第四章 电网的差动保护
差动保护的基本原理
差动保护的基本原理差动保护是电力系统中常用的一种保护方式，用于检测电气设备发生故障时的电流差异，从而及时采取动作措施，防止故障扩大并保护设备安全运行。
本文将从差动保护的基本原理、差动保护的主要应用领域以及差动保护的发展趋势等方面进行详细介绍。
差动保护的基本原理差动保护是基于电流差动原理而建立的。
其基本原理是通过比较电流的进出差异来检测设备是否发生故障。
在理想情况下，正常工作时电流的进出应该是相等的，即电流之差为零。
如果设备发生故障，则电流发生偏差，进出电流之差将不为零，这时差动保护系统将发出动作信号，切断故障部分的电源，保护系统的正常运行。
差动保护系统主要由主保护和备用保护两部分组成。
主保护负责实现差动保护的主要功能，备用保护则在主保护系统发生故障时起到备份作用。
主保护系统通常由差动电流继电器、比较器以及动作执行器等组成。
差动电流继电器负责将进出电流进行比较，发现差异时输出信号给比较器，比较器再将信号转化为动作信号给动作执行器。
差动保护的主要应用领域差动保护广泛应用于电力系统的各个环节，包括发电厂、变电站以及配电网等。
在发电厂中，差动保护用于发电机组、变压器等设备的保护。
在变电站中，差动保护则用于变压器、电缆线路等高压设备的保护。
而在配电网中，差动保护主要应用于低压设备，如配电变压器、电缆线路等。
差动保护的发展趋势随着电力系统的不断发展和现代化要求的提高，差动保护也在不断演变和完善。
目前，差动保护已经实现了微机保护的发展，并结合了现代的通信技术。
微机保护使得差动保护系统的功能更加强大，可实现更精确的测量和判断。
通信技术的应用使得差动保护系统能够实现远程控制和监控，提高了运维效率和安全性。
此外，差动保护系统还在趋向智能化和自适应方向发展。
智能化差动保护系统能够实现自动分析故障类型和区域，准确识别故障类型并采取相应的保护措施。
自适应差动保护系统则能够根据电网的实际运行情况对差动保护参数进行动态调整，提高保护系统的适应性和准确性。
继电保护原理与整定计算
A、有时限的电流保护
一、工作原理
图6-17 单侧电源辐射线路过流保护 a——单侧电源辐射线路；b——过流保护的时限配合
单侧电源辐射线路过流保护
每一套保护装置除保护本线段内的相间短路外，还要对 下一段线路起后备保护作用（称为远后备）。
在线路的远端（如图中K点）发生短路故障时，短路电流 从电源流过保护装置1、3、5所在的线段，并使各保护装 置均起动。但根据保护的选择性要求，只应由保护装置1 动作，切除故障，其它保护装置在故障切除后均应返回。 所以应对保护装置1、3、5规定不同的动作时间，从用户 到电源方向逐级增加，构成阶梯形时限特性，如图b所示， 相邻两级的时限级差为△t，则有t5>t3>t1。
A、接线系数：
I r ——通过继电器的电流；
I 2 ——电流互感器的二次电流。
完全星形接线方式：
通过继电器的电流是互感器的二次侧电流 ，所以其接线系数Kwc：
不完全星形接线方式：
通过继电器的电流是互感器的二次侧电流 ，所以其接线系数Kwc：
两相电流差接线方式：
通过继电器的电流并不是互感器的
二次侧电流 ，所以其接线系数Kwc： 对称短路时： A、C相短路时 AB或BC相短路时 C相接地短路时
2、反时限保护的配合
反时限保护的动作时间与故障电流的大小成反比。因此， 在保护范围内的不同地点短路时，由于短路电流不同，保护 具有不同的动作时间。在靠近电源端短路时，电流较大，动 作时间较短。
多级反时限过流保护动 作时限的配合应首先选择 配合点，使之在配合点上 两级保护的时限级差为△t
3、定时限与反时限的配合
在无时限电流速断保护的基础上增加适当的延时（一般 为0.5～1s）,便构成时限电流速断.
