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1、新版差动保护技术资料汇编 差动保护技术资料 差动保护技术资料 本文简介：差动保护技术资料一、母线差动保护原理说明：母线差动保护设计有比率差动保护和大差后备保护两个保护。比率制动特性差动保护为分相式差动保护，设置大差及各段母线小差。大差由除母联外母线上所有支路构成，每段母线小差由该段母线上所有支路构成。大差作是母线保护的启动元件差动保护技术资料 本文内容：差动保护技术资料 一、母线差动保护原理说明： 母线差动保护设计有比率差动保护和大差后备保护两个保护。 比率制动特性差动保护为分相式差动保护，设置大差及各段母线小差。大差由除母联外母线上所有支路构成，每段母线小差由该段母线上所有支路构成。大差作是
2、母线保护的启动元件，用以区分母线区、内外故障，小差为故障母线的选择元件。 差动保护的动作方程为具有制动特性的采样算法，动作判据上采用“点差动作+向量把关判据动作”的动作方案。 1、 比例差动保护 a) 差流计算 差动电流、制动电流的计算引入各支路大差关联系数、母关联系数、母关联系数。大差差动电流、大差制动电流、各段母线小差差动电流、小差制动电流的计算见公式。 大差差动电流： 大差制动电流： 母差动电流： 母制动电流： 母差动电流： 母制动电流： 差动电流突变量的计算方法为式： 制动电流突变量的计算方法为式： b) 保护启动 差动保护启动元件包括突变量启动元件和稳态量启动元件。其中，突变量启动元
3、件基于制动电流突变进行判别，稳态量启动元件基于差动电流有效值越限进行判别。 突变量启动判别的数据窗为3个采样点。突变量启动元件采样基于制动电流的突变进行判别，判别公式为式1-9： 式中：为制动电流当前时刻的采样值； 为两周前制动电流的采样值； 为四周前制动电流的采样值； 稳态量差流启动元件包括大差差流启动元件和小差差流启动元件。稳态量差流计算使用全周傅氏算法，启动元件的动作判据为式1-10： 式中，Id为差动电流，Iset为差动保护启动电流定值； c) 常规比率差动保护逻辑 常规比率差动保护采用具有比率制动特性的分相电流差动算法，其动作方程为： 其中： 式中：Id为差动电流；Ir为制动电流；k
4、为比率制动系数； Is为差动电流定值；为各支路电流。 当大差差流和某条母线的小差差流均满足式和时，比率差动保护动作。 d) 突变量比率差动保护 突变量比率制动差动保护动作条件为： 其中：为差动定值； ； 式为突变量大差动作方程； 式为差流的相量把关； 式为突变量小差动作方程； 当大差差流满足式、，小差差流满足式、时，突变量比率差动保护动作。 e) 差动保护动作特性 图1 差动保护动作曲线 2、 大差后备保护 大差连续动作达到大差后备延时150 ms，若此前无小差动作则跳开母线上无隔离刀闸辅助触点位置的元件和母联，若此前有任一母线差动动作则仅跳无位置元件，出口经任一母线复合电压闭锁。 大差后备保
5、护主要作用：母线故障差动保护动作跳闸后，如果故障母线上还连有无隔离刀闸辅助触点位置的电源支路，则可通过大差后备保护来切除；对于一些新建变电站，平常可能负荷很小，电源支路也可能很少，当此电源支路无刀闸位置时，如果母线故障，小差可能不动作，这时就可以通过大差后备保护将故障切除。 3、 差动保护逻辑框图 图2 母差保护逻辑框图 二、算法说明： 母线差动保护所用的算法大体分为：长窗算法+ 基于采样点的判别。 长窗算法用于滤除直流分量、检出谐波分量及计算工频分量等。比例差动保护和大差后备保护中稳态量差流判据，均是基于全周算法计算所的数据。 比例制动判别均是基于采样点判别，即所谓的“点差”。 另外，启动逻
6、辑、CT饱和判别是基于采样点判别的。 所以，母线差动保护动作判据采用“点差动作+向量把关判据动作”的动作方案。 三、 母线差动保护相关闭锁逻辑 1 1、 CT断线闭锁方案 支路CT断线后，该支路电流数据无法参与差流计算，为避免区外故障保护误动，母线保护采取分母线按相闭锁的方式闭锁差动保护。 母联CT断线后，由于母联间隔电流不计入大差，所以母联断线时对大差计算没有影响，仅影响小差计算。所以，母联间隔CT断线后，不闭锁差动，这时将双母线自动切换为为互联方式运行。 2、 SV异常闭锁方案 SV异常主要包括品质异常、检修不一致、双AD不一致、SV断链。任一异常时均对差动保护差流计算有影响。 支路SV异
