差动保护基本原理教学内容

差动保护基本原理
差动保护基本原理
1、母线差动保护基本原理
母线差动保护基本原理,用通俗的比喻，就是按照收、支平衡的原理进行判断和动作的。

因为母线上只有进出线路，正常运行情况，进出电流的大小相等，相位相同。

如果母线发生故障，这一平衡就会破坏。

有的保护采用比较电流是否平衡，有的保护采用比较电流相位是否一致，有的二者兼有，一旦判别出母线故障，立即启动保护动作元件，跳开母线上的所有断路器。

如果是双母线并列运行，有的保护会有选择地跳开母联开关和有故障母线的所有进出线路断路器，以缩小停电范围
2、什么是差动保护？为什么叫差动？这样有什么优点？
差动保护是变压器的主保护，是按循环电流原理装设的。

主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。

在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同级性端都朝向母线侧，则将同级性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器。

在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流只差，也就是说差动继电器是接在差动回路的。

从理论上讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零。

实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常运行和外部短路时，差动回路中仍有不平衡点流Iumb流过，此时流过继电器的电流IK为 Ik=I1-I2=Iumb
要求不平衡点流应尽量的小，以确保继电器不会误动。

当变压器内部发生相间短路故障时，在差动回路中由于I2改变了方向或等于零（无电源侧），这是流过继电器的电流为I1与I2之和，即
Ik=I1+I2=Iumb
能使继电器可靠动作。

变压器差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备、以及连接这些设备的导线。

由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，所以在区内故障时，可以瞬时动作。

3、为什么220KV高压线路保护用电压取母线TV不取线路TV
事实上，两个电压都接入保护装置的，它们的作用各不相同
母线电压，一般用来判别正方向故障和反方向故障，通过电流与电压之间的夹角来判别
线路电压，一般用来重合闸的时候用，作为线路有压无压的判据
现在220kV线路保护比较常用的就是一套光纤电流差动以及一套高频距离保护
也有采用两套光纤电流，两套高频的比较少了
4、变压器差动保护的基本原理
1、变压器差动保护的工作原理
与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。

2、变压器差动保护与线路差动保护的区别：
由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。

因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧
二次电流相等。

例如图8-5所示的双绕组变压器，应
使
1.全线速动保护在高压输电线路上，要求继电保护无时限地切除线路上任一点发生的故障。

2.单侧测量保护无法实现全线速动所谓单侧测量保护是指保护仅测量线路某一侧的母线电压、线路电流等电气量。

单侧测量保护有一个共同的缺点，就是无法快速切除本线路上的所有故障，最长切除时间为0.5秒左
右。

由上图可以看出本线路末端故障k1与下线路始端故障k2两种情况下，保护测量到的电流、电压几乎是相同的。

如果为了保证选择性，k2故障时保护不能无时限切除，则本线路末端k1故障时也就无法无时限切除。

可见单侧测量保护无法实现全线速动的根本原因是考虑到互感器、保护均存在误差，不能有效地区分本线路末端故障与下线路始端故障。

3.双侧测量保护原理如何实现全线速动为了实现全线速动保护，保护判据由线路两侧的电气量或保护动作行为构成，进行双侧测量。

双侧测量时需要相应的保护通道进行信息交换。

双侧测量线路保护的基本原理主要有以下三种：（1）以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动测量；（2）比较线路两侧电流相位关系的相位差动测量；（3）比较两侧线路保护故障方向判别结果，确定故障点的位置。