差动保护
差动保护(2008-10-10 11:18:33)标签：杂谈1 差动保护原理简述变压器差动保护作为变压器的主保护,目前电网中的110 kV变压器的差动保护大多采用由多微机实现的比率差动保护。
之所以采用比率制动特性，是为了防止区外故障引起不平衡的差动电流造成保护误动。
由多微机实现的比率差动保护的动作特性如图1所示。
差动保护动作电流为I d，制动电流为I r，差动保护电流启动值为I cdqp，比率差动制动系数为Kbl，变压器的额定电流为Ie，图中的阴影部分为保护动作区。
如图2所示，输入变压器的电流：I1，I2，I3，由(I1 + I2 + I3)构成变压器的差动电流，即I d = (I1 + I2 + I3)作为差动继电器的动作量。
在正常运行或外部故障时，在继电器中电流Id在理想状态下等于零，因此差动保护不动作。
然而，由于变压器实际运行中引起的种种不平衡电流，使得差动继电器的动作电流增大，从而降低了保护的灵敏度。
2 产生不平衡电流的原因不平衡电流的产生有稳态和暂态两方面。
稳态情况下不平衡电流：²变压器各侧绕组接线方式不同；²变压器各侧电流互感器的型号和变比不相同，实际的电流互感器变比和计算变比不相同；²带负荷调分接头引起变压器变比的改变。
暂态情况下不平衡的电流：²变压器空载投入电源时或外部故障切除，电压恢复时产生的励磁涌流。
²短路电流的非周期分量主要为电流互感器的励磁涌流，使其铁芯饱和，误差增大而引起不平衡电流。
3 不平衡电流的影响及相应的防范措施变压器差动保护的不平衡电流直接影响到差动保护的选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
故此，分析其影响并采取相应的防范措施对提高变压器差动保护性能是十分重要的。
3.1 变压器高低压侧绕组接线方式不同的影响及其防范措施变压器接线组别对差动保护的影响。
如Yy0接线的变压器，因为一二次绕组对应相的电压同相位，所以一二次两侧对应相的相位几乎完全相同。
继电保护-第4章 电网的纵联保护
输电线路纵联保护
Pilot Protection for Transmission Lines
4.1
输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言（ 纵联保护的提出 ）
1. 电流、距离保护的缺陷
M 1 2 N 3
k1
k2
反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量 缺陷：Ⅱ段有延时，无法实现全线速动，
N
正常运行时：两侧的测量阻抗都是负荷阻抗， 距离Ⅱ段都不启动 外部故障时：至少有一侧的距离Ⅱ段不启动（反方向）
I U M M
M
U I N N
N
区内故障时：两侧的距离Ⅱ段同时启动
4.1.3 纵联保护的基本原理
1、纵联电流差动保护
基本原理：利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征。
I U M M
M SM SN
U I N N
N
正常运行或区外故障时：远故障点的功率方向是从母线流向 线路，功率方向为正；近故障点的功率方向是由线路流向母 线，功率方向为负。两端功率方向相反。 U I I U N
M
M
N
M SM SN
N
区内故障时：两端的功率方向都是从母线流向线路，同为正。
优点：不受系统振荡的影响，不受非全相的影响，简单可靠
缺点：导引线不能太长
4.2.2 电力线载波通信
将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高 频信号，经过高频耦合设备将高频信号加载到输电线 路上，输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波 信号传输到对侧，对端再经过高频耦合设备将高频信 号接收，以实现各端电流相位（或功率方向）的比较， 称为高频保护。
缺点： a. 施工的要求高，“焊接”难（熔纤机）； b. 光纤断裂难以查找； c. 通信距离还不够长。 光纤通讯网是电力通讯网的主干网，基于光纤通信的纵联保 护成为主流模式。
