电流差动继电器简介

电流差动继电器由变化量相差动继电器、稳态相差动继电器、零序差动继电器和差动联跳继电器4个部分组成。

（1）变化量相差动继电器

动作方程：

式中　ΔICDΦ——工频变化量差动电流，ΔICDΦ=即为两侧电流变化量矢量和的幅值；

ΔIRΦ——工频变化量制动电流，ΔIRΦ=ΔIMΦ+ΔINΦ即为两侧电流变化量的标量和。

IH由是否采取电容电流补偿决定，而实测电容电流由正常运行时未经补偿的差动电流获得。当电容电流补偿投入时，IH为“1.5倍差动电流定值”（整定值）和4倍实测电容电流的大值；当电容电流补偿不投入时，IH为“1.5倍差动电流定值”（整定值）、4倍实测电容电流和的大值。

（2）稳态Ⅰ段相差动继电器

动作方程：

式中　ICDΦ——差动电流，ICDΦ=即为两侧电流矢量和的幅值；

IRΦ——制动电流；IRΦ=即为两侧电流矢量差的幅值；

IH定义同上。

（3）稳态Ⅱ段相差动继电器

动作方程：

当电容电流补偿投入时，IM为“差动电流定值”（整定值）和1.5倍实测电容电流的大值；当电容电流补偿不投入时，IM为“差动电流定值”（整定值）、1.5倍实测电容电流和的大值。

ICDΦ、IRΦ定义同上。

稳态Ⅱ段相差动继电器经25 ms延时动作。

（4）零序差动继电器

对于经高过渡电阻接地故障，采用零序差动继电器具有较高的灵敏度，由零序差动继电器，通过低比率制动系数的稳态差动元件选相，构成零序差动继电器，经40 ms延时动作。其动作方程：

式中　ICD0——零序差动电流，ICD0=即为两侧零序电流矢量和的幅值；

IR0——零序制动电流；

IR0=即为两侧零序电流矢量差的幅值；

ICDΦ、IRΦ定义同上。

无论电容电流补偿是否投入，IL均为“差动电流定值”（整定值）和1.25倍实测电容电流的大值。

（5）差动联跳继电器

为了防止长距离输电线路出口经高过渡电阻接地时，近故障侧保护将立即启动。但受助增的影响，远故障侧可能由于故障量不明显而不能启动，差动保护不能快速动作。为此，本装置设有差动联跳继电器：即本侧任何保护动作元件动作（如距离保护、零序保护等）后，立即发对应相联跳信号给对侧；当对侧收到联跳信号后，启动保护装置，并结合差动允许信号联跳对应相。

（6）电容电流补偿

对于较长输电线路，电容电流较大，为提高经过渡电阻故障时的灵敏度，需进行电容电流补偿。传统的电容电流补偿法只能补偿稳态电容电流，在空载合闸、区外故障切除等暂态过程中，线路暂态电容电流很大，稳态补偿方式就不能将此时的暂态电容电流进行补偿。为此，提出以下暂态电容电流补偿方法。

对于不带并联电抗器的输电线路，其Ⅱ型等效电路如图5.4所示。

图5.4　不带并联电抗器线路的Ⅱ型等效电路

图中，各个电容的电流可通过下式计算得到：

式中　ic——通过各个电容的电流；

C——电容值；

uc——电容两侧的电压降。

求出各个电容的电流后，即可求得线路各相的电容电流。由于不同频率的电容电压、电流都存在式（5.9）关系，计算的电容电流对于正常运行、空载合闸和区外故障切除等情况下的电容电流稳态分量和暂态分量都能给予较好的补偿，提高了差动保护的灵敏度。

对于安装有并联电抗器的输电线路，由于并联电抗器已经补偿了部分电容电流，差动保护时，需补偿的电容电流为式（5.9）计算的电容电流减去并联电抗器电流iL，并联电抗器中性点接小电抗等效电路图如图5.5所示。

图5.5　并联电抗器中性点接小电抗等效电路图

电抗器上的电流和电压之间存在以下关系：

式（5.10）在t-Δt（）～t区间进行积分，可得：

对于较短的输电线路，电容电流很小，差动保护无须电容电流补偿功能即可满足灵敏度的要求。可通过控制字“电流补偿”将电容电流补偿功能退出。

（7）CT断线

CT断线瞬间，断线侧的启动元件和差动继电器可能动作，但对侧的启动元件不动作，不会向本侧发差动保护动作信号，从而保证纵联差动不会误动。非断线侧经延时后报“长期有差流”，与CT断线作同样处理。

CT断线时发生故障或系统扰动导致启动元件动作，若控制字“CT断线闭锁差动”整定为“1”，则闭锁电流差动保护；若控制字“CT断线闭锁差动”整定为“0”，且该相差流大于“CT断线差流定值”（整定值），仍开放电流差动保护。

（8）CT饱和(www.xing528.com)

