南瑞光纖電流縱差保護.ppt

1、南京南瑞繼保電氣有限公司,輸電線路光纖電流縱差保護 介紹,RCS-931保護配置,RCS-943保護配置,光纖電流縱差保護原理,以母線流向被保護線路方向為正方向 動作電流(差動電流)為： 制動電流為： 動作電流與制動電流對應的工作點位于比率制動特性曲線上方，繼電器動作。,輸電線路電流縱差保護原理,線路內(nèi)部短路 動作電流： 制動電流： 因為 繼電器動作。 凡是在線路內(nèi)部有流出的電流，都成為動作電流。,輸電線路電流縱差保護原理,線路外部短路 動作電流： 制動電流： 因為 繼電器不動。 凡是穿越性的電流不產(chǎn)生動作電流，只產(chǎn)生制動電流。,輸電線路電流縱差保護的主要問題, 電容電流的影響 電容電流是從線

2、路內(nèi)部流出的電流 ，因此它構(gòu)成動作電流。由于負荷 電流是穿越性的電流，它只產(chǎn)生 制動電流。所以線路投運空載合閘 和區(qū)外故障切除時，由于高頻分量 電容電流與工頻電容電流疊加使電容電流增大很多， 最容易造成保護誤動?？蛰d運行時，負荷電流是零只 有動作電流（電容電流），也要防止保護誤動。 解決方法： 提高起動電流定值但這將降低內(nèi)部短路的靈敏度。 必要時進行電容電流補償。 在軟、硬件設計中濾除高頻分量電流。,正常運行時有較大的電容電流 下表為各種電壓等級每百公里的典型電容參數(shù)和在額定電壓下的電容電流值。,零序容抗約為正序容抗的1.5倍,輸電線路電流縱差保護的主要問題, 重負荷情況下線路內(nèi)部經(jīng)高電阻接地

3、短路，靈敏度可能不夠。 負荷電流是穿越性的電流，它只產(chǎn)生制動電流而不產(chǎn)生動作電流。 經(jīng)高電阻短路，短路電流 很小，因此動作電流很小 因而靈敏度可能不夠。 解決方法： 采用工頻變化量比率差動繼電器和零序差動繼電器,輸電線路電流縱差保護的主要問題, TA斷線，差動保護會誤動。 為了在單側(cè)電源線路內(nèi)部短路時電流縱差保護能夠動作，因此差動繼電器在動作電流等于制動電流時應能保證動作。這樣在一側(cè)TA斷線時差動保護會誤動。 解決方法： 采取措施防止TA斷線時差動繼電器誤動。,輸電線路電流縱差保護的主要問題, 由于兩側(cè)TA暫態(tài)特性和飽和程度的差異、二次回路時間常數(shù)的差異在區(qū)外故障或區(qū)外故障切除時出現(xiàn)差動電流（

4、動作電流），容易造成差動繼電器誤動。 解決方法： 提高比率制動特性的起動電流和制動系數(shù)。在制動量上增加浮動門檻。,輸電線路電流縱差保護的主要問題, 兩側(cè)采樣不同步，造成不平衡電流的加大。 線路縱差保護與元件保護中用的縱差保護不同，線路縱差保護兩側(cè)電流是由不同裝置采樣的。兩側(cè)電流采樣時間不一致，使動作電流不是同一時刻的兩側(cè)電流的相量和，最大的誤差是相隔一個采樣周期（931保護是0.833ms,折合工頻電角度為 ）。這將加大區(qū)外故障時的不平衡電流。 解決方法： 使兩側(cè)采樣同步，或進行相位補償。,931保護中差動繼電器的種類和特點,工頻變化量分相差動繼電器的構(gòu)成 動作電流： 制動電流： 取為定值單中

5、差動電流高定值、4倍實測電容電流和 中的最大值。由于 基本是4倍電容電流,依靠定值躲電容電流影響.,931保護中差動繼電器的種類和特點,工頻變化量差動繼電器的特點 不受負荷電流的影響。因此負荷電流不會產(chǎn)生制動電流。 受過渡電阻的影響也較小。 在單側(cè)電源線路上發(fā)生短路，只要短路前有負荷電流，短路后無電源側(cè)的工頻變化量電流也會形成動作電流。 由于上述原因該繼電器很靈敏。提高了重負荷 線路上發(fā)生經(jīng)高電阻短路時的靈敏度。,931保護中差動繼電器的種類和特點,穩(wěn)態(tài)段分相差動繼電器的構(gòu)成 動作電流： 制動電流： 取為定值單中差動電流高定值、4倍實測電容電流和 中的最大值。依靠 定值躲電容電流。,931保護