上图为电流差动保护原理示意图，保护测量电流为线路两侧电流相量和，也称差动电流。

将线路看成一个广义节点，流入这个节点的总电流为零，正常运行时或外部故障时，线路内部故障时，即。

忽略了线路电容电流后，在下线路始端发生故障时，差动电流为零；在本线末端发生故障时，差动电流为故障点短路电流，有明显的区别，可以实现全线速动保护。

电流差动原理用于线路纵联差动保护、线路光纤分相差动保护以及变压器、发电机、母线等元件保护上。

上图为相位差动保护（简称“相差保护”）原理示意图，保护测量的电气量为线路两侧电流的相位差。

正常运行及外部故障时，流过线路的电流为“穿越性“的，相位差为1800；内部故障时，线路两侧电流的相位差较小。

相位差动保护以线路两侧电流相位差小于整定值作为内部故障的判据，主要用于相差高频保护，由于该保护对通道、收发信机等设备要求较高，技术相对复杂，微机型线路保护已不采用相差高频保护原理。

图为比较线路两侧保护对故障方向判别结果的纵联方向保护原理示意图。

外部故障时远故障侧保护判别为正向故障，而近故障侧保护判别为反向故障；如果两侧保护均判别为正向故障，则故障在本线路上。

由于纵联方向保护仅需由通道传输对侧保护的故障方向判别结果，属于逻辑量，对通道的要求较低，目前广泛应用于高压线路微机保护上。

故障方向的判别既可以采用独立的方向元件（各种方向纵联保护）也可以利用零序电流保护、距离保护中的零序电流方向元件、方向阻抗元件完成（纵联零序、纵联距离保护）。

7.1.2纵联保护分类
纵联保护按照通道类型、保护原理、信息含义等有多种分类方法。

1.按通道类型分类保护通道类型主要有：（1）导引线，两侧保护电流回路由二次电缆
连接起来，用于线路纵差保护；（2）载波通道，使用电力线路构成载波通
道，用于高频保护；（3）微波通道，用于微波保护；（4）光纤通道，用于
光纤分相差动保护。

2.按保护原理分类 (1)电流差动原理; (2)纵联方向原
理。

3.按通道传送信息含义分类上图（a）约定保护判明故障为反方向时，
发出“闭锁信号”闭锁两侧保护，这就称为“闭锁式”纵联保护；图（b）则
约定保护判明为正向故障时向对侧发出“允许信号”，保护启动后本侧判别为
正向故障且收到对侧保护的允许信号时说明两侧保护均判别故障为正方向，动
作于跳闸出口，这种方案为“允许式”纵联保护 . 纵联保护还可以在“跳闸信
号“的基础上构成。

线路两侧的Ⅰ段保护动作后跳开本侧断路器，同时向对侧
保护发出”跳闸信号“，对侧保护收到跳闸信号后立即跳闸。

只要线路两侧的
Ⅰ段保护的保护区有重叠，就可以构成全线速动保护
什么是差动保护
差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，通常讲的差动保护包含了母线差动保护、变压器差动保护、发电机差动保护和线路差动保护.实现差动保护的基本原则是一致的,即各侧或各元件的电流互感器,按差接法接线,正常运行以及保护范围以外故障时,差电流等于零,保护范围内故障时差电流等于故障电流,差动继电器的动作电流按躲开外部故障时产生的最大不平衡电流计算整定.
差动又分为横差和纵差；横差：在平行的双回线路上，由于阻抗相等，其电流和相位也相等，当一回线路故障时，流过两线路的故障电流大小将不等，利用双回线路这个特点构成的保护。

纵差：比较线路双侧的电气量.
什么是母线完全差动保护?什么是母线不完全差动保护?
1、母线完全差动保护是将母线上所有的各连接元件的电流互感器按同名相、同极性连接到差动回路,电流互感器的特性与变比均应相同,若变比不能相同时,可采用补偿变流器进行补偿,满足ΣI=0。

差动继电器的动作电流按下述条件计算、整定,取其最大值: 1)、躲开外部短路时产生的不平衡电流; 2)、躲开母线连接元件中,最大负荷支路的最大负荷电流,以防止电流二次回路断线时误动。

2、母线不完全差动保护只需将连接于母线的各有电源
元件上的电流互感器,接入差动回路,在无电源元件上的电流互感器不接入差动回路。

因此在无电源元件上发生故障,它将动作。

电流互感器不接入差动回路的无电源元件是电抗器或变压器。