当发生区外故障时，CT可能会暂态饱和，装置中由于采用基于异步法的抗CT饱和判据和自适应浮动制动门槛，以保证在较严重的暂态饱和情况下不会误动。

（9）采样同步

两侧装置一侧作为参考端（识别码大的一侧），另一侧作为同步端（识别码小的一侧）。以同步方式交换两侧信息，参考端采样间隔固定，并在每一采样间隔中固定向对侧发送一帧信息。同步端随时调整采样间隔，直到满足同步条件为止。

两侧装置采样同步的前提条件为：

①通道单向最大传输时延≤15 ms。

②通道的收发路由一致（即两个方向的传输延时相等）。

（10）通道连接方式

装置可采用“专用光纤”或“复用通道”。在纤芯数量及传输距离允许范围内，优先采用“专用光纤”作为传输通道。当功率不满足条件，可采用“复用通道”。

专用光纤的连接方式如图5.6所示。

图5.6　专用光纤方式下的保护连接方式

64 Kbit/s复用的连接方式如图5.7所示。

图5.7　64 Kbit/s复用的连接方式

2 048 Kbit/s复用的连接方式如图5.8所示。

图5.8　2 048 Kbit/s复用的连接方式

双通道2 048 Kbit/s两个通道都复用的连接方式如图5.9所示。

图5.9　双通道2 048 Kbit/s复用的连接方式

双通道差动保护也可以两个通道都采用专用光纤；或一个通道复用，另外一个通道采取专用光纤，在这种情况下，通道A优先选用专用光纤。

（11）通信时钟

数字差动保护的关键是线路两侧装置之间的数据交换。本装置采用同步通信方式。

差动保护装置发送和接收数据采用各自的时钟，分别为发送时钟和接收时钟。保护装置的接收时钟固定从接收码流中提取，保证接收过程中没有误码和滑码产生。

发送时钟可以有2种方式，如下所述。

①采用内部晶振时钟。

②采用接收时钟作为发送时钟。

采用内部晶振时钟作为发送时钟常称为内时钟（主时钟）方式，采用接收时钟作为发送时钟常称为外时钟（从时钟）方式。两侧装置的运行有3种方式。

①两侧装置均采用从时钟方式。

②两侧装置均采用内时钟方式。

③一侧装置采用内时钟，另一侧装置采用从时钟（该方式使整定定值更复杂，不推荐采用）。

本装置通过整定控制字“通信内时钟”来决定通信时钟方式。控制字“通信内时钟”置为1，装置自动采用内时钟方式；反之，自动采用外时钟方式。

对于64　Kbit/s速率的装置，其“通信内时钟”控制字整定如下：

①保护装置通过专用纤芯通信时，两侧保护装置的“通信内时钟”控制字都整定为：“1”。

②保护装置通过PCM机复用通信时，两侧保护装置的“通信内时钟”控制字都整定成：“0”。

对于2 048 Kbit/s速率的装置，其“（通信内时钟）”控制字整定如下：

①保护装置通过专用纤芯通信时，两侧保护装置的“通信内时钟”控制字都整定为：“1”。

②保护装置通过复用通道传输时，两侧保护装置的“通信内时钟”控制字按如下原则整定。

a.当保护信息直接通过同轴电缆接入SDH设备的2 048 Kbit/s板卡，同时SDH设备中2 048 Kbit/s通道的“重定时”功能关闭时，两侧保护装置的“通信内时钟”控制字置1（推荐采用此方式）。

b.当保护信息直接通过同轴电缆接入SDH设备的2 048 Kbit/s板卡，同时SDH设备中2 048 Kbit/s通道的“重定时”功能打开时，两侧保护装置的“通信内时钟”控制字置0。

c.当保护信息通过通道切换等装置接入SDH设备的2 048 Kbit/s板卡，两侧保护装置的“通信内时钟”控制字的整定需与其他厂家的设备配合。

（12）纵联标识码

保护装置提供纵联标识码功能，以提高数字式通道线路保护装置的可靠性，分别采用“本侧识别码”和“对侧识别码”两项来完成纵联标识码功能。

本侧识别码和对侧识别码需在定值项中整定，范围均为0～65535，识别码的整定应保证全网运行的保护设备具有唯一性。即，正常运行时，本侧识别码与对侧识别码应不同，且与本线的另一套保护的识别码不同，也应该和其他线路保护装置的识别码不同（保护校验时可以整定相同，表示自环方式）。

保护装置根据本装置定值中本侧识别码和对侧识别码定值决定本装置的主从机方式，同时决定是否为通道自环试验方式。若本侧识别码和对侧识别码整定一样，表示为通道自环试验方式，若本侧识别码大于等于对侧识别码，表示本侧为主机，反之为从机。

保护装置将本侧的识别码定值包含在向对侧发送的数据帧中传送给对侧保护装置。对于双通道保护装置，当通道A接收到的识别码与定值整定的对侧识别码不一致时，退出通道A的差动保护，报“纵联通道A识别码错”“纵联通道A异常”告警。“纵联通道A识别码错”延时100 ms展宽1 s报警。通道B与通道A类似。对于单通道保护装置，当接收到的识别码与定值整定的对侧识别码不一致时，退出差动保护，报“纵联通道识别码错”“纵联通道异常”告警。