangjinruiwhuteducn一输电线路纵联保护概述二输电线路纵联保护两侧信息的交换三方向比较式纵联保护四纵联电流差动保护一工频故障分量的方向元件二闭锁式方向纵联保护三闭锁式距离纵联保护四影响正确工作的因素及应对措施一工频一工频故障分量的方向元件故障分量的方向元件在方向比较式纵联保护中方向元件或功率方向测量元件是保护中的关键元件常用工频电压电流的故障分量构成方向元件
三、闭锁式距离纵联保护
由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成: (1)核心变化:距离保护II段的跳闸时间元件增加了瞬时 动作的与门元件。本侧II段动作且收不到闭锁信号。实现 了纵联保护瞬时切除全线任意点短路的速动功能。
( 2 )闭锁式零序方向纵联保护的实现原理与闭锁式距离 纵联保护相同,三段式零序方向保护代替三段式距离保护
方向比较式纵联保护
一、工频故障分量的方向元件 二、闭锁式方向纵联保护 三、闭锁式距离纵联保护 四、影响正确工作的因素及应对措施
纵联电流差动保护
一、纵联电流差动保护原理 二、两侧电流的同步测量 三、纵联电流相位差动保护 四、影响正确动作的因素
纵联电流差动保护
K2点短路(区外):M侧电流为正,N侧电流为负
IM IN 0
K1点短路(区内):两侧电流均为正方向
IM IN IK
Ires 0.5 Im In
Ires 0.5( Im In )
Ires Im In cosmn
(1) (2)比率制动方式 (3)标积制动方式
➢ 区外短路或正常运行时,(1)与(2)效果相同 ➢ 单侧电源内部短路,(1)与(2)效果相同,(3)更灵敏 ➢ 双侧电源内部短路,(1)更灵敏
不带制动特性
整定:
1.躲过外部短路时的最大不平衡电流
I set Krel Knp Ker K st I kmax
2.躲过最大负荷电流
I set K I rel Lmax
二者取较大者
灵敏度:单侧电源运行内部短路时
K sen
Ir I set
I kmin I set
2
带制动线圈
动作线圈:取和电流
Im In
制动线圈:取循环电流 Im In
动作方程:
Im In k Im In Iop0
制动特性:动作电流不是定值,而是随制动电流变化,称为制动特性。
两侧电流的同步测量
基于数据通道的同步方法
两侧电流的同步测量
基于统一时钟的同步方法
Байду номын сангаас
纵联电流相位差动保护
负序电压滤过器
Umn
R1
R1 jX
1
Uab
jX 2 R2 jX
2
Ubc
负序电流滤过器
影响纵联电流差动保护正确动作 的因素
1.电流互感器的误差和不平衡电流 2.输电线路的分布电容电流及其补偿措施
3.负荷电流对纵联电流差动保护的影响
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一、发电机相间短路的纵联差动保护将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来,差动继电器KD 接于其差回路中,当正常运行或外部故障时,I 1 与 I 2 反向流入,KD 的电流为11TAI n - 22TA I n =1I ' - 2I '≈0 ,故KD 不会动作。
当在保护 区内K2点故障时, I1与 I2 同向流入,KD 的电流为:11TA I n + 22TA I n =1I ' + 2I '=2k TAI n当2k TAI n 大于KD 的整定值时,即 1I '- (3)maxmax /unb st unp i k TA I K K f I n =≠0 ,KD 动作。
这里需要指出的是:上面的讨论是在理想情况下进行的,实际上两侧的电流互感器的特性(励磁特性、饱和特性)不可能完全一致,误差也不一样,即nTA1≠nTA2,正常运行及外部故障时,2k TAI n ≥I set ,总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流,用Iunb 表示。
通常,在发电机正常运行时,此电流很小,当外部故障时,由于短路电流的作用,TA 的误差增大,再加上短路电流中非周期分量的影响,Iunb 增大,一般外部短路电流越大,Iunb 就可能越大,其最大值可达:.min.min .min()brk brk op ork brk op I I I K I I I >≥≤+式中:Kst ——同型系数,取0.5;Kunp ——非周期性分量影响系数,取为1~1.5; fi ——TA 的最大数值误差,取0.1。
