几种型号的分相电流差动保护的异同资料

几种常见型号的分相电流差动保护的比较

本文将对目前工区范围内常见的几种分相电流差动的保护原理，装置结构、日常运行操作等方面做一个简要的介绍和比较，从而找出其共性和不同之处，为日常运行工作提供参考。

1. 分相电流差动的基本原理

1) 基本原理

保护通过通讯通道把一端的带有时标的电流信息数据传送到另一端，各侧保护利用本地和对侧电流数据按相将同一时刻的电流值进行差动电流计算，比较两端的电流的大小与相位，以此判断出是正常运行、区内故障还是区外故障。

IM?IN?

以母线指向线路为正方向，根据基尔霍夫电流定律，在不考虑电容电流和CT采样误差的情况下：正常运行或区外故障时一侧电流由母线流向线路，为正值，另一侧电流由线路流向母线，为负值，两电流大小相同，方向相反，所以IM?IN?0，差流元件不动作。区内故障时两侧实际短路电流都是由母线流向线路，和参考方向一致，都是正值，差动电流会很大，满足差动方程，差流元件动作。

2) 与相差高频在原理上的区别

相差高频保护是比较被保护线路两侧电流相位的高频保护。当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁，两侧电流相位相反时保护动作跳闸。

两者区别在于相差高频不比较电流值只比较相位，分相电流差动同时比较两侧的电流幅值和相位。

3) 保护的通道

分相电流差动保护需要将线路两端的电流信息进行比较，应此要有专门的通道来传输这些电流信息，目前保护通道主要有载波通道与光纤通道。由于光纤通道具有可靠性好，传输信息量大的优点，因此分相电流差动保护均使用光纤通道。

光纤通道分为两种：一种为复用通道，另一种为专用通道。

专用光纤通道：专用纤芯方式相对比较简单，运行的可靠性也比较高 ，220kV及以下线路光纤保护多采用专用纤芯方式

复用光纤通道：两地之间通过通信网通信。由于通信网是复用的，所以需要用通信设备进行信号的复接。多用于500kV长距离输电线路。

??2. 分相电流差动保护的优势

与高频距离、相差高频等纵联保护相比分相电流差动主要有以下优点： A. 分相电流的差动保护中只要引入电流量就能实现故障判别，而无需引入电压量。因

而在原理上得到了很大的简化。

B. 分相电流差动保护中只对电流值进行测量计算，不对故障距离阻抗进行计算，因此

提高了耐过渡电阻的能力。

C. 分相电流差动保护中只要对两端电流差值和相位进行测量计算就能明确选出故障

相，故障选相变得非常容易，而这在其它保护方法中是难点。

D. 分相电流差动保护不受系统振荡影响。在系统振荡时两端电流方向与正常时相同，

相位的摆动完全一致，即使在系统振荡时发生故障，保护装置也能根据两端电流相位变化正确动作。

3. 220kV、500kV线路保护配置原则

根据《华东电网继电保护应用技术原则》规定，对于具有光纤通道的输电线路，优先配置光纤纵联差动保护。同杆并架线路应尽量采用分相电流差动保护作为线路主保护。

目前工区内220kV、500kV的线路保护陆续升级改造为双重化配置的分相电流差动保护。常见型号有南自的PSL-603，南瑞的PCS-931、四方的CSC-103和ABB的REL-561等。典型的双重化配置方式为：PCS-931+ PSL-603、PCS-931+ CSC-103、PCS-931+REL-561。

4. 常见型号的保护软件原理介绍

以上保护虽然都是基于基尔霍夫电流定律，但是在具体的实现手段、装置结构上还是有很大区别的。

首先将各保护的基本信息列表如下： 1) 各保护的基本配置 保护型号 PCS-931G PSL-603U CSC-103A REL-561 保护型号 PCS-931G