6、中差動繼電器的種類和特點,穩(wěn)態(tài)段分相差動繼電器的構(gòu)成 動作電流: 制動電流: 取為定值單中差動電流低定值、1.5倍實測電容電流和 中的最大值。依靠定 值躲空載運行時的電容電流。 經(jīng)40ms延時動作。,931保護中差動繼電器的種類和特點,零序差動繼電器的構(gòu)成 動作電流: 制動電流: 為定值單中零序起動電流定值。 經(jīng)100ms延時動作。 零序差動繼電器本身無選相功能，所以再另外用穩(wěn)態(tài)分相差動繼電器選相。兩者構(gòu)成與門。,931保護中差動繼電器的種類和特點,零序差動繼電器的特點 由于不反應負荷電流，所以負荷電流不產(chǎn)生制動電流。 受過渡電阻的影響較小。 因此在重負荷線路上發(fā)生經(jīng)高電阻短路時靈敏度較高。,

7、931保護中差動繼電器的種類和特點,與零序差動繼電器配合使用作為選相用的穩(wěn)態(tài)分相差動繼電器的構(gòu)成 動作電流 為經(jīng)過電容電流補償后的差動電流。 制動電流: 為 、0.6倍實測電容電流和 中的最大值。制動 系數(shù)僅取為0.15。,931保護中差動繼電器的種類和特點,選相用穩(wěn)態(tài)分相差動繼電器特點 由于 值和制動系數(shù)值都取得很小，所以該繼電器很靈敏。不會影響零序差動繼電器的靈敏度。 由于 比電容電流小，故動作電流要經(jīng)電容電流補償。 當計算電容電流與實測電容電流相差較大時、判斷TV斷線時、判斷電容電流很小時，動作電流不再進行電容電流的補償。為防止電容電流的影響，將初始動作電流由 抬高到 。因為電容電流的補

8、償要用到TV的電壓和線路容抗的定值，而這些值現(xiàn)在可能是不正確的。,931保護中差動繼電器的種類和特點,選相用穩(wěn)態(tài)分相差動繼電器特點 判別計算電容電流與實測電容電流相差較大的條件 或 式中 為實測電容電流。上式說明可能整定 的 值有錯。 或 式中 為TA二次額定電流。該式說明電容電 流還比較大。 與式構(gòu)成與 門。滿足條件，不進行電容電流的 補償，而通過將起動電流定值提高到 來躲過電容電流的影響。,931保護中差動繼電器的種類和特點,選相用穩(wěn)態(tài)分相差動繼電器特點 判別電容電流很小的判據(jù) 及 滿足上兩判據(jù)說明電容電流很小，不需進行電容電流的補償。但為了在空載電容電流作用下該繼電器不誤動，將起始動作電

9、流由 抬高到 。因為電容電流很小，該 值也不是很大，不會影響線路內(nèi)部短路靈敏度。,電容電流的補償,其中 故而 對側(cè)相電壓、零序電壓，可根據(jù)本側(cè)電壓，電流和線路阻抗求得。,經(jīng)差動開放的遠方跳閘,裝置接收到對側(cè)的分相跳閘信號，用本側(cè)的高靈敏度的差動繼電器作為就地判據(jù)跳對應相。 高靈敏度的差動繼電器就用零差中的選相用的經(jīng)電容電流補償?shù)姆窒嗖顒永^電器。,防止TA斷線誤動的措施,差動保護部分的計算，包括:差動繼電器的計算、邏輯程序和出口程序都在故障計算程序中進行。所以也可以說只有起動元件起動后才投入差動保護。起動元件如果不起動，在正常運行程序中差動保護根本沒有計算，相當于差動保護沒有投入。,防止TA斷線

10、誤動的措施,防止TA斷線誤動的措施是：只有在兩側(cè)起動元件均起 動，兩側(cè)差動繼電器都動作的條件下才能發(fā)出跳閘命令。 為此，每一側(cè)差動繼電器動作后都要向?qū)?cè)發(fā)一個允許 信號。差動保護要發(fā)跳閘命令必須滿足如下條件: 本側(cè)起動元件起動 本側(cè)差動繼電器動作 滿足上述兩個條件，向?qū)?cè)發(fā)差動動作的允許信號。 收到對側(cè)差動動作的允許信號 這樣當一側(cè)TA斷線，由于電流有突變或者有零序電流， 起動元件可能起動，差動繼電器也可能動作。但對側(cè)沒 有斷線，起動元件沒有起動，差動繼電器沒有進行計算， 不能向本側(cè)發(fā)差動動作的允許信號。所以本側(cè)不誤動。,系統(tǒng)圖,斷線側(cè),非斷線側(cè),長期有差流的裝置異常信號,在TA斷線時應發(fā)長期

