4.4线路光纤差动保护解析

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
5 4 3
5 4 3
2
2
1 0 -1 -2 -3 -4 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
1 0 -1 -2 -3 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100





U M1 U M 2 U M 0 U M 0 U M 0 2 X C1 2 X C 2 2 X C1 2 X C1 2 X 0 U M U M 0 U M 0 2 X C1 2X0




同理求出I NC
U N U N 0 U N 0 2 X C1 2X0 U M U M 0 U M 0 U N U N 0 U N 0 )( ) 2 X C1 2X0 2 X C1 2X0
TA回路原理图

Ls u U m sin( t a ) i1
?
s 2
e2
?
s 1
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；
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 • 动作电流(差动电流)为：
电压等级（kV） 正序电容（uF）
220 0.86 330 1.113 500 1.23 750 1.367
零序电容（uF）
电容电流（A） 正序容抗（Ω ）
0.605
34 3700
0.763
66 2860
0.84
111 2590
0.93
193 2340
零序容抗（Ω ）
5220
4172
3790
3420
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 Zns
Zl
m E
~
M 2Xc 2Xc
N
~
n E
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
M Zl Zms 2Xc 2Xc
3、稳态电容电流的补偿
1 c 2 1 c 2
1 cg 2
1 cg 2
等效为
C1 C2 3C C g C0 C g
3c
cg
C
1 (C1 C0 ) 3
I MC I MC1 I MC 2 I MC 0 (





U M1 U M 2 U M 0 ) 2 X C1 2 X C 2 2 X 0
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 别区内外故障；
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 ik T / 2 | k1 | ik T / 2 ik T | k2 I n
6 5 4 3 2 1 0
区内、区外的判断
id ki r id im in , ir im in
N Zns
m E
~
2Xc
ZlI
~
2Xc
n E
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 Zl Zms 2Xc Zcom 2Xc
N Zns
m E
~
2Xc
ZlI
~
2Xc
n E
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
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）
I Id I M N
Id
0.75
I cdset
• 制动电流为：
I Ir I M N
• 差流元件基本动作方程：
Ir
{
I d I cdset
I d 0.75I r
区内故障示意图
Es
N
M
TA
TA
ER
2
1
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。




I C I M I N (



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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
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。 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。
区外故障示意图
Es
N M TA TA
ER
2
1 IM 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 5.3.1输电线路电容电流的影响