差动保护和比率差动保护

1、差动保护主要就是内部短路得保护, 但当外部故障时有不平衡电流可能穿越差动保护电流互感器， 造成差动保护误动作。因此为了躲过外部故障时不平衡电流引起差动保护动作，采用了制动电流来平衡穿越电流引起差动保护得启动电流。发电机采用机端电流作为制动电流，能在外部短路时取得足够得制动电流, 又能在内部短路时减少中性点电流得制动作用。变压器采用二次谐波作为励磁涌流闭锁判据。?一般设有 T 断线闭锁保护。如下图：图中 Ie 为额定电流，Ic d 为启动电流 ,I 为制动电流, ? b1 为比率制动系数。阴影部分为动作区差动保护灵敏度与启动电流、 制动系数与原理之间得关系摘要 : 分析了差动保护得有关整定原则

2、, 明确提出了 差动保护得灵敏度与许多因素有关 , 如定值、原理与实现方式等。不能仅改变某一个因素（如定值）来提高灵敏度, 而需要综合考虑各个因素得影响, 否则适得其反。0 引言随着继电保护技术得不断发展与进步 , 技术人员对保护得认识越来越深刻 , 对许多继电保护约定俗成得做法开始了反思。 如规程上对 差动保护规定 : 使用比率制动原理得 差动保护 , 不要校核灵敏度 , 其灵敏度自然满足。 那么这个“自然满足”得灵敏度就是什么灵敏度呢 ?其实对发电机 差动保护而言 , 就就是在发电机机端发生两相短路 , 该差动继电器得灵敏度校验结果肯定能够满足要求 ; 在现场运行过程中 , 经常有人将保护

3、中得 比率制动系数与 比率制动斜率混淆 , 究竟这两个概念有什么区别 , 又有什么联系 ?标积制动原理对提高 差动保护得灵敏度有什么有利得地方，它与 比率制动之间又有什么关系 , 它们之间从根本上就是否一致呢 ?本文就这些用户所关心得问题展开深入得分析与讨论 , 并阐明作者自己得观点 1 ，2。1?差动保护灵敏度系数得定义与校验设流入发电机得电流为正方向, 取继电电器 差动电流 Id 为：? 式中 :I p 为当时动作电流得整定值。?发电机差动保护得灵敏度就是指在发电机机端两相金属性短路情况下 差动电流与动作电流得比值。 此情况下 , 在 (Iz ，Id ）平面上两相金属性短路得故障点应该在斜

4、率为得内部故障特性线得上方， 而一般动作边界得制动系数不会超过 1，所以按照规程中整定出来得动作边界肯定能够满足灵敏度系数Klm2得要求。 而实际上 , 真正灵敏度得校验应该就是在发电机中性点侧发生轻微相间故障得时候 , 差动电流与此时动作电流得比值，故长期以来用机端两相短路得情况来校验 差动保护得灵敏度 , 就是否合理 , 有待进一步讨论。从物理概念上瞧 , 故障点与动作边界离得越远，该保护原理得灵敏度越高。校验发电机差动保护灵敏度应该就是在发电机发生各种内部故障得情况下差动保护得反应能力，所以要解决得根本问题就是发电机内部发生短路故障时精确得理论分析 , 国内已经有许多高校正在开展这方面得

5、研究 . 同时 , 灵敏度还与多种因素有关 , 如定值、原理与实现方法等。性曲线原理 ? 具有制动特性得 差动保护原理制动特性曲线可以分为过原点与不过原点其中过原点得通用特性? 1制动特2 种不同得原理 ,为 : ? 式中 :I为启动电流 ;I 为拐点就是电流 ;K 为制动系数。同时，由于 Id 与 Iz 得取法各有不同， 差动保护得特性亦就是有差别得 , 将目前常用得取值方法归纳如表 1 所示。?不同得原理可以得到不同特性 , 根据元件保护得要求可选择适合它们得不同得保护原理 . 对差动保护而盲，即使采用相同得原理 , 但如果整定值不同 , 性能也有很大差别，以下针对这些问题展开分析。 2制

6、动系数与斜率之间得转换关系制动系数与曲线斜率就是两个不同得物理概念，在传统保护中经常用到得制动系数 z 得概念定义为 :式中 :Iz 为动作电流整定值。 ? 最大制动系数等于最大动作电流整定值与对应得制动电流之比。因为制动曲线一般不过原点 , 所以制动系数与制动曲线得斜率 s 一般不相等 , 不要把两者混为一谈。图 1 给出了制动系数与制动曲线斜率之间关系得几何说明。?当区外发生最严重故障得时候,Kz 取得最大值， 将 Iz Iz,max 代人式 (6)就可以得到制动系数得最大值K ,max。?从上面可以瞧出 , 比率制动系数实际上就是一个变数 , 它随制动电流得大小而变化，厂家给出得制动系数