11、有差流的裝置異常信號。為此在 主程序中加一個有壓差流元件。該差流元件就用選相用 的穩(wěn)態(tài)分相差動繼電器，該繼電器十分靈敏?？捎行У?檢測出出現(xiàn)差電流的異常情況。 有壓差流元件的動作條件: 差流元件動作 差流元件的動作相或動作相間電壓 、 上兩條件與門經(jīng)10秒延時發(fā)長期有差流信號。 第一個條件說明有差電流，第二個條件說明系統(tǒng)無故 障，滿足這兩個條件說明可能是TA斷線，也可能是電 流的數(shù)據(jù)采集通道有故障。,長期有差流的裝置異常信號,在TA斷線側(cè)、 TA未斷線側(cè)，在主程序中有壓差流元件動作，10秒后都可發(fā)長期有差流信號。,長期有差流的裝置異常信號,裝置發(fā)了長期有差流的信號后 如果TA斷線閉鎖差動控制字

12、 則閉鎖差動保護。以防止TA斷線期間其它線路短路時誤動。 如果TA斷線閉鎖差動控制字 則不閉鎖差動保護。但是將差動繼電器的定值抬高到 TA斷線差流定值。該定值應按躲過線路兩側(cè)母線短路時流過本線路的最大短路電流整定。,弱電側(cè)電流縱差保護存在的問題,當有一側(cè)是弱電源側(cè)或無電源側(cè)，在線路內(nèi)部短路時，無電源側(cè)起動元件可能不起動。例如無電源側(cè)變壓器中性點不接地，短路前線路空載，短路后由于既無電流突變量又無零序電流，起動元件不動作。起動元件不動作，程序在正常運行程序。此時無電源側(cè)差動繼電器沒有進行計算，不會向?qū)?cè)發(fā)允許信號。導致電源側(cè)電流縱差保護拒動。 為解決該問題，931保護中增加一個低壓差流起動元件。

13、,低壓差流起動元件,除兩相電流差突變量起動元件、零序電流起動元件和不對應起動元件外，931保護再增加一個低壓差流起動元件。 低壓差流起動元件起動條件： 差流元件動作。該差流元件就是選相用的 穩(wěn)態(tài)分相差動繼電器。 差流元件的動作相或動作相間電壓 、 。 收到對側(cè)的差動動作的允許信號。,低壓差流起動元件,這樣在空載線路上發(fā)生短路時，如果無電源側(cè)變壓器中性點又不接地，使電流突變量和零序起動元件沒有起動。但無電源側(cè)由于： 差流元件動作。 差流元件動作相和動作相間的電壓就是短 路點的電壓。該電壓低于0.6倍額定電壓。 電源側(cè)短路后起動元件能起動，差動繼電 器動作，向無電源側(cè)發(fā)允許信號。所以無 電源側(cè)能收

14、到允許信號。 滿足上述三個條件無電源側(cè)差流起動元件起動，在故障計算程序中差動繼電器動作。向電源側(cè)發(fā)允許信號。所以電源側(cè)電流縱差保護可以動作發(fā)跳閘命令。,在N側(cè)斷路器處于三相跳閘狀態(tài)下線路上發(fā)生短路。N側(cè)所有起動元件都不會起動，故而N側(cè)無法向M側(cè)發(fā)允許信號，導致M側(cè)電流縱差保護拒動。 為此采取當三相 時發(fā)允許信號的措施。這樣當線路上發(fā)生短路時，對側(cè)電流縱差保護就可以動作。,三相 發(fā)允許信號的作用,對付兩側(cè)TA特性不一致的措施,如果兩側(cè)TA的暫態(tài)特性不相同、兩側(cè)TA飽和特性不同以及兩側(cè)二次回路時間常數(shù)不同將可能導致區(qū)外短路或區(qū)外短路切除時電流縱差保護誤動。 解決的措施是： 所有差動繼電器（除選相用

