国家电网招聘考试高频考点继电保护：220kV线路电流纵联差动保护

　　随着光纤传输技术的发展，高频保护现已逐渐被电流纵联差动保护所代替。本篇推送将对220kV线路电流纵联差动保护的相关内容进行介绍。

　　电流纵联差动保护

　　电流纵联差动保护通过传输通道将线路两端的电气量(主要是电流量)传输到对侧，保护装置对线路两端的电流量进行比较计算，确定本段线路范围内是否存在差流，从而判断故障发生在区内还是区外，进而决定是否跳开线路两侧开关。

　　光纤通道

　　目前，电流纵联差动保护中的数据传输通道一般均为光纤。光纤通道具有以下优点：

      (1)不怕超高压与雷电电磁干扰；

      (2)对电场绝缘；

      (3)频带宽、衰耗低。

　　实际应用中，电流纵联差动保护的光纤通道一般采用两类：

      (1)专用光纤通道。专用光纤通道中仅传输保护信息，其优点是无需附加其他设备，不涉及通信装置。但光收发功率和光纤衰耗的限制，其传输距离一般在100km以内。

      (2)复用光纤通道。复用光纤通道利用数字脉冲编码调制(PCM)复接技术，将保护装置的光纤出口与通信设备复接形成复合通道(即保护与通信共用一个通道)。复用通道方式主要用于长距离输电线路的保护。

　　保护动作原理

      (1)基本原理

　　电流差动保护的基本原理是基尔霍夫电流定律，即线路正常运行或发生区外故障时，线路两端流过的电流矢量和为0；而发生内部故障时，线路两端电流的矢量和将不再为0，而是等于故障电流。以流出母线为电流正方向，电流差动保护原理如图1所示。

　　从图中可以看出，流过差动继电器KD的电流：Ik=IM+IN

      1)正常运行或区外故障时(L点)

　　若不考虑系统不平衡电流的影响，流过M侧的电流IM与流过N侧的电流IN大小相同，方向相反，其矢量和为0，即Ik=0，此时保护装置不动作。

      2)区内故障时(K点)

　　流过M侧的电流IM与流过N侧的电流IN大小相同，方向相同，其矢量和Ik=IM+IN，保护装置动作切除故障。

　　实际运行中，线路两端的电流受多方面影响，正常运行及区外故障时差动继电器中存在一定的不平衡电流。为防止区外故障时保护误动，在保护整定时需躲过区外故障时的最大不平衡电流，这将对电流差动保护的可靠性和灵敏度造成一定影响，因此电流纵联差动保护一般引入比率制动特性。

      (2)比率制动特性

　　比率制动的特点是，以线路两端电流的矢量和作为动作电流，以线路两端电流的矢量差作为制动电流。既可以保证外部故障时不会误动，同时对于内部故障可以保证较高的灵敏度。

　　动作电流：Id=|IM+IN|

　　制动电流：Ir =|IM - IN|

　　比率制动的特性曲线如图3所示。

　　其动作条件为Id>Iqd&Id>KrIr，其中Iqd为启动电流，Kr是比率制动系数。

      1)正常运行或区外故障时(L点)

　　此时动作电流Id=0，而制动电流Ir=|IM-IN|，为两倍的线路电流。不满足动作条件，处于制动区，差动保护不会动作。

      2)双电源区内发生故障时(K点)

　　此时动作电流Id=|IM+IN|等于线路故障电流，而制动电流Ir=0。满足动作条件，电流纵差保护动作跳开线路两侧开关。

　　通过分析可以看出，采用比率制动后，在区外故障时，虽然差动继电器中会流入较大不平衡电流，但制动电流很大，同时制动电流会随着区外故障电流的增大而增大，因此保护装置不会误动。而区内故障时，动作电流很大，制动电流很小，保护装置能够快速动作，具有较高的灵敏性。

      3)单电源区内发生故障时(K点)

　　若M侧为电源侧，则此时的动作电流和制动电流相等，即Id=Ir=|IM|，等于线路故障电流，为保证此时电流纵差保护正确动作，Kr的值应小于1，且Kr应取低定值用以提高保护装置的可靠性。

      4)CT断线

　　单侧CT断线与单电源区内发生故障的特征类似，为防止线路某一侧出现CT断线时电流纵差保护误动，电流纵联保护引入了启动元件。启动元件包括电流突变量启动、零序电流启动和弱馈低电压启动元件，任一启动元件启动后，都将启动保护并开放出口继电器的正电源。

　　当线路某一侧保护装置的电气量达到启动值后，启动元件将动作，并向对侧发差动允许信号，只有线路两侧的启动元件均动作后，线路电流纵差保护才会动作，这就有效避免了CT断线对电流纵差保护的影响。

　　不平衡电流

　　前文提到线路正常运行及区外故障时差动继电器中存在一定的不平衡电流，不平衡电流产生的原因主要有以下几个方面：

      (1)线路电容电流；

      (2)CT饱和；

      (3)两侧CT特性不一致；

      (4)采样不同步。

　　其中，采样不同步主要是因为线路两端保护装置的电流采样是独立进行的，其采样周期存在一定差异。这就造成差动继电器计算时的电流可能并非同一时刻，从而产生差流。其他几个原因此处不再赘述。

　 数据同步

　与高频保护传输的闭锁信号不同，电流纵差保护通道传输的是电流量，而电流量只有对同一时刻的计算才有意义。因此，为保证差动电流计算的正确性，需要保证计算的电流是同一时刻，这就要求线路两端对各电流数据进行同步化处理。

　　目前，常用的同步处理方法有：(1)采样数据修正法；(2)采样时刻调整法；(3)时钟校正法；(4)基于参考矢量的同步法；(5)GPS同步法。

　　数据同步的实质是通过计算线路两端采样的时间差和通道数据传输的延时，进而对采样数据或采样时刻进行调整，其原理与智能站同步对时(原文链接)类似。

　　远跳功能

      220kV线路高频保护中讲到，高频保护的远跳功能通过其他保护停信实现，而电流纵联保护的远跳功能通过远方跳闸开入端子实现。母差、失灵保护的动作接点接于电流纵联保护的远方跳闸端子，母差、失灵保护动作后将通过远跳端子向对侧保护发“远跳”信号，对侧保护装置接收到此信号后驱动永跳，进而快速切除故障线路。

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