有源配电网电流差动保护应用技术探讨
b.响应速度：选择响应速度较快的差动保护设备，以便在短时间内切除故障设 备，防止事故扩大。
c.可靠性：选用高可靠性的差动保护设备，以确保在系统发生故障时能够可靠 动作，提高系统的稳定性。
3、安装方式
差动保护设备的安装方式对保护效果也有重要影响。在安装过程中，需要注意 以下几点：
a.安装位置：根据配电网的结构和设备配置，选择合适的安装位置，以便于差 动保护设备的接入和系统监控。
c.配置高性能的硬件和软件：选用具有高速数据处理能力的硬件设备和先进的 算法软件，以提高差动保护的响应速度和准确性。
2、设备选型
选择合适的电流差动保护设备是保证有源配电网安全运行的关键。在设备选型 过程中，需要注意以下几点：
a.设备容量：根据配电网的规模和设备配置，选择合适容量的差动保护设备， 确保其能够满足系统的要求。
电流差动保护的基本原理
电流差动保护是一种基于比较各端口电流相位和幅值的保护方法。在正常运行 时，各端口的电流矢量之和为零，即流入电流等于流出电流。当设备发生故障 时，各端口电流矢量之和不再为零，差动保护装置会迅速动作，切除故障设备， 防止事故扩大。
有源配电网电流差动保护的发展 历程
随着电力电子技术的发展，有源配电网电流差动保护得到了广泛应用。与传统 电流差动保护相比，有源配电网电流差动保护具有以下优点：
1、提高采样装置的精度：为了获得更准确的电流信息，需要研究高精度、高 速的电流采样技术和算法，以提高差动保护的准确性和可靠性。
2、加强设备的同步性：在多设备互联互通的情况下，需要研究高效的同步技 术，以保证各设备之间的同步性和信息的一致性。
3、优化通信网络结构：为了提高通信网络的稳定性和可靠性，需要研究优化 通信网络结构和通信协议的方法，以满足大规模、高密度通信需求。
电网的差动保护
分布式能源与差动保护
分布式能源
随着可再生能源的发展，分布式能源已成为未来的重 要趋势。分布式能源具有分散性、灵活性和环保性等 特点，但也给电网的稳定运行带来了挑战。
差动保护在分布式能源接入中的应用
在分布式能源接入电网的过程中，差动保护可以通过 对电流的实时监测和快速切除，保障电网的稳定运行 。同时，差动保护还可以通过优化配置，提高分布式 能源的利用效率。
差动保护需要与智能电网技术深度融合
智能电网是未来电网发展的重要方向，差动保护需要与智能电网技术深度融合，实现信息共享、远程监控、自动化控 制等功能，提高电网的智能化水平和运行效率。
差动保护需要加强人才培养和队伍建设
差动保护技术是专业性很强的领域，需要具备高素质的人才和专业的技术队伍来支撑其发展。未来需要 加强人才培养和队伍建设，提高技术人员的专业素质和技术水平。
目前，差动保护已经实现了数字化和智能化，采用光纤通信和微处理器技术，能 够实现快速、准确的故障检测和切除，为电力系统的安全稳定运行提供了更加可 靠的保障。
02 差动保护的基本原理
差动保护的工作原理
差动保护基于比较电网两侧电流大小 和方向原理工作，通过检测线路两端 电流的大小和相位，判断线路是否发 生故障。
根据差动元件的构成，差动保护可以分为电磁型差动保护和微机型差动保护。电磁型差动保护主要采用电磁式继电器，而微 机型差动保护采用微处理器和数字电路。
差动保护的优缺点
差动保护具有灵敏度高、动作速度快、可靠性高、受系统运行方式变化影响小等优点。在区内故障发 生时，差动保护能够快速切除故障，减小故障影响范围。
当线路正常运行或区外故障时，线路 两端电流大小相等、相位相反，差动 电流为零；当线路区内故障时，两端 电流大小不等、相位相同，差动电流 不为零。
线路差动保护原理
线路差动保护原理
线路差动保护是电力系统中常用的一种保护方式，它主要用于对输电线路进行
保护，能够有效地检测和定位线路中的故障，保障电网的安全稳定运行。
下面将对线路差动保护的原理进行详细介绍。
首先，线路差动保护的原理是基于比较两端电流的差值来实现的。
在正常情况下，线路两端的电流是相等的，而一旦出现故障，导致线路某一段的电流发生变化，这种差异就会被差动保护系统所检测到。