15、的差動繼電器外） 均采用較高的制動系數(shù)0.75。 差動繼電器的動作方程中均采用自適應的浮 動制動門檻。,同步采樣,線路兩側(cè)兩套裝置采樣時刻不可能完全相同。最大的采樣時刻誤差為一個采樣周期。931保護的采樣頻率為 ，采樣周期為 ，折合工頻電角度 。區(qū)外短路時兩個相差 的相量相減將產(chǎn)生不平衡電流。 解決的辦法有： 使兩側(cè)裝置同步采樣。 求出兩側(cè)采樣時刻差對應的工頻電角度，然 后進行相位補償。 931保護采用同步采樣方法。,同步采樣,裝置剛上電時，或測得的兩側(cè)采樣時間差 超過規(guī)定值時，啟動一次同步過程。 在同步過程中測量信號傳輸延時 ，并計算兩側(cè)采樣時間差 。然后由從機將采樣時刻作多次的小步幅調(diào)整，

16、直到兩側(cè)采樣同步為止。 在同步過程中兩側(cè)電流縱聯(lián)差動保護自動退出。但由于每次僅作小步幅調(diào)整，所以其它保護仍舊能正常工作，不必退出。,同步采樣,在正常運行中一直在測量兩側(cè)采樣時間差 。當測得的 大于步幅調(diào)整的時間時，從機立即將采樣時刻作小步幅調(diào)整。由于此時 的值很小，對保護沒有影響，故作這種調(diào)整時電流縱差保護仍然是投入的。,在64kb/s通信接口的條件下，實現(xiàn)了每周12點采樣數(shù)據(jù)的傳輸，而其他差動保護每周僅傳輸46點。每周12點的采樣數(shù)據(jù)保證了差動繼電器工作的正確性和工頻變化量差動繼電器的實現(xiàn)。 在2Mb/s通信接口的條件下，實現(xiàn)了每周24點采樣數(shù)據(jù)的傳輸及差動計算。,采樣數(shù)據(jù)的傳輸,本裝置通信

17、接口原理,其功能是將各電流量和開關量的二進制的電信號轉(zhuǎn)變成編碼形式的光信號。 裝置中的數(shù)據(jù)采用64Kb/s高速數(shù)據(jù)通道、同步通信方式。采用64Kb/s的傳輸速率，主要是考慮差動保護的數(shù)據(jù)信息，可以復接數(shù)字通信設備(PCM微波或PCM光纖通信) 的64Kb/s數(shù)字接口，從而實現(xiàn)遠距離傳送。 具體功能是將串行通信控制器（SCC）收發(fā)的反應電流量和開關量的電信號的NRZI碼變換成64Kb/s同向接口的線路碼型，然后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換變成光信號，再由光纖通道來傳輸。,本裝置通信接口原理,外部通信方式一專用光纖方式,采用專用光纖光纜時，線路兩側(cè)的裝置通過光纖通道直接連接。,專用光纖方式時的同步時鐘提取,由于裝置

18、是采用64Kb/s同步數(shù)據(jù)通信方式，就存在同步時鐘提取問題。 采用專用光纖通道時，裝置的時鐘應采用內(nèi)時鐘方式，即兩側(cè)的裝置發(fā)送時鐘工作在“主主”方式，數(shù)據(jù)發(fā)送時鐘采用本機的內(nèi)部時鐘，接收時鐘從接收數(shù)據(jù)碼流中提取。,外部通信方式二通過64Kb/s同向接口復接PCM通信設備,需在通信機房內(nèi)加裝一臺專用光電變換的數(shù)字復接接口設備MUX-64。它通過雙絞線與PCM設備相連。,外部通信方式二通過2048Kb/s同向接口復接PCM通信設備,需在通信機房內(nèi)加裝一臺專用光電變換的數(shù)字復接接口設備MUX-2M。它通過75歐姆同軸電纜與PCM設備相連。,復接PCM通信設備時的同步時鐘提取,若通過64Kb/s或20

19、48Kb/s同向接口復接PCM通信設備時，裝置必須采用外部時鐘方式，即兩側(cè)裝置的發(fā)送時鐘工作在“從從”方式。數(shù)據(jù)發(fā)送時鐘和接收時鐘為同一時鐘源，均是從接收數(shù)據(jù)碼流中提取，否則會產(chǎn)生周期性的滑碼現(xiàn)象。 PCM通信設備的通信時鐘設定。若兩側(cè)采用SDH通信網(wǎng)絡設備時，兩側(cè)的通信設備不必進行通信時鐘設定。若兩側(cè)采用PDH準同步通信設備時，還得對兩側(cè)的PDH通信設備進行通信時鐘設定。即把一側(cè)的通信時鐘設為主時鐘（內(nèi)時鐘），另一側(cè)通信時鐘設為從時鐘，否則會因為PDH的速率適配，而產(chǎn)生周期性的數(shù)據(jù)丟失（或重復）問題。,復接PCM通信設備時的同步時鐘提取,MUX-64B、MAX-2M繼電保護信號數(shù)字復接接口,