为使KD 在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作, KD 的动作值必须大于最大平衡电流Iunb.max ,即Iop=KrelIunb.max(Krel 为可靠系数,取1.3)。
Iunb.max 越大,动作值Iop 就越大,这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。
此时,若出现较轻微的内部故障,或内部经比较大的过渡电阻Rg 短路时,保护不能动作。
对于大、中型发电机,即使轻微故障也会造成严重后果。
为了提高保护的灵敏系数,有必要将差动保护的动作电流减小,要求最小动作电流Iop.min=(0.1-0.3)IN (IN 为发电机额定电流),而在任何外部故障时不误动作。
显然,图7.1所示的差动保护整定的动作电流已大于额定电流,无法满足这种要求。
具有比率制动特性的差动保护保护的动作电流Iop 随着外部故障的短路电流而产生的Iunb 的增大而按比例的线性增大,且比Iunb 增大的更快,使在任何情况下的外部故障时,保护不会误动作。
这是把外部故障的短路电流作为制动电流Ibrk,而把流入差动回路的电流作为动作电流Iop 。
比较这两个量的大小,只要IOP ≥Ibrk ,保护动作;反之,保护不动作。
其比率制动特性折线如图7.2 所示。
动作条件:分两段.min op op I I > .min ork brk I I ≤.min .min ()op ork brk op I K I I I ≥≤+ .min brk brk I I >式中, K 为制动特性曲线的斜率(也称为制动系数)。
在图7.3(a )中,选取W1=W2=0.5W3,DKB1、DKB2二次绕组匝数相同a 。
制动电流:121()2brk I I I ''=+差动回路电流:12op I I I ''=-当外部短路时,12K TA I I I n ''== ,制动电流为 121()2brk I I I ''=+KTA I n 动作电流为 12D I I I ''=- , ,保护不动作。
当正常运行时,则12NTA I I I n ''==121()2brkI I I ''=+.min N brk TA I In ==当Ibrk ≤Ibrk.min ,可以认为无制动作用,在此范围内有最小动作电流为Iop.min ,而此时120op I I I ''=-≈ ,保护不动作。
当内部故障时,2I '反向且 12I I ''≠,则 121()2brk I I I ''=+ 为两侧短路电流之差,数值小,而 1211op k TA I I I I n ''=-=大,保护能动作。
特别是当12I I ''= 时,Ibrk=0,此时,只需Iop.min(Iop.min 取0.2~0.3)保护就能动作,保护灵敏度大大提高了。
当 21110,,2brk op I I I I I '''===, ,保护也能动作。
二、发电机定子绕组的横联差动电流保护当发生任何一种定子绕组的匝间短路时,有一短路电流流进两中性点连线00′上,这是由于A、B、C三相对中性点之间的电势平衡被破坏,则两中性点的电位不等之缘故。
利用流入两中性点连线的零序电流,构成单继电器式横联差动保护。
即在两分支绕组的中性点的连线上装一只电流互感器,保护就装在此电流互感器的二次侧。
当正常运行时,每个并联分支的电势是相等的,三相电势是平衡的,则两中性点无电压差,连线上无电流流过(或只有数值较小的不平衡电流),保护不会动作。
当发生任何一种类型的匝间短路时,两中性点的连线有零序电流通过,保护反应于这一电流而动作。
这就是发电机横联差动保护的原理。
由于发电机电流波形即使是在正常运行时也不是纯粹的正弦波,尤其是当外部故障时,波形畸变较严重,从而在中性点的连线上出现以三次谐波为主的高次谐波分量,给保护的正常工作造成影响,为此,保护装设了三次谐波滤过器,消除其影响,从而提高保护的灵敏度。
横联差动保护原理图转子回路发生两点接地故障时,转子回路的磁势平衡被破坏,则在定子绕组并联分支中所感应的电势不同,三相电势平衡被破坏,从而使并联分支中性点连线上通过较大的电流,造成横差动保护误动作。
若此两点接地故障是永久性的,则这种动作是允许的(最好是由转子两点接地保护切除故障,这有利于查找故障),但若两点接地故障是瞬时性的,则这种动作瞬时切除发电机是不允许的。
因此,需增设0.5~1s 的延时,以躲过瞬时两点接地故障。
