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差动保护


差动保护是输入的两端 CT 电流矢量差,当达到设定的动作值时启动动作元件。保护范 围在输入的两端 CT 之间的设备(可以是线路,发电机,电动机,变压器等电气设备) 逆相序上面两位已经解释了,有功反向是逆功率而不是逆相序,一般用在发电机保护 中。 电流差动保护是继电保护中的一种保护,forclear 说的差动保护和逆相序都是对的。 正相序是 A 超前 B,B 超前 C 各是 120

度。反相序(即是逆相序)是 A 超前 C,C 超前 B 各是 120 度。有功方向变反只是电压和电流的之间的角加上 180 度,就是反相功率,而不是逆相 序。 差动保护是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的。 差动保护把被保护的电气设备看成是一个接点,那么正常时流进被保护设备的电流和 流出的电流相等,差动电流等于零。当设备出现故障时,流进被保护设备的电流和流出的电 流不相等,差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时,保护动作,将被保 护设备的各侧断路器跳开,使故障设备断开电源。 差动保护原理 差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的,当变压器正常工作或区外故障时,将其看 作理想变压器, 则流入变压器的电流和流出电流 (折算后的电流) 相等, 差动继电器不动作。 当变压器内部故障时,两侧(或三侧)向故障点提供短路电流,差动保护感受到的二次电流 和的正比于故障点电流,差动继电器动作。 差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时,一直用于变压 器做主保护。另外差动保护还有线路差动保护、母线差动保护等等。 变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。其接线方式,按回路电流法原理, 把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流, 变压器正常运行或外部故障, 如果忽略不平衡 电流,在两个互感器的二次回路臂上没有差电流流入继电器,即:iJ=ibp=iI-iII=0。 如果内部故障,如图 ZD 点短路,流入继电器的电流等于短路点的总电流。即: iJ=ibp=iI2+iII2。当流入继电器的电流大于动作电流,保护动作断路器跳闸

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

差动保护-正文
比较被保护设备各端口电流的大小和(或)相位的继电保 护。当被保护设备在正常运行或外部短路以及系统振荡时,由 于被保护设备各端口电流之和等于零, 所以差动保护不会误动 作;而在被保护设备本身发生内部短路时,各端口电流之和将 等于总短路电流,差动保护将灵敏动作。 为实现差动保护,就必须在被保护设备各端口装设电流互感器(见互感器) ,并敷设长 度与被保护设备相应的二次电缆, 这就极大地限制了差动保护在超高压远距离输电线上的应 用。中国 110~220kV 输电线应用差动保护限制在 5~7km,称为导引线保护;对于更长的 超高压输电线差动保护,采用高频载波通道来联系线路两端的电气量,称为载波保护。为了 简化保护装置和节省二次电缆, 超高压输电线的导引线保护和载波保护通常均先将三相电流 和(或)电压经对称分量滤序器变换为单相的对称分量电流和电压。为了导引线本身的安全 和导引线保护装置的可靠,还应装设导引线的过电压保护和断线监视装置。 电力系统中除输电线路外的其他电工主设备(如发电机、变压器、电抗器、电动机、母 线等) ,由于它们的延伸长度不大,一般不超过几百米,很适合采用差动保护作为它们的主 保护。因此差动保护成为电工主设备广泛应用的一种继电保护装置。

原理和特性

以两端口的被保护设备为例,定义各端口电流夒 M、

夒 N 的正向为由端口流向被保护设备,如图 1 所示。

差动保护 图中
icd=iM+iN

icd 为差动电流,它使差动保护动作。与此相应有
izd=iM-iN

izd 为制动电流,它使差动保护抑制动作。 广泛采用的差动继电器具有比率制动特性(图 2), 为最小动作电

流; izd0 为比率制动特性的拐点电流;idz 为继电器的动作电流,它随制动电

流 izd 的大小而变化;差动保护动作区为图中的阴影部分。 外部短路或系统振荡时,夒
M=-夒 N,iM=-iN,相应有制动电流

izd=

2iM 很大,差动电流 icd≈0,保护不动作。内部短路时 izd 较小,icd 很大,保 护灵敏动作。 母线保护 母线差动保护的突出问题是外部故障时故障支路电流

特别大,相应的电流互感器严重饱和,而其他非故障支路的电流互感器 饱和较轻,从而可能出现很大的不平衡电流而造成保护误动作。为此母 线差动保护要求所有支路的电流互感器具有同一变比, 且有足够饱和倍 数。一种行之有效的方案是改用电压型差动保护,即采用高阻抗的电压 继电器作为差动保护的检测元件, 只要适当选取电流互感器二次回路阻 值和饱和电压值,就可做到既不误动又不拒动。这种电压型差动保护虽 然允许电流互感器饱和,但仍必须要求全部互感器变比相同,在实用上 受到限制。一种允许互感器变比不同的母线保护方案是相位差动保护, 即利用内部短路时各分支电流接近同相, 外部短路时故障分支电流与非 故障分支电流几乎相差 180°的相位关系,构成只比较相位不比较幅值 的差动保护。这一方案不能用于一个半开关接线或多角形母线。 变压器保护 由于变压器的各侧绕组之间存在磁的耦合关系, 使得

它的差动保护与其他主设备的差动保护有很大不同, 即在变压器无内部 故障的情况下,Icd 等于励磁电流,不为零,特别是当空投变压器时,会 呈现极大的励磁涌流,这就容易使变压器差动保护误动作。目前用于防 止励磁涌流作用下保护误动的方法主要有以下 3 种。 ①利用涌流中常常含有大量非周期分量, 即采用速饱和变流器来阻

挡励磁涌流流入执行元件。 此方法的缺点是三相变压器空投时往往有一 相涌流无非周期分量,此时必须以提高整定电流的方法来防止误动,这 就降低了灵敏度;同时由于内部故障电流中也有非周期分量,所以这种保 护的动作速度也不快。 ②基于单相变压器励磁涌流中二次谐波/基波之比不小于 17%, 采 用二次谐波制动方案。但研究表明,三相变压器励磁涌流中往往有一相 或二相涌流的二次谐波成分小于 15%。为此,采用“三相涌流中任一相 二次谐波/基波之比大于 15%时就立即闭锁三相差动保护”的办法。 ③基于励磁涌流波形的间断角一定大于 60°的原理,构成间断角 原理的变压器差动保护。 鉴于现代超高压远距离输电系统的分布电容和静止补偿装置的影 响, 使变压器差动保护区内短路时也具有较大成分的频率接近二次谐波 的电流,使防止空投涌流下误动的问题更加困难。利用变压器铁心励磁 特性来区分短路电流和励磁涌流将为微机变压器保护的构成提供新的 可能性。


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