保护配置

分相电流差动（包含了变化量差动，稳态差动Ⅰ段、Ⅱ段），零序电流差动，工频变化量距离快速Ⅰ段，三段式相间、接地距离，零序方向过流

分相电流差动，零序电流差动，快速距离，三段相间、接地距离保护，零序方向过流保护，零序反时限

纵联电流差动，三段式相间和接地距离，四段式零序及零序反时限 分相电流差动，三段式距离，零序方向过流 保护动作时间

工频变化量：近端3～10ms末端?20ms

差动保护全线路跳闸时间：?25ms 距离Ⅰ段：?20ms

距离Ⅱ段、Ⅲ段：0～10s

后备段零序跳闸延迟时间：0～10s 快速距离：近端3～10ms

纵联保护全线速动不大于25ms 距离Ⅰ段：?20ms

距离方向元件：最小动作时间10ms 零序方向元件：最小动作时间10ms 差动元件：2倍整定时?20ms 距离元件Ⅰ段：近处故障?15ms 零序电流Ⅰ段：

整定范围

电流变化量启动元件0.1～0.5 In 零序过流启动元件0.1～0.5 In

距离保护0.01～25?/0.05～125?

2) 各保护的基本参数

PSL-603U

电流突变量启动元件：0.05A～2.5A 零序电流辅助气动元件：0.05A～2.5A 最小阻抗值为0.01?

CSC-103A

差动元件0.1～2In

距离元件0.01～40?/0.05～200? 零序过流元件0.1～20 In

3) 各保护的实现原理 A. 装置启动方式的差别

国外分相电流差动和国内分相电流差动保护在保护启动方式上存在根本不同。国外保护只要满足线路两侧差流高于门槛启动电流和制动电流即可选项动作，而国内保护均设置了装置总启动元件，在装置总启动元件动作后才开放出口正电源或负电源（PSL-603U开放出口负电源）。

启动元件动作之后才开放出口继电器正电源，主要起到了在系统正常运行时闭锁保护，而在系统发生异常时，使微机保护进入故障处理程序的作用，从而提高了装置工作的可靠性。

REL-561保护同样考虑到了保护动作安全性的问题，为了保证安全性，跳闸回路采用4取2或4取3逻辑，即连续进行4次测量，如果其中有2或3次满足跳闸条件方可跳闸。以

江都变为例，REL-561的定值中Evaluate整定项，整定为3 of 4，即为4取3逻辑。

国内保护的动作方式如图1：

保护启动差动元件动作&对侧允许信号跳闸 图1

国外保护的动作方式如图2：

差动元件动作跳闸图2

下表列出了国内几种型号保护的起动元件 保护型号 PCS-931G PSL-603U CSC-103A

启动元件

反应相间工频变化量的过流继电器、零序过流继电器、远跳启动、位置不对应启动

电流突变量启动、零序电流启动、静稳破坏启动、弱馈启动、TWJ辅助启动元件

电流突变量启动、零序电流启动、静稳破坏启动、弱馈低电压启动元件

各型号保护的启动元件各有特点，如PCS-931G的反应相间工频变化量的启动元件采用浮动门坎，正常运行及系统振荡时变化量的不平衡输出均自动构成自适应式的门坎，浮动门坎始终略高于不平衡输出，在正常运行时由于不平衡分量很小，而装置有很高的灵敏度。当系统振荡时，自动降低灵敏度，不需要设置专门的振荡闭锁回路。因此，装置有很高的安全性，起动元件有很高的灵敏度而又不会频繁起动，测量元件则不会误测量。

三种保护为了防止弱电源侧在故障时可能不启动的情况设置了弱馈启动和远跳启动元件，当弱电源侧收到对侧保护允许信号则判别电压量，若小于设定值时，本侧保护启动。

B. 差动保护判据的比较

下表列出了几种型号保护的差动保护判据 保护型号 PCS-931G PSL-603U CSC-103A REL-561

差动保护判据

电流差动保护、变化量差动保护、零序差动保护 电流差动保护、变化量差动保护、零序差动保护 电流差动保护、变化量差动保护、零序差动保护 电流差动保护

下面对这几种判据进行一下详细介绍：

i. 以全电流构成的电流差动保护判据常用的有2种，

????Id?IM?IN??? 公式1 ?IM?IN??Ic??2???Id?IM?IN?? 公式2 ????I?IM?INc????式中IM、IN为线路两端电流矢量，正方向为母线指向线路。