差动保护系统会对两端电流进行比较，一旦发现差值超出设定的范围，就会判定为线路发生了故障，并进行相应的保护动作。
其次，线路差动保护系统通常由主保护和备用保护组成。
主保护是指在发生线
路故障时，首先进行动作的保护装置，它的动作速度较快，能够快速切除故障段，避免故障扩大。
备用保护则是作为主保护的补充，当主保护失效时，备用保护能够及时接替主保护的功能，保证线路的安全可靠运行。
另外，线路差动保护系统还具有灵敏度高、动作速度快、可靠性强等特点。
它
能够对线路的各种故障进行快速准确的判断，并采取相应的保护动作，有效地保护了电力系统的设备和人员的安全。
此外，线路差动保护系统还能够实现远程通信和智能化管理，提高了电力系统的运行效率和管理水平。
总的来说，线路差动保护是电力系统中一种重要的保护方式，它通过比较线路
两端的电流差值来实现对线路的保护，具有灵敏度高、动作速度快、可靠性强等特点，能够有效地保障电网的安全稳定运行。
随着电力系统的不断发展和完善，相信线路差动保护技术会更加成熟和先进，为电力系统的安全运行做出更大的贡献。
发变组差动保护的原理及保护范围
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第四章 电网的差动保护
第一节 电网的纵联差动保护
线路纵差动保护是利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。
当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能瞬时切除故障。
－、纵联差动保护的工作原理
电网的纵联差动保护反应被保护线路首末两端电流的大小和相位，保护整条线路，全线速动。
纵联差动保护原理接线如下图所示。
流入继电器的电流为I 2—I 2'，即为电流互感器二次电流的差。
差回路：继电器回路。
正常运行：流入差回路的电流
外部短路：流入差回路中的电流为
指出：被保护线路在正常运行及区外故障时，在理想状态下，流入差动保护差回路中的电
流为零。
实际上，差回路中还有一个不平衡电流I bp 。
差动继电器KD 的起动电流是按大于不平衡电流整定的，所以，在被保护线路正常及外部故障时差动保护不会动作。
内部短路：流入差动保护回路的电流为
流入差回路的电流远大于差动继电器的起动电流，差动继电器动作，瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两侧断路器。
结论：1、差动保护灵敏度很高
2、保护范围稳定
3、可以实现全线速动
4、不能作相邻元件的后备保护
二、纵联差动保护的不平衡电流
由于被保护线路两侧电流互感器二次负载阻抗及互感器本身励磁特性不一致，在正常运行及保护范围外发生故障时，差回路中的电流不为零，该电流叫差动保护的不平衡电流 I bP 。
1．稳态情况下的不平衡电流
0n I n I I I I 'TA '1TA 1'2
2j ≈-=-= 0n I n I I I I 'TA 'd 1TA d 1'd 2d 2j ≈-=-= TA d 'TA 'd 1TA d 1'd 2d 2j n I n I n I I I I =+=+=
该不平衡电流为两侧电流互感器励磁电流的差。
差动回路中产生不平衡电流最大值为
式中 K TA 一电流互感器 10％误差；
K tx —电流互感器的同型系数，两侧电流互感器为同型号时，取0.5，否则取l ； I d •max —被保护线路外部短路时，流过保护线路的最大短路电流。
2．暂态不平衡电流
在外部短路时暂态过程中差回路出现的不平衡电流,其最大值为
式中K fz ——非周期分量的影响系数，在接有速饱和变流器时，取为1，否则取为1.5~2。
三、纵联差动保护的整定计算
差动保护的动作电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定
按躲开电流互感器二次断线整定
灵敏度校验：保护范围内故障时的最小短路电流与差动保护动作电流之比。
四、纵联差动保护的评价
优点：全线速动，不受过负荷及系统振荡的影响，灵敏度较高。
