差動保護

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更新時間: 2013-12-12

差動保護是輸入的兩端CT電流矢量差,當達到設定的動作值時啟動動作元件。保護範圍在輸入的兩端CT之間的設備(可以是線路,發電機,電動機,變壓器等電氣設備)。

差動保護 -差動保護

 

差動保護 -正文
  比較被保護設備各埠電流的大小和(或)相位的繼電保護。當被保護設備在正常運行或外部短路以及系統振蕩時,由於被保護設備各埠電流之和等於零,所以差動保護不會誤動作;而在被保護設備本身發生內部短路時,各埠電流之和將等於總短路電流,差動保護將靈敏動作。
  為實現差動保護,就必須在被保護設備各埠裝設電流互感器(見互感器),並敷設長度與被保護設備相應的二次電纜,這就極大地限制了差動保護在超高壓遠距離輸電線上的應用。中國110~220kV輸電線應用差動保護限制在5~7km,稱為導引線保護;對於更長的超高壓輸電線差動保護,採用高頻載波通道來聯繫線路兩端的電氣量,稱為載波保護。為了簡化保護裝置和節省二次電纜,超高壓輸電線的導引線保護和載波保護通常均先將三相電流和(或)電壓經對稱分量濾序器變換為單相的對稱分量電流和電壓。為了導引線本身的安全和導引線保護裝置的可靠,還應裝設導引線的過電壓保護和斷線監視裝置。
  電力系統中除輸電線路外的其他電工主設備(如發電機、變壓器、電抗器、電動機、母線等),由於它們的延伸長度不大,一般不超過幾百米,很適合採用差動保護作為它們的主保護。因此差動保護成為電工主設備廣泛應用的一種繼電保護裝置。
  原理和特性  以兩埠的被保護設備為例,定義各埠電流夒M、夒N的正向為由埠流向被保護設備,如圖1所示。

差動保護差動保護

圖中

icdiMiN

icd為差動電流,它使差動保護動作。與此相應有

izd=iMiN

izd為制動電流,它使差動保護抑制動作。
  廣泛採用的差動繼電器具有比率制動特性(圖2),差動保護差動保護為最小動作電流;izd0為比率制動特性的拐點電流;idz為繼電器的動作電流,它隨制動電流izd的大小而變化;差動保護動作區為圖中的陰影部分。
  外部短路或系統振蕩時,夒M=-夒N,iM=-iN,相應有制動電流izd=2iM很大,差動電流icd≈0,保護不動作。內部短路時izd較小,icd很大,保護靈敏動作。
  母線保護  母線差動保護的突出問題是外部故障時故障支路電流特別大,相應的電流互感器嚴重飽和,而其他非故障支路的電流互感器飽和較輕,從而可能出現很大的不平衡電流而造成保護誤動作。為此母線差動保護要求所有支路的電流互感器具有同一變比,且有足夠飽和倍數。一種行之有效的方案是改用電壓型差動保護,即採用高阻抗的電壓繼電器作為差動保護的檢測元件,只要適當選取電流互感器二次迴路阻值和飽和電壓值,就可做到既不誤動又不拒動。這種電壓型差動保護雖然允許電流互感器飽和,但仍必須要求全部互感器變比相同,在實用上受到限制。一種允許互感器變比不同的母線保護方案是相位差動保護,即利用內部短路時各分支電流接近同相,外部短路時故障分支電流與非故障分支電流幾乎相差180°的相位關係,構成只比較相位不比較幅值的差動保護。這一方案不能用於一個半開關接線或多角形母線。
  變壓器保護 保護由於變壓器的各側繞組之間存在磁的耦合關係,使得它的差動保護與其他主設備的差動保護有很大不同,即在變壓器無內部故障的情況下,Icd等於勵磁電流,不為零,特別是當空投變壓器時,會呈現極大的勵磁涌流,這就容易使變壓器差動保護誤動作。目前用於防止勵磁涌流作用下保護誤動的方法主要有以下3種。
  ①利用涌流中常常含有大量非周期分量,即採用速飽和變流器來阻擋勵磁涌流流入執行元件。此方法的缺點是三相變壓器空投時往往有一相涌流無非周期分量,此時必須以提高整定電流的方法來防止誤動,這就降低了靈敏度;同時由於內部故障電流中也有非周期分量,所以這種保護的動作速度也不快。
  ②基於單相變壓器勵磁涌流中二次諧波/基波之比不小於17%,採用二次諧波制動方案。但研究表明,三相變壓器勵磁涌流中往往有一相或二相涌流的二次諧波成分小於15%。為此,採用「三相涌流中任一相二次諧波/基波之比大於15%時就立即閉鎖三相差動保護」的辦法。
  ③基於勵磁涌流波形的間斷角一定大於 60°的原理,構成間斷角原理的變壓器差動保護。
  鑒於現代超高壓遠距離輸電系統的分佈電容和靜止補償裝置的影響,使變壓器差動保護區內短路時也具有較大成分的頻率接近二次諧波的電流,使防止空投涌流下誤動的問題更加困難。利用變壓器鐵心勵磁特性來區分短路電流和勵磁涌流將為微機變壓器保護的構成提供新的可能性。