7、通常就是指制动特性曲线上制动段得斜率而不就是整定计算中得制动系数，实用制动特性曲线上得制动系数随制动电流得变化而改变。 ? 表 2 说明了最大 比率制动系数与 比率制动斜率之间得关系。假定 =0。8 A; g= A;Iz,ma = 0 A 。?从表中可瞧出 ,Kz,max 与 Ks 得关系就是一条不过原点得直线关系, 实际工程中 s 一般大于K， max. 2.3 ?制动曲线斜率与灵敏度得关系过原点得 比率制动特性与不过原点得比率制动特性如图 2 所示 . ?过原点得动作边界认为不管电流互感器 (TA) 二次电流大于或小于额定电流，对应得误差都相同 , 不平衡电流随制动电流得变化基本上就是线性

8、得 , 所以对应得制动曲线就是一条过原点得直线。 不过原点得制动曲线考虑到 A 在它得额定电流以下误差很小 , 所以对应得不平衡电流就很小，可以认为就是一个很小得常量 ; 而在 T电流大于二次额定电流时，误差很大，对应得不平衡电流就是非线性变化得 , 这样考虑更加符合实际情况 . 在动作区域平面图上我们可以瞧出两者得区别。过原点得 比率制动特性动作区就是在 ADC以上。而不过原点得 比率制动动作区为 ABCE以上。从几何上可明显瞧出，虽然过原点得制动曲线得斜率比不过原点得制动曲线得斜率小 , 但就是过原点得 比率制动原理却没有不过原点得比率制动原理灵敏。 因此，差动保护得灵敏度不仅与斜率有关，

9、 还与启动电流与拐点电流得大小得选取有密切得关系， 不能一味地靠降低斜率来提高 差动保护得灵敏度。3 标积制动原理与 比率制动原理之间得对应关系3。 1标积制动原理与 比率制动原理为提高差动保护得灵敏度 , 提出了标积制动式微机 差动保护原理，该原理得最大优点就就是在不降 , 低差动保护可靠性得前提下 , 大大地提高了 差动保护得灵敏度 . 目前采用得标积制动原理 , 一般将动作电流与制动电流变换到与 比率制动原理相同得尺度下来判断 , 所以工程上现在用得最多得也就是开平方式得标积制动原理 , 如表 l 所示。比率制动原理与标积制动原理得区别在于制动电流与动作电流得取法不同， 但它们在数学上就

10、是可以相互推导得。 下面根据该公式来探讨一下标积制动原理与 比率制动原理之间得关系。 ? 设 Id ，Iz 为比率制动原理得动作量与制动量 , Idb ， Izb 为标积制动原理得动作量与制动量，有? 从上面可以瞧出，标积制动量与动作量可以从 比率制动得动作量与制动量获得。从本质上瞧， 差动保护原理可由两个部分组成 , 一部分就是动作电流与制动电流得获取方法如表 1 所示 ; 另一部分就是动作边界得确定 . 相同得差动电流与制动电流得取法 , 但动作边界不同，特性就是不同得 ; 同样得动作边界 , 若差动电流与动作电流得取法不同， 特性也就是不同得。 图 为标积制动原理与 比率制动原理之间得对

11、应关系。?我们根据以上得取值方法来讨论标积制动原理与比率制动原理之间动作边界得映射关系。首先讨论 比率制动原理中得Id KIz 直线对应到标积制动原理中得直线得映射关系?区内故障时 , 机端电流与中性点电流得夹角范围一般在 一 0， 区间 , 理想情况下夹角为,比率制动原理反应出得量Iz , 为 Id 轴, 斜率为正无穷大 , 差动保护可靠动作 ; 如此时发电机没有接人系统, 即 IT o, 则反应到 比率制动平面上就是斜率为 2 得故障特性曲线 , 保护也能够可靠动作 , 此时 , 标积制动原理计算出来得动作量与制动量在动作平面上就是 d，轴. 即使考虑到区内故障时相位差为 9,那么对应于

12、比率制动原理来说 , 故障点为图中 K=2 得直线 OM,对应于标积制动原理，相应得动作量不变 , 制动量变为 0，故障点水平映射为轴由此可见，标积制动原理将 比率制动原理中得直线在内部故障得时候向逆时针旋转了 , 即离开动作边界更远 , 所以保护在区内故障得时候将更灵敏。区外故障时，理想情况下, 比率制动原理对应于 z 正轴 , 标积制动原理也就是对应于 I 正轴，可见它不影响区外故障得可靠性.一般情况下，发电机在内部故障时, 比率制动原理动作点落在动作区内，而外部故障时保护落在制?动区内，也就就是落在 TA得误差曲线以下。但也有这种情况出现，即在内部故障时，发电机还具有穿越性电流 , 动作