缺点：需敷设与被保护线路等长的辅助导线，且要求电流互感器的二次负载阻抗满足电流互感器10％的误差。
这在经济上，技术上都难以实现。
返回 第二节
平行线路横联差动方向保护
一、横联差动方向保护的工作原理
横差方向保护：是用于平行线路的保护装置，它装设于平行线路的两侧。
其保护范围为双回线的全长。
横差方向保护的动作原理是反应双回线路的电流及功率方向，有选择性地瞬时切除故障线路。
正常运行及外部发生短路：
两线路中的电流相等。
两电流互感器差回路中的电流仅为很小的不平衡电流，小于继电器的起动电流，电流继电器不会起动。
内部故障时 ：
如在线路XL －l 的d 点发生短路，M 侧电流继电器中的电流
TA
m ax
d tx TA m ax bp n I K K I ⋅⋅⋅⋅=m ax
d fz tx TA m ax bp 'I K K K I ⋅⋅⋅⋅⋅=TA
m ax
d fz tx TA k dz n I K K K K I ⋅⋅⋅⋅=TA
m ax fh k dz n I K I ⋅⋅=2I I K dz
m in d lm ≥=⋅
当I j ＞I dz 时，电流继电器1动作。
功率方向继电器2承受正方向功率动作，功率方向继电器3承受负功率不动作，因而跳开1QF 。
线路N 侧：流过差回路中的电流
当I j ＞I dz 时，电流继电器动作。
功率方向继电器 2'承受正功率，接点闭合，跳开 3QF 瞬时切除故障线路XL 一1横差保护退出工作，非故障线路XL 一2继续运行。
二、横联差动方向保护的相继动作区和死区
1、相继动作区
相继动作：线路两侧保护装置先后动作切除故障的方式。
相继动作区：产生相继动作的范围。
2、相继动作区长度的计算
假设相继动作区的临界点D 的短路电流与N 侧母线上的短路时的短路电流相等
M 侧保护中起动元件的一次动作电流为
依据电压平衡方程式 12-=dxl ta
j I n I ' '
1
xl dz 1xl dz dN I I I -⋅-⋅+= 2
xl dz 1xl dz M dZ I I I -⋅-⋅⋅-= L
Z I L Z I )L L (Z I 12xl dz M 1'
1xl dz M 11xl dz -⋅-⋅-⋅+=- '
)I I (n 1
I 2dxl 1dxl TA j ---=
相继动作区的长度用百分数表示
两侧保护相继动作区的总长度不得大于被保护线路总长的50％．
3、 死区
功率方向继电器采用90︒接线，但当出口发生三相短路时，母线残压为零，功率方向继电器不动作，这种不动作的范围称为死区。
死区在本保护出口，在对侧保护的相继动作区内。
在死区内发生三相短路，两侧横差保护都不能动作。
死区的长度不允许大于被保护线路全长的10％。
三、横联差动方向保护的整定计算
1．电流继电器的动作电流
（l ）按躲开外部短路最大不平衡电流整定
式中I 'bp •max —电流互感器 10％误差引起的最大不平衡电流
I 'bp •max =K TA · K fz · K tx ·I d •max ； I"bp •max —两回输电线路参数不同引起的最大不平衡电流； 电流继电器的起动电流
（2）躲开单回线运行时的最大负荷电流
2．灵敏度校验
L I I L dN
M dZ M ⋅=%100I I %100L L %L dN M dZ M M ⨯=⨯=⋅ )
I I (K I K I "
max bp '
max bp k max bp k dz ⋅⋅⋅+==TA dz j dz n I I =⋅m ax fh h
k j
dz I K K I ⋅⋅=
在相同灵敏系数点发生故障时，要求保护的灵敏度为2，即
四、横联差动方向保护的优缺点及应用范围
优点：能够迅速而有选择性地切除平行线路上的故障，实现起来简单、经济，不受系统振荡的影响。
缺点：存在相继动作区，当故障发生在相继动作区时，切除故障的时间增加1倍。
保护装置还存在死区。
需加装单回线运行时线路的主保护和后备保护。
应用：适用于66kV 及以下的平行线路上。
返回
2I I I I K N
dZ N d M dZ M d lm ≥==⋅⋅⋅⋅。