差动保护

800系列线路保护装置

3.2.2 WXH-803主保护元件 3.2.2.1主要功能原理

a)启动元件

b)基于相量的电流差动元件 c)电容电流补偿 d)TA 饱和判据 e) TA 断线 f)TV 断线 g)测试防误逻辑 h)数据传输及传输内容 i)同步采样调整 j)远传和远跳功能 k)跳闸逻辑 l)创新和应用

3.2.2.2详细介绍 a)启动元件

·相电流突变量启动元件 判据：

△i φmax>1.25△iT+0.2In

其中：

0.2In 为固定门槛。

△iT 为浮动门槛，随着变化量输出增大而逐步自动提高，取1.25倍可保证门槛电流始终略

高于不平衡输出。

△i φmax 是取三相中最大一相电流的突变量。 当任一相电流突变量连续6次大于启动门槛时保护启动。

·分相差流启动元件

为防止远距离故障或经大电阻接地时相电流突变量启动元件灵敏度不够，差动保护设有分相差流启动元件，该辅助启动元件对故障量分相差动保护不起作用。 判据：

cdset

I I I N M >+φφ

φ

φφφN M N M I I I I ->+0.6

V U 5>?Φ

式中：φM I .

、φN I .

为两侧相电流稳态量，?＝A,B,C 。

bph

cdset I I I dz ＋＝

（电容电流补偿投入时）

1

n bph cdset 2C dz X U I I I ＋

＋＝

（电容电流补偿退出时）

I dz 为稳态量分相差动动作定值，I bph 为正常时的不平衡电流。 U n 为额定相电压，X C1为线路正序容抗。

若TA 断线闭锁保护控制字不投，判据中的电压条件取消。 （验证：低电压是否可以？不可以） 满足条件延时30ms 启动

分相差流启动元件动作而保护未出口，延时3s 给出差流越限告警。

·零序差流启动元件

为防止远距离故障或经大电阻接地时相电流突变量启动元件灵敏度不够，差动保护还设有零序差流启动元件，该辅助启动元件对故障量分相差动保护不起作用。 判据：

00000.75N M N M I I I I ->+

0dz

00I I I N M >+

V U 5.130>? 或3U0>7V 或两侧3I0>0.6Iset (330kV 以上等级线路1.5V 改为1V)

式中： 0.

M I 、0.

N I 为两侧零序电流。 I 0dz 为零序电流差动整定值。 满足条件延时30ms 启动。

零序差流启动元件动作而保护未出口，延时3s 给出差流越限告警。 （将电压条件放宽，主要为了解决高阻接地时零序电流缓慢爬升的故障） ·弱馈辅助启动逻辑

发生区内故障时，弱馈负荷侧电流启动元件可能不动作，此时若收到对侧的启动信号，未启动侧无条件被对侧启动信号拉入启动，报“远方启动”；但出口条件附件以下任一判据：

（1） 本侧“TA 断线闭锁保护”控制字投入时，任一侧有相电压突变量（大于8V ）或零序电压突变量（大于1.5V ）。

（2） 本侧“TA 断线闭锁保护”控制字未投入时。

·跳位辅助启动逻辑

由于线路两侧手合开关不可能同时，当先合闸侧手合于故障时，可利用跳位辅助启动逻辑跳闸。 跳位辅助启动逻辑：本侧启动，若对侧在三跳位置时，则认为对侧已启动。

a) 基于相量的电流差动元件

故障分量分相差动： 判据：

cdset N M I I I ??+???.

.

?????-???+?N .

M .

N .

M .

I I K I I

式中： φM I .

?、φN I .

?为两侧相电流的故障分量，?＝A,B,C

k为制动系数，为保证反时限，故障后第一个5ms窗口其值为1.2，往后依次为0.9，0.8，0.75，最后k稳定在0.75。

当电容电流补偿投入时，I cdset 取{}

bph dz dz I I I 5.1),(max ?+； 当电容电流补偿退出时，I cdset 取?

??