7、常时，可以认为该支路电流不可靠，这样当发生区外故障时，保护可能误动。所以，支路SV异常时，闭锁该支路所在母线差动保护。 由于母联间隔电流不计入大差，所以母联间隔SV异常后对大差计算没有影响，仅影响小差计算。所以，母联间隔SV异常，不闭锁差动，这时将双母线强制为单母线运行。 3、 CT饱和 保证区外故障CT饱和时不误动，区内故障时可靠动作。 四、母线差动保护特殊问题及处理： 1、自适应比例制动系数 在母联跳开的情况下弱电源侧母线发生故障时大差比率制动元件灵敏度不够，或母线合环运行工况下母线故障时小差比率制动元件灵敏度可能不够，制动系数设置了高、低两个制动特性。制动特性根据以下两个原则自适应取值：
8、 a) 母线并列运行情况下大差制动系数取高制动特性，分列运行时取低制动特性； b) 双母双分段接线母联和分段均在合位运行状态时小差制动系数取低制动特性，其它情况下小差制动系数均取高制动特性； 2、母联CT极性调整 保护默认的母联CT极性：母和母之间的母联CT的极性同母连接支路的极性，即母线上连接支路CT的极性端靠近母线，则母联CT的极性也靠近母。为适应不同工程中母联CT极性可能出现不一致的情况，母联支路设置有正反极性的SV输入虚端子，当MU输出极性跟软件默认不一致时，可以灵活选择反极性输入端子连线。 变压器保护 一、变压器差动保护原理说明： 变压器差动保护从原理上分为两种： 基于磁势平衡的差动
9、方程 基于电流平衡的差动方程 1、 基于磁势平衡的差动保护有：纵差保护、分相差保护等 以纵差保护为例说明如下： 纵差保护的电流取自变压器的高压侧CT，中压侧CT和低压侧外附CT，既要考虑励磁涌流和过励磁运行工况，同时也要考虑CT断线、CT暂态特性不一致的情况。 由于变压器联结组不同和各侧CT变比的不同，变压器各侧电流幅值相位也不同，差动保护首先要消除这些影响。本保护装置利用数字的方法对变比和相位进行补偿，方法参见附录二，以下说明均基于已消除变压器各侧电流幅值相位差异的基础之上。 1）纵差保护动作方程 为差动电流，为差动保护启动电流定值，为制动电流，为差动保护的基准电流，各侧电流的方向都以指向变
10、压器为正方向。 2）对于两侧差动： = | = | / 2 ，分别为变压器高、低压侧电流互感器二次侧的电流。 3）对于三侧及以上数侧的差动： = max |，|，| 式中：，分别为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。 3)纵差保护动作特性 图1 纵差保护动作特性 4)纵差保护逻辑图 纵差保护采用分相判别，以纵差A相为例，纵差保护逻辑图如下图所示： 图2 纵差保护逻辑图 2、 基于电流平衡的差动保护有：分侧差动保护、低压侧小区差动保护等 以分侧差动保护为例说明如下： 分侧差动保护主要应用于自耦变压器，电流取自变压器的高压侧CT，中压侧CT和公共绕组CT，能反应高压侧相间故障和接地故障。 1）动作方
11、程 其中 为动作电流，为分侧差动启动电流定值，为制动电流，为差动保护的基准电流，动作电流和制动电流方程如下： 其中 式中：， 分别为变压器高压侧、中压侧和公共绕组侧的电流。 2）动作特性 图3 分侧差动动作特性 3）保护逻辑图 以分侧差动A相为例，保护逻辑图如下图所示： 图4 分侧差动保护逻辑图 二、算法说明： 变压器差动保护所用的算法大体分为三类： 长窗算法、短窗算法和基于采样点的判别。 长窗算法用于滤除直流分量、检出谐波分量及计算工频分量等。纵差保护、分相差保护、分侧差保护等差动方程的建立，均是基于全周算法计算所的数据。另外，用于闭锁判据的二次谐波闭锁、五次谐波闭锁也是基于长窗算法的计算结
12、果。 短窗算法用于差动速断保护计算及数据异常判别。 另外，启动逻辑、CT饱和判别及一些励磁涌流判据是基于采样点判别的。三、变压器保护需考虑的闭锁因素及处理原则： 以智能站为例，包含以下几种情况： 1. 数据源异常：如品质异常、双AD不一致、检修不一致等。考虑220kv及以上电压等级变压器保护均是双套配置，出现数据异常时以保护不误动为原则。 2. 保护装置自检异常：如程序校验出错、RAM出错、定值自检出错等，检出异常后闭锁保护。 3. CT断线：检出CT断线后，根据“CT断线闭锁差动保护”控制字来决定是否闭锁差动保护。若选择闭锁差动保护，则在差流大于1.2Ie时开放纵差保护、分相差保护。 4.