公式1为REL-561差动保护的判据，公式2是国产差动保护的判据。两者的差别就在于保护的制动量Ic的构成方式。对于公式1而言，其制动量是线路两侧电流向量模值的和；而国内判据的制动量则是由线路两侧电流向量差的模值所构成。公式2的优点在于内部故障时它有着足够的灵敏度，而外部故障时，又有着较强的制动性。但是，国产保护判据耐受电容电流的能力不如REL-561保护的强。而REL-561保护的判据的缺点在于内部故障和外部故障时具有相同的制动量，因此适应性不如国内的判据。

IdK2K1Iminopcross图3

Ic

图3为电流差动保护动作特性， K1、K2为比率制动系数，Iminop为最小动作电流 线路正常运行和区外故障时Id均为0，保护不动作。当发生区内故障，Id大于最小动作电流Iminop和制动电流K?Ic时，保护动作。

目前各种保护的差动保护均使用双斜率动特性，其目的就在于保证小电流时有较高的灵敏度，和在区外故障时因CT饱和产生传变误差时采用较高斜率的制动特性得到较高的可靠性。各厂家的不同处除了制动量表达式的不同，还有比率制动系数和cross（交叉点）的不同。

两者的共同缺陷，就是都无法摆脱负荷电流的影响。因此在全电流差动的基础之上，PCS-931G、PSL-603U以及CSC-103A均增加了变化量差动保护作为补充。

ii. 变化量差动保护

iΔIIKINt图4

???Id????Ic???Id???Id??IM??IN??IM??IN 公式3 ?Iminop?K??Ic????公式3中K为比率制动系数，?Id为故障分量电流差动量，?Ic为故障分量电流制动量 变化量差动保护最大的特点就是不受负荷电流的影响；理论上讲，只要故障点过渡电阻不是无穷大，线路内部故障时两侧故障分量的相位关系就不会发生改变；被保护线路发生外部故障时，线路两侧的故障分量电流为穿越电流，保护不会误动。由于故障分量无法直接获得，实际应用时采用故障后的电流减去故障前的电流所得的变化量来代替故障分量。故障分量只能在故障后1-2个周波内准确提取，超出这个时间变化量差动保护就无法正确动作。所以，故障分量判据和全电流判据之间不是相互替代的关系，故障分量判据是对全电流判据的补充。

国内保护所采用的方法相同，仅仅在系数的选择上有所区别。 iii. 零序差动保护

???Id????Ic???Id???Id?IM0?IN0?IM0?IN0 公式4 ?Iminop?K??Ic????对于高过渡电阻接地故障，国内厂家均采用公式4的判据，为了躲过不同期合闸的不平衡电流，保护会有一个延时，如PSL-603U、CSC-103A均延时100ms，PCS-931G延时40ms。因此零序差动保护只能作为全电流差动的后备。

下表是几种保护判据的优缺点比较 保护判据 电流差动保护 变化量差动保护 零序差动保护

优点 无延时

不受负荷电流的影响 能反映高阻抗接地故障

缺点

受负荷电流影响大

采样时间较短，只有1-2个周波 有100ms的延时

1．判别断路器是否断开的元件放在最后一级，提高了安全性。 2．便于集中整定，从而简化了整定。

3．只接入三个分相跳闸信号，三相不一致保护不起动失灵。 因此在操作上断路器保护不设失灵保护退压板，需要投（退）线路保护的失灵启动回路时，通过投（退）线路保护屏上各自的启动失灵压板实现。

6. 结语

以上通过对分相电流差动基本原理的介绍，并结合目前工区内运行的几个主要的分相电流差动保护，对这些保护的软件原理，硬件装置特点、日常运行操作等方面作了详细的对比、介绍。希望通过对比与总结可以使大家对这些在投的保护有个相对清晰的了解，以便于日常的运行维护管理。

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