20、作用：進行光電轉(zhuǎn)換。 進行代碼變換。 用途：作為光信號輸出設備與PCM通信設備的中 間接口裝置。具體為： 作為光纖保護（RCS-931、943、953)與PCM 設備的中間接口裝置。見前面圖。 作為繼電保護光纖通信接口裝置（FOX-40E) 與PCM設備的中間接口裝置。見下面圖。,MUX-64B、MAX-2M作為FOX-40E、F與PCM設備的中間接口裝置,MUX-64B繼電保護信號數(shù)字復接接口原理,由光電變換、發(fā)送碼型變換、收發(fā)終端及接收碼極性轉(zhuǎn)換幾個部分組成。 光電變換實現(xiàn)光信號和電信號之間的轉(zhuǎn)換。 碼型變換將光纖編碼信號轉(zhuǎn)換成符合ITU.-G.703的64kb/S同向接口規(guī)約的信號。 收

21、發(fā)終端實現(xiàn)與數(shù)字通信設備的64kb/S同向接口的碼型的單、雙極性轉(zhuǎn)換以及電平、阻抗匹配。,MUX-2M繼電保護信號數(shù)字復接接口 原理,代碼變換規(guī)則,第一步：一個64kb/s周期分成四個單位間隔。 第二步：二進制的1編成四個比特的碼組：1100。 第三步：二進制的0編成四個比特的碼組：1010。 第四步：通過交替變換相鄰碼組的極性，把二進制信號 轉(zhuǎn)換成三電平信號。 第五步：每第八碼組破壞碼組的極性交替。 第六步：對破壞碼組的最后一比特進行標志，得到八個 碼組的定時。 把二進制信號轉(zhuǎn)換成三電平信號是為了在電信號中 消除直流分量。 上述變換規(guī)則在下圖中說明。,代碼變換規(guī)則示意圖,FOX40-E、F繼

22、電保護光纖通信接口裝置,用途：保護裝置的邏輯命令信息（開關量的電信號）與 光纖通道聯(lián)系的中間設備。發(fā)送與接收的命令信 息最多可達4個，因此可作為分相式的縱聯(lián)距離、 縱聯(lián)方向保護與光纖通道之間的中間設備。 作用：光電變換。 編碼、譯碼。 聯(lián)接方式： 線路兩側(cè)的FOX-40E、F直接用專用光纖光纜相連， 見下面圖例。 FOX-40E、F經(jīng)MUX-64、MUX-2M復接PCM通信設 備，見下面圖例。,線路兩側(cè)FOX-40E、F直接用光纖光纜相連圖示,FOX-40E、F經(jīng)MUX-64、MUX-2M復接PCM通信設備,FOX40E、F原理圖,定值整定 TA變比系數(shù),將電流一次額定值大的一側(cè)整定為1，小的

23、一側(cè)整定為本側(cè)電流一次額定值與對側(cè)電流一次額定值的比值，與兩側(cè)的電流二次額定值無關。例如，本側(cè)一次電流互感器變比為1250/5，對側(cè)變比為2500/1，則本側(cè)TA變比系數(shù)整定為0.5，對側(cè)整定為1.00。,定值整定差動電流高定值,按不小于4倍的電容電流整定； 一般而言，應按不小于0.2倍額定電流整定，根據(jù)區(qū)內(nèi)故障短路電流校驗其靈敏度。線路兩側(cè)應按一次電流相同折算到二次整定。,定值整定差動電流低定值,按不小于1.5倍的電容電流整定；一般按不小于0.1倍額定電流整定，根據(jù)最小運行方式下區(qū)內(nèi)故障短路電流校驗其靈敏度。線路兩側(cè)應按一次電流相同折算到二次整定。,定值整定 TA斷線差流定值,當TA斷線不閉鎖差動保護時，差動保護的動作值。 該定值應躲過線路兩側(cè)母線短路時流過本線路的最大短路電流。,定值整定線路正序容抗、線路零序容抗,在短線路上，當線路的電容電流小于0.1倍額定電流時，電容電流補償沒有實際意義,可按下列定值整定線路正序容抗和零序容抗（二次值）： 或 在超高壓長線路上，線路的電容電流較大，正序、零序容抗按線路全長的實際參數(shù)整定（二次值）。當整定的容抗比實際線路容抗大，滿足實測的電容電流大于 值時，裝置報“容抗整定出錯”。整定時還需注意零序容抗正序容抗。,定值整定線路正序容抗、線路零序容抗 作為一個參考，每百公里各電壓等級架空線路的容抗和電容電流如下表