也就是当出现转子一点接地时,即将切换至延时回路,为转子永久性两点接地故障做好动作准备。
根据运行经验,保护的动作电流为:(0.2op I =0.3)/N TAI n式中:IN ——发电机的额定电流。
这种保护的灵敏度是较高的。
在切除故障时有一定的死区,即:①单相分支匝间短路的α较小时,即短接的匝数较少时;②同相两分支间匝间短路,且α1= α2,或α l 与α2差别较小时。
对于单“Y ”接线的发电机,宜采用下列保护。
发电机定子绕组的单相接地保护发生定子绕组单相接地故障的主要原因是,高速旋转的发电机,特别是大型发电机(轴向增长)的振动,造成机械损伤而接地;对于水内冷的发电机(大型机组均是采用这种冷却方式),由于漏水致使定子绕组接地。
发电机电压系统定子绕组单相接地时接线如图7.10(a )所示,设发电机每相定子绕组对地电容为CM ,外接每相对地电容为Ct ,当A 相绕组距中性点外单相接地时:AK A A BK B ACK C A U E E U E E U E E ααα=-=-=- 033AK BK CK AU E E E E α=++=-00A U E U E ϕαα=-=发电机内部单相接地故障示意图c由于电压互感器二次开口三角形绕组的输出电压Umn在正常运行时近似为零,而在发电机出口端(机端)单相接地时为Umn=l00V。
因此,当故障发生在0<α<1 的位置时,Umn= α·100V,上式所表示的关系,在图7.11中为一直线,零序电压保护继电器的动作电压应躲开正常运行时的不平衡电压(主要是三次谐波电压),其值为15~30V,考虑采用滤过比高的性能良好的三次谐波滤过器后,其动作值可降至5~10V,则保护的死区为α=0.05~0.1。
若定子绕组是经过渡电阻Rg单相接地时,则死区更大,这对于大、中型发电机是不能允许的,因此,在大、中型发电机上应装设能反映100%定子绕组单相接地保护。
三次谐波零序电压保护机端及中性点侧的三次谐波电压和:l)正常运行时的三次谐波电压正常运行时相电势中会有三次谐波电势 ,其等效图如图7.12所示。
机端:2M S SM t C U E C C =+中性点端:2N SMt U E C C =+所以,12S MN M t U C U C C =<+当发电机中性点经高阻抗接地时,上式仍然成立2)当定子绕组单相接地时的三次谐波电压当定子绕组单相接地时也会有三次谐波电压,其等效图如图7.13(a )所示。
NU •33(1)1S N S NU E U E U U αααα=-=-=当α >50% 时 ,SNU U ≥ 当α≤50% 时,SNU U <其关系如图7.13(b )所示。
如果以此作为动作条件,则这种原理的保护的“死区”为a>50%,但若将这种保护与基波零序电压保护共同组合起来,就可以构成保护区为100%的定子绕组单相接地保护。
发电机励磁回路一点接地保护切换测量原理保护方案将一个电阻和电容网络接在转子绕组两端,通过顺序切换的方法改变网络的结构,并对三个有关的支路电流进行采样、记忆进行比较,达到测量励磁回路对地电阻的目的。
如图7.29所示,电容的作用是消除转子电压中谐波分量及干扰电压对继电器的影响。
图7.29 转子一点接地保护测量网络假设接地故障发生在转子绕组中部任一点,将转子电压分为Uf1和Uf2,故障点电阻为RX 。
开关S1单独闭合时,稳态电流 1112f X U I R R R =++ 经采样保持和整理后在装置内得到与I 1成正比的电压U 1:同理,开关S1与S2分别单独闭合时,相应的有:2222133233334fSf XK U U K I R R R K U U K I R R R ==++==++取R1=R3=Ra ,R2=R4=Rb(Ra 、Rb皆为选定的参数),Kl=K2=K ,则上述三式可改写为:111222332f a b Xf a Sf a b XKU U KI R R R K U U R R KU U KI R R R =+++=+==++可选择保护的动作判据为:123U U U +≥对于给定的Ra 、Rb 、RX 、K2及K ,当上式等号成立时,RX 便为检测到的最大接地电阻Rx.max ,若K2取固定值,则改变K 可以调整灵敏性。
K2值可根据灵敏性要求,由式(7.64)取等号求出,即装置动作时对应的RX 为2(2)()X a S a b K R R R R R K ≤+-+对于给定的Ra 、Rb 、RX 、K2及K ,当上式等号成立时,RX 便为检测到的最大接地电阻Rx.max ,若K2取固定值,则改变K 可以调整灵敏性。