13、CT饱和：保证区外故障CT饱和时不误动，区内故障时可靠动作。 5. 励磁涌流问题及超高压变压器过励磁问题：保证空充于正常变压器时可靠不动作，空充于故障变压器时能够动作；保证超高压变压器仅出现过励磁时差动保护不误动。 四、变压器保护特殊问题及处理： 相比较线路差动保护和母线差动保护，变压器差动保护需要考虑：各侧电流相位调整问题及励磁涌流问题。我公司的处理方法说明如下： 1. 纵差保护相位调整方法 变压器各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。 变压器各侧CT二次电流相位由软件调整，装置采用Y的转换方式，即Y侧进行相位调整。对于Yn/Yn/-12-11的变压器或全星接的变压器，Y侧转换公式如下所示：
14、 对于Yn/Yn/-12-1的变压器，Y侧转换公式如下所示： 、为Y侧未转换前的电流，、为校正后的各相电流。侧电流不转角。 2. 励磁涌流闭锁判据 1）二次谐波判据 变压器空投时，三相励磁涌流中往往有一相含有大量的二次谐波。但是，变压器差动保护各侧电流要进行相位调整，相位调整后的电流不再是真实的励磁涌流，电流中的二次谐波含量也会发生变化。本装置根据变压器的不同工况自动选择电流计算二次谐波含量，如在变压器空载合闸时采用相位调整前的电流计算二次谐波含量，因此，计算励磁涌流的二次谐波含量更加真实，性能更加可靠。变压器在正常运行时，装置采用差动电流中的二次谐波含量来识别励磁涌流。判别方程如下： 式中：
15、 为差流中的二次谐波，为差流中的基波，为二次谐波系数。 如果某相差流满足上式，同时闭锁三相差动保护。 本装置在采用二次谐波“或”闭锁的同时采用空投主变过程中故障识别专利技术，短时投入按相综合开放判据，既能正确识别励磁涌流，又能在空投故障变压器时快速可靠地开放差动保护，提高在空投变压器于故障时差动保护的动作速度。 2）波形比较判据 本装置根据变压器的不同工况自动选择差动电流或相电流计算波形的不对称度，计算出励磁涌流的波形不对称度更加真实，保护性能更加可靠。判别方程如下： 动作方程： 式中： 为差动电流采样点的不对称度值，为对应差动电流采样点的对称度值，K为某一固定系数。如果某相差流满足上式，闭锁
16、本相差动保护。 线路保护 1 线路差动保护采样及信号处理介绍 线路光纤差动保护采样频率为24点/周。 高压输电线路两端保护装置上电时刻不同和采样晶振偏差，再加上一端采样数据传送到另一端的时间延迟，因此，两端电流量的采样时刻通常不一致，不能直接进行差动计算。 目前线路保护同步采用采样时刻调整法，采样时刻调整的门槛为100us，当计算的两侧采样晶振偏差大于100us时，保护进行采样中断产生时刻的调整，即该门槛为同步调整的最大误差，折算到角度误差为1.8。具体做法如下： 图1 光纤通道梯形算法 通道延时： 采样偏差为：Dts = /T 两侧装置设置为一主一从，主端不进行调整，从侧进行同步调整。从端差
17、动装置以主侧装置为参考端，利用梯形算法计算出通道延时td和采样时刻偏差，然后根据计算的通道延时计算出主端的采样时刻，并按照主端的采样时刻调整自己的采样时刻，保证和对侧的数据对齐。 采样数据对齐后，采用全周傅氏算法计算差动电流和制动电流来完成比率差动的判别。 2 差动保护故障启动元件如下： 2.1 差流启动元件 差流启动元件其判据为： 式中，为相量差动电流定值； 为了保证差流启动元件动作后差动保护在TA断线时不误动，在差动保护动作逻辑中增加差流启动元件动作后必须满足复合电压启动才能开放差动动作，复合电压的判据为： 任一侧或或。 3 故障判别 差动保护动作方程如下： 式中：动作电流，为两侧电流矢量
18、和的幅值；制动电流，为两侧电流矢量差的幅值；为相量差动电流定值。 保护装置采用全周傅氏算法计算差动电流和制动电流，如果满足差动保护动作方程，且满足两侧装置均启动的条件后，差动保护出口跳闸。 4线路差动保护所有闭锁情况及处理原理 线路差动保护在下列情况下需要进行闭锁：差流长期存在闭锁差动、TA断线时根据“断线闭锁差动控制字”投入与否来控制是否闭锁差动保护。下面分别介绍： 4.1 差流长期存在闭锁 保护判据： X相差流0.8倍差动定值，且X相两侧均有流，延时10s闭锁差动保护。 4.2 TA断线判别及处理 保护判据：X相差流0.8倍差动定值，且X相的本侧或对侧无流，延时10s报本侧X相TA断线，T
19、A断线后根据是否投入断线闭锁差动控制字，来进行差动保护的闭锁，本侧及对侧TA断线均按相闭锁差动。 5 线路差动保护的特殊问题说明 对于220kV及以上系统较长输电线路，电容电流较大，且发生故障及系统合闸操作时暂态电容电流较大，差动保护需要考虑电容电流的影响。 装置正常运行中，投入稳态电容电流补偿。稳态电容电流计算公式如下： 式中为线路零序容抗定值、为线路正序容抗定值、为线路全长零序阻抗、为线路全长正序阻抗、为本侧相电压相量、为本侧零序电压相量、为本侧相电流相量、为本侧零序电流相量。 根据上式计算出每一相的电容电流值，若投入补偿，则采用本端全补偿。 补偿公式如下： 式中为本侧补偿后相电流相量，为对应相电容电流相量，k为电容电流补偿系数，根据线路并联电抗器和线路容抗定值计算得出。