????+15

.1,5.1),(max c n bph dz dz X U I I I （Un 固定取57v ）；

dz I 为稳态量分相差动动作值，dz I ?取}2

1

,1.0min{dz n I I ， I

bph

为正常时的不平衡电流；

U n 为额定相电压，X C1为线路正序容抗。

为保证反时限，故障后第一个5ms 窗口n 值为3，往后依次为2.5，2，2，最后n 稳定在1。

故障分量相电流差动元件的投退：

故障后60ms 内，故障量分相电流差动元件自动投入。故障后前5个5ms 窗口满足动作判据（高门槛高制动率）一点瞬时出口，然后满足动作判据（低门槛低制动率）五点延时出口。

在故障后60ms 故障分量相电流差动元件自动退出后，对于①内部故障，故障分量相电流差动元件未能判定的内部故障②某些转换性故障③非全相和后加速中的故障由稳态量相电流差动元件（一直投入）来解决。

故障分量相电流差动元件、稳态量相电流差动元件和零序差动元件共用一个投退压板。 优点：不受负荷电流影响，耐过度电阻能力强 特性：动作特性如图所示特性①。

注意：分相差流启动、零序差流启动不投故障分量差动元件

稳态量分相差动： 判据：

cdset N M I I I ?+??.

.

????-?+N .

M .

N .

M .

I I K I I

式中： φM I .

、φN I .

为两侧相电流稳态量，?＝A,B,C 。

k 为制动系数，为保证反时限，故障后第一个5ms 窗口其值为1.2，往后依次为0.9，0.7，

0.6，最后k 稳定在0.6。

当电容电流补偿投入时，I cdset 取{}bph dz

I nI

5.1,max

；

当电容电流补偿退出时，I cdset 取?

??

?

??15

.1,5.1,max c n bph dz X U I nI ；（Un 固定取57v ） dz I 为稳态量分相差动动作值，I

bph

为正常时的不平衡电流，U n 为额定相电压，X C1为线路正

序容抗。

为保证反时限，故障后第一个5ms 窗口n 值为3，往后依次为2，1.35，1.2，最后n 稳定在1。

稳态量相电流差动元件的投退：

启动后一直投入

特性：动作特性如图所示特性②。

零序电流差动：

零序电流差动元件能对高阻接地故障提供灵敏的保护。 判据：

CDset 0N 0.

M 0.

I I I ?+

N 0.

M 0.

N 0.

M 0.

I I K I I -?+

式中：K 取0.75

动作特性如图所示特性③。

差动保护动作特性

跳闸延时：

零序电流差动元件经100ms 延时动作，根据差流选相元件的结果选相跳闸。如果选相失败，零序电流

差动元件在延时到200ms后三跳。

选相： 选相判据：

φ

φφφN M N M I I I I ->+0.15

cdset 0.8I I I N M >+φφ

式中： φM I .

、φN I .

为两侧相电流稳态量，?＝A,B,C 。 I cdset 取dz I ，式中dz I 为分相差动整定值。

电流差动元件特性：

k 大于1时，即使两侧电流同向，仍有拒动区，此时对于弱馈系统保护将拒动；

k 小于1时，即使两侧电流反向，仍有动作区，正常时是靠门槛躲过；但在短线路情况下，区外大电流故障引起TA 饱和时单靠门槛躲不过时就可能误动； 正常时，k=0.6 (0.75)，使弱馈、高阻等情况可靠动作；

（因此装置根据线路参数识别可能引起TA 饱和的短线路，并采取特殊处理方案）

c)电容电流补偿

补偿原因：对较短的线路，电容电流不大，可通过抬高定值进行补偿（即增加Ibph 项）；对于长的输电线

路或电缆线路，充电电容电流很大，若通过抬高定值进行补偿，将极大降低灵敏度，特别经大过渡电阻接地的故障；故一般用电压测量来补偿电容电流。

电容电流补偿算法： M 侧： 2*2*)(0010.

Y

j U Y j U U I M M M CM +-=φ N 侧： 2

*2*)(0010.Y

j U Y j U U I N N N CN

+-=φ

式中：Y1 Y0为基于∏型等值电路的对应于线路全长的正序电纳与零序电纳

Y1 Y0与定值YC1 YC0的关系：

Y1=YC1/1000 Y0=YC0/1000

φM U 本侧相电压

0M U 本侧零序电压

有并联电抗器时电容电流补偿算法： CM CM I k I )21('.

-= CN CN

I k I )21('.-=

式中：K 为电容电流补偿系数定值KIC

并联电抗器可吸收部分电容电流，本侧是否有并联电抗器，由开入“并联电抗器投入”识别 注意：只有投并联电抗器侧才进行并联电抗器的补偿 补偿后各侧电流：

每端的测量电流中减去补偿的电容电流,向对侧传送的电流值是经过补偿后的电流值，不增加额外的工作量。

TV 断线时电容电流补偿：

取消补偿电容电流CM I 、CN I ，抬高差动定值门槛，即I cdset 取?

