差动保护

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[外文]：differentialprotection比较被保护设备各端口电流的大小和（或）相位的继电保护。当被保护设备在正常运行或外部短路以及系统振荡时，由于被保护设备各端口电流之和等于零，所以差动保护不会误动作；而在被保护设备本身发生内部短路时，各端口电流之和将等于总短路电流，差动保护将灵敏动作。为实现差动保护，就必须在被保护设备各端口装设电流互感器（见互感器），并敷设长度与被保护设备相应的二次电缆，这就极大地限制了差动保护在超高压远距离输电线上的应用。中国110～220kV输电线应用差动保护限制在5～7km，称为导引线保护；对于更长的超高压输电线差动保护，采用高频载波通道来联系线路两端的电气量，称为载波保护。为了简化保护装置和节省二次电缆，超高压输电线的导引线保护和载波保护通常均先将三相电流和（或）电压经对称分量滤序器变换为单相的对称分量电流和电压。为了导引线本身的安全和导引线保护装置的可靠，还应装设导引线的过电压保护和断线监视装置。电力系统中除输电线路外的其他电工主设备（如发电机、变压器、电抗器、电动机、母线等），由于它们的延伸长度不大，一般不超过几百米，很适合采用差动保护作为它们的主保护。因此差动保护成为电工主设备广泛应用的一种继电保护装置。原理和特性以两端口的被保护设备为例，定义各端口电流夒M、夒N的正向为由端口流向被保护设备，如图1所示。图中icd＝iM＋iNicd为差动电流，它使差动保护动作。与此相应有izd=iM－iNizd为制动电流，它使差动保护抑制动作。广泛采用的差动继电器具有比率制动特性(图2)，为最小动作电流；izd0为比率制动特性的拐点电流;idz为继电器的动作电流，它随制动电流izd的大小而变化;差动保护动作区为图中的阴影部分。外部短路或系统振荡时，夒M＝-夒N，iM＝-iN，相应有制动电流izd＝2iM很大，差动电流icd≈0，保护不动作。内部短路时izd较小，icd很大，保护灵敏动作。母线保护母线差动保护的突出问题是外部故障时故障支路电流特别大，相应的电流互感器严重饱和，而其他非故障支路的电流互感器饱和较轻，从而可能出现很大的不平衡电流而造成保护误动作。为此母线差动保护要求所有支路的电流互感器具有同一变比，且有足够饱和倍数。一种行之有效的方案是改用电压型差动保护，即采用高阻抗的电压继电器作为差动保护的检测元件，只要适当选取电流互感器二次回路阻值和饱和电压值，就可做到既不误动又不拒动。这种电压型差动保护虽然允许电流互感器饱和，但仍必须要求全部互感器变比相同，在实用上受到限制。一种允许互感器变比不同的母线保护方案是相位差动保护，即利用内部短路时各分支电流接近同相，外部短路时故障分支电流与非故障分支电流几乎相差180°的相位关系，构成只比较相位不比较幅值的差动保护。这一方案不能用于一个半开关接线或多角形母线。变压器保护由于变压器的各侧绕组之间存在磁的耦合关系，使得它的差动保护与其他主设备的差动保护有很大不同，即在变压器无内部故障的情况下，Icd等于励磁电流，不为零，特别是当空投变压器时，会呈现极大的励磁涌流，这就容易使变压器差动保护误动作。目前用于防止励磁涌流作用下保护误动的方法主要有以下3种。（1）利用涌流中常常含有大量非周期分量，即采用速饱和变流器来阻挡励磁涌流流入执行元件。此方法的缺点是三相变压器空投时往往有一相涌流无非周期分量，此时必须以提高整定电流的方法来防止误动，这就降低了灵敏度;同时由于内部故障电流中也有非周期分量，所以这种保护的动作速度也不快。（2）基于单相变压器励磁涌流中二次谐波／基波之比不小于17％，采用二次谐波制动方案。但研究表明，三相变压器励磁涌流中往往有一相或二相涌流的二次谐波成分小于15％。为此，采用“三相涌流中任一相二次谐波／基波之比大于15％时就立即闭锁三相差动保护”的办法。（3）基于励磁涌流波形的间断角一定大于60°的原理，构成间断角原理的变压器差动保护。鉴于现代超高压远距离输电系统的分布电容和静止补偿装置的影响，使变压器差动保护区内短路时也具有较大成分的频率接近二次谐波的电流，使防止空投涌流下误动的问题更加困难。利用变压器铁心励磁特性来区分短路电流和励磁涌流将为微机变压器保护的构成提供新的可能性。