13、点落在过渡动作区内，此时，标积制动原理能够将动作点往逆时针旋转 , 离开动作边界较 比率制动更远 , 所以具有更高得灵敏度 : 在区外故障时 , 由于变比误差， TA 饱与暂态过程中有衰减得直流分量等原因，动作点可能向保护过渡动作区域移动， 使保护在区外故障时误动。 标积制动原理将 比率制动原理中 I =Iz 直线逆时针旋转了一个角度 , 所以如要取得与比率制动相同得特性，相应得动作边界也要抬高一点 . 3.2 ? 比率制动 斜 率 与 标 积 制 动 斜 率 之 间 得 数 值 对 应 关 系?变化 . 下面推导 比率制动系数与标积制动系数之间得关系 , 它只适用于动作边界过原点得情况在此情

14、况下 比率制动与标积制动原理可以相互推导等效如果动作边界就是一条不过原点得直线，要用标积制动原理来实现与 比率制动原理相同得特性，那么相应地在标积制动空间中 , 动作边界就不能再为一条直线。图5反映了这种区别。?图 5 右面得直线反映得就是 比率制动原理中得一个动作边界 , 要实现同样得特性，那么标积制动得动作边界就就是一条曲线。 因为一般工程上制动系数很小，这时映射得曲线近似为一条直线， 所以工程上用上述方法来近似就是可以接受得 . 标积制动原理提高了区内短路得灵敏度， 如果把整定值对应起来 , 同样对区外故障得可靠性也不会有影响 .4 制动特性曲线原理（各种抗饱与措施 )采用一条制动直线来

15、实现 差动保护，虽然相对说来整定比较容易 , 由于二次侧得误差电流从本质上瞧就是非线性得 , 即随着外部短路电流得增加而增加，所以实际上制动曲线也应该取成非线性曲线 , 但就是实现起来比较困难，因此工程上通常采用分段折线得制动曲线来完成保护原理。 这样可以提高 差动保护得可靠性与灵敏性，如图 6 所示。?随着电力系统得发展 , 短路容量增大，同时相应得短路时间常数也增大,使得在外部短路过程中 TA 容易饱与 , 导致差动保护误动 , 所以国内外采用了不同得手段来检测 A 饱与 .西门子公司得 差动保护采用得抗饱与措施就是增加了一个附加制动区,采用饱与检测器检测TA 饱与 , 作为一个附加得制动

16、措施。 饱与检测器就是动态运行得 , 它在故障发生后得半个周期内做出决定。在外部故障时 TA 饱与使制动电流初始值很大 , 移动到附加制动区域, 而在区内故障时运行点沿着故障特性曲线移动。当检测到外部故障时, 差动保护在一个选定得时间内闭锁(8 个周期） , 只要运行点沿着故障特性曲线移动( 个周期 ), 这种闭锁就可解除。用这种方法可以避免外部故障 TA 饱与得情况下 差动保护误动。变压器 差动保护 A 全 Y 接入得启动电流与拐点电流得合理性?以有名值整定时， 应以软件电流得归算侧作为整定依据：若归算侧为主变压器得 Y 侧 TA,则在算出得定值基础上应乘以3(1/ )。原因就是 : 从软件

17、方面瞧 , 为了校正 Y/ 带来得相位与幅值差，本来由T接线来完成得校正交给了软件来完成 ( 但有得保护可能在整定时已考虑了3(1/2 ）得因素 , 这将会引起混乱，最直接得办法就是用实验来验证）。实验验证方法如下 : Y/ 变压器 Y 侧 T上加单相电流 , 此时动作值应为（ 1/ ) 倍得定值 , 在ABC 三相同时加对称电流时, 达定值时动作 . ?发电机裂相横差保护启动电流与拐点电流得合理性?发电机裂相横差保护整定相对比较复杂 , 它与所使用得一次 TA 变比、分支得组合方式都有关系 , 尤其当两个臂得分支数不相等时更加复杂。如果发电机分支组合后差动臂得2 个 TA 得变比不一致 , 将导致误差得增加 , 所以裂相横差保护得启动电流应该比完全差动保护得启动电流大。 ?发电机裂相横差保护整定可参考发电机 差动保护得整定原则整定 , 但就是要充分考虑到所用得一次T 变比对定值产生得影响。整定考虑得原则就是 : 当区外发生严重故障时 ,TA在允许范围内得误差不应该误动。7 结论本文对发电机 差动保护中长期存在得许多值得探讨得问题进行了详细得分析。通过分析制动曲线得含义 , 得出通过原点得制动曲线才就是制动系数 , 不经过原点得制动曲线在工程中实质上就是指曲线得斜率 , 而曲线得斜率与制动系数之