??

???15

.1,5.1,max c n bph dz X U I nI ； 式中dz I 为分相差动动作值， I bph 为正常时的不平衡电流。U n 为额定相电压，Y1为线路正序电纳。

d)TA 饱和判据

使用范围：只考虑短线路情况下会出现TA 饱和；

对于中长线路，中长线路的外部故障，电流互感器一般不饱和，能引起电流互感器饱和的内部故障，差流水平远远大于差动保护动作门槛，故中长线路不考虑TA 饱和 判别短线路方法：XL ×PT/CT<9

饱和情况：当被保护线路区外故障时，可能由于短路电流大而导致TA 饱和，从而使传变到二次侧的电流波

形发生畸变。由于两侧TA 暂态响应上的差异，在二次侧可能得到较大差流。较为常见的一种情况是两侧TA 一侧出现饱和，一侧不饱和，此时差流将达到一较大值。 解决办法：

（1）故障开始的5ms 内，TA 不会发生饱和，k 取值小于1，保证大部分区内故障可以动作 （2）故障5ms 后抬高k 值，投入TA 饱和判据

（3）若判别TA 饱和，一直投高k 值；若判别TA 未饱和，则投入低k 值 （验证：对于短线路，差动保护是否无反时限的说法？） TA 饱和判别：

采用波形畸变识别法

饱和波形

e) TA 断线

·TA 断线引起保护启动

一侧TA 断线时，如果此时负荷电流的较大，断线侧可能会突变量起动，同时可能使差流达到差动动作门坎。但由于对侧差动起动元件须经电压突变量元件开放，故对侧不会起动，因此保护不会误动。在保护起动返回后经1秒延时后发出TA 断线信号，并指出是线路哪一侧TA 断线。

·TA 断线保护未启动

判据1：

C N M I In I I ?+?+1.0.

.φφ

n 03.0.

I I M ?φ

判据2：

C N M I In I I ?+?+1.0.

.

φφ

n 03.0.

I I M >φ

||25.0.

.

φ

φφφN M N M I I I I -?+ 式中①C I ?=0（电容电流补偿投入或YC1=0 YC0=0） ②C I ?=1.5IC （IC=Un*Y1）

满足判据1，为本侧TA 断线；

满足判据2，本测报差流长期存在，可能为对侧TA 断线。

TA 断线时退出零序差动保护；

TA 断线时，保护根据“TA 断线闭锁保护”控制字来决定是否闭锁差动保护。如果闭锁保护，采用分相闭锁断线相的闭锁方式；

TA 断线消失10秒后，退出保护重新投入。

f)TV 断线

判据1：保护未启动

求和自检控制字“ZJ ”投入

v U U U C

B A 8>++ 判据2：保护未启动

求和自检控制字“ZJ ”投入

v U A 8< 且v U B 8< 且v U C 8< （母线侧TV ，即XLTV=0） 或V

U A

8< 且V

U B

8< 且V

U C

8< 且

In I A

04.0> 或TWJ 未动作。（线路侧TV ，即

XLTV=1

）

g)测试防误逻辑

·两侧压板互相闭锁逻辑

为防止运行人员操作中一侧先退差动保护压板而造成差动保护另一侧误动，保护增加两侧压板互相闭锁功能。任一侧差动保护压板退出，则另一侧差动保护也退出，同时给出“两侧差动保护压板不一致”报文。

·对端保护状态监测逻辑

为防止一端保护装置在测试或其它操作时错误的电流数据传送到对侧引起对侧差动保护误动，保护增加了对端保护状态监测逻辑。一旦对侧开关或刀闸在三跳位，保护将从对端接收到的电流数据强制为0。

h)数据传输及传输内容

·数据的传输

保护未启动时，每5ms传送一次当前最新数据窗全周傅氏算法的电流相量值。

保护启动时，每5ms传送一次小矢量值。每周波四个小矢量。保护启动后第一个小矢量数据窗从启动时刻开始，第二个小矢量数据窗向后顺延5ms，以此类推。

·传输内容

命令格式 37H ——从端请求同步

73H ——主端返回带同步信息的帧

6DH ——从端同步调整完成，请求主端确认

本侧信息包括以下内容：

*主从状态（2bits）

*启动信息（1bits）

*三相差动元件输出信号（2bits）

*远跳命令（４bits）

*TA状态（1bits）

*就地测试功能开关状态（1bits）

*压板状态（1bits）

*采样同步信号（1bits）

*同步测试触发信号（1bits）

*备用（2bits）

电流量：

IA IB IC三相电流向量的实部和虚部，各占两字节

主从定位数据帧格式：

*注：主从状态 0072H——从机状态 004dH——主机状态

dd4dH ——自环状态 0000H ——未定状态

i) 同步采样调整

采样不同步的原因： ·两侧装置上电时刻的不一致

· 一侧数据传送到另一侧有通道时延和数据接收时延 · 两侧装置晶振存在固有偏差 同步调整：

通过同步调整可解决两侧采样不同步。将两侧装置一侧设定为采样参考端，一侧设为采样同步端，采样参考端保持采样频率不变，同步端以采样参考端为基准，将自己采样频率调整成和采样参考端一致的过程称为同步调整。

主从定位：（自适应主从定位）

*装置上电时，根据通道参数（随机）确定采样参考端和采样同步端； *两侧参数都带有序号传往对侧，两侧比较需基于同一序号； *两侧通信时，一次比较确定采样基准； *自环时，连续8次参数比较相同认为自环；

*一侧复位或采样参考标识丢失，直接根据对侧采样参考标识确定

同步方式主要有： 采样数据调整法 采样时刻调整法 基于GPS 的同步方法

本装置采用：采样序号调整法（即两侧同一时刻采样的序号） 具体同步调整过程如下： * 确定通道延时td

t （主）参考端

td td （从）同步端

t1 t2

同步端在上电初，在t1时刻向同步端发同步命令，当参考端收到同步命令时，在最近的一个采样时刻向同步端发送参考信息，同步端在t2时刻收到（如上图）。设采样周期为T ，则有：

()

2

12t t t t d

--=

一直计算到d t 为一恒定值并记忆。

* 确定同步端采样时刻T ’

当td 稳定后，同步端即可进行采样时刻计算并进行调整。

t 参考端

t1 td t2 T ? T ’ 同步端

N(i) t3 t ?

由上图可知，t3时刻为对侧采样时刻，而32t t -就是通道延迟td ，图中各量有以下关系： td=nT+t ?(n=0,1,2,……..) 即 t ?=td-nT(n=0,1,2,……..)

由上图可知：只要同步端由t2时刻起经过T ?时间段开放采样中断即可。T ?由下式确定： T ?=T-t ? * 同步调整

同步端按T ?调整采样时间，即T ’=t2+T ?。

在两端保护调整进入同步采样状态后，装置显示“进入同步”报告，以便于进行双端试验。

j)远传和远方跳闸功能

远传：本侧差动保护装置远传端有开入，装置将远传命令传给对侧差动保护，对侧差动保护在收到远传命令后，开出远传接点（继电器接点或光隔接点）

远方跳闸：本侧差动保护装置远方跳闸端有开入，装置将远方跳闸命令传给对侧差动保护，对侧差动保护在收到远方跳闸命令后，控制字中投“YTTR 远跳投入”且“YTBS 远跳不经本地闭锁”时，对侧差动保护永跳出口；控制字中投“YTTR 远跳投入”且“YTBS 远跳经本地闭锁”时，对侧差动保护经相电流突变量启动元件开放后永跳出口。

k)跳闸逻辑

·分相差流本身具有选相功能，仅某相差流满足出口条件，单跳出口；两相以上差流满足出口条件，三跳

出口

·有手合开入且满足差动出口条件，发三跳及永跳

·本保护发单跳令后，检测故障相一直有流（认为开关失灵），持续250ms 后发“单跳失败”报文，同时发

三跳令；

·本保护发三跳令后，检测三相电流，任一相一直有流，持续250ms 后发“三跳失败”报文，同时发永跳

令；

·本保护发永跳令后，检测三相电流，任一相一直有流，持续5s 后发“永跳失败”报文

l)创新和应用

·每周96点高速采样，具有极强的数据抗干扰和谐波抑制能力 ·自主开发的快速变数据窗相量算法，保护典型动作时间15ms ·相量算法最短5ms 数据窗具有天然的抗TA 饱和能力 ·全自动主从定位技术，不需用户整定

·创新提出采样序号调整法作为数据同步调整方式

·首次提出“软TA变比”概念，自适应线路两侧不同的TA变比

·基于波形畸变的TA饱和检测技术

·完善的TA断线检测，断线后分相闭锁差动保护

·自适应弱电源系统解决方案

·永久性故障识别技术，避免重合闸对系统的二次冲击

（注：素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）