PRS-753光纤分相纵差成套保护装置 3. 保护原理
3.1 启动元件
装置启动采用以下方案：对分立的主、后备保护板配置相同的启动元件，两个启动元件的动作将分别用于开放对方保护板出口继电器的正电源。对方板启动元件和本板保护元件动作的出口以“与”逻辑方式作用，它们的共同动作决定本板保护继电器的出口跳闸。
装置的总启动元件共分为三部分，即突变量启动、相过流启动及零序过流启动部分：
3.1.1 突变量启动元件
该元件测量稳态相电流工频变化量，具体判据为
?I?max?Iset (3-1)
式中：Φ表示A、B、C三种相别，?I?为相电流突变量，Iset为电流突变量启动定值（d315）。当任一相电流突变量满足启动门槛时保护启动。
3.1.2 相过流启动元件
相过流启动元件的动作判据为
I??1.2In (3-2)
如果负荷缓慢增加，三相电流始终保持对称，?I 元件可能不启动，此时当满足
I??1.2In 后延时10ms启动，并设过负荷标志。
3.1.3 零序过流启动元件
为了防止远距离故障或经大电阻故障时，以上启动元件的灵敏度不够而设置，采用付氏算法，在零序电流大于零序电流启动定值（d317）并持续30ms后，启动元件动作。 以上三个启动条件任一满足，则保护启动，并展宽7s输出信号去开放另一保护板出口继电器的正电源。
3.2 差动元件
本装置差动主保护设计的基本出发点是，利用两侧电流的大小及故障时间依据分段分时的原则选择差动继电器的动作判据。其中各差动继电器针对不同判据均分为A、B、C三相各一，同时包含一个独立的零序差动继电器。
3.2.1 差流速断保护
差流速断判据用以对线路上发生的特别严重的故障进行保护，当差流过大时采用速断的特性，实现严重故障的快速动作跳闸。速断判据为
??I?I?Idset?m?n,??A,B,C (3-3)
深圳南京自动化研究所 深圳南瑞科技有限公司 第 7 页 PRS-753光纤分相纵差成套保护装置 式中：I??m、I??n为线路两端的电流量（以下未带脚注?，含义相同），Idset为差流速断门槛定值（d504）。
3.2.2 相关电流差动保护
3.2.2.1 基本原理
本装置中所采用的相关差动新原理具体判据如下：
?p???im(j)?p?0.3IN?j?0?p??i(j)?p?0.3InN??j?0??p??t?5ms? (3-4)
???i?j???i?j????t?Emnj?0pdz ?p??t?10ms? (3-5)
式中： j 为代表采样点数的变量，p为当前采样点序号（j、p均从由启动元件确定的故障发
生时刻算起）；?t为采样间隔；IN 为电流互感器二次侧的额定电流；Edz为动作门槛值（相关差动门槛定值，d506）。
以上判据中的式(3-4)为相关差动的基本启动判据，式(3-5)为相关差动保护判据。式(3-4)中的两式均成立且式(3-5)成立就判为区内故障。式(3-4)及式(3-5)两式都具有限时动作的特性，且在故障起始一个周波（20ms）之后该判据将自动退出。
3.2.2.2 特性分析
本装置中采用相关电流差动新判据的作用是快速切除对系统稳定威胁较大的大电流内部故障。具体地说，它具有以下的突出优势：
a) 具有反时限的动作特性。
由于其采用的是故障分量电流瞬时值的累加，因此内部故障愈严重，故障分量电流愈大，判为故障则愈快，从而有效弥补了相量差动由于要计算相量而无法对严重故障快速出口的不足。
b) 内、外部故障的选择性好。
对于内部故障，积分的最终结果为正；而对于外部故障，积分的最终结果则为负，时间越长，这一特点将越明显。
c) 具有天然的抵抗电容电流能力，内部故障时无需进行电容电流补偿。
对于超高压长线内部故障，虽然电容电流的影响可以使线路两端的故障电流出现较大相差，但两端的故障分量电流的基本相位关系不会改变，因此判据中的累积值不会改变符号，电容电流将只影响到判据的动作速度而不会引起保护拒动。另外，由于采用瞬时值做判断，判据本身具有对谐波的不敏感性，这也有助于减小外部故障时暂态电容电流的影响。
d) 由于采用故障分量，故不受负荷电流的影响。
e) 基于相差保护原理，不受正常运行时系统振荡的影响。 f) 在TA断线及TA饱和的情况下不会误动，不需闭锁。
需要说明，相关差动判据由于采用的是电流瞬时值做判断，因此故障初始时刻对于判据
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3.2.3 突变量电流比率差动
用故障分量电流代替全电流参与差动保护的计算，使制动电流不受负荷电流的影响，采用突变量比率差动继电器，是既不降低差动保护安全性（取较大的制动系数）又能提高灵敏性的方法。同时，采用故障分量所得到的较大的制动量也使保护耐受TA饱和的能力得到增强。
基于故障分量的比率差动保护的动作判据为
??I??I?m??Indz1????k?I???I??I?m??I?n1mn? (3-6)
式中： Idz1 为突变量比差门槛定值（d508）；k1 为突变量比差比率定值（d509）；动作量?I?m、
?为经电容电流补偿后的被保护线路两侧的突变量电流。 ?In 式(3-6)中的门槛值 Idz1 按躲过稳态情况下差动电流中的不平衡电流的原则来整定。 Idz1
一般可在 0.2 ~ 0.4 IN 范围内取值（如取为0.3IN ）。式中 k1 的取值范围一般在0.5 ~ 0.7 。 判据(3-6)中的相量值为当前计算值对其二周波前计算结果的差分，若式(3-6)中的两式同时满足则保护出口跳闸。由算法决定，突变量比差判据只在故障起始后的2周波（即40ms）内投入。
故障分量的采用从原理上可消除负荷电流的影响，提高保护的灵敏度；保护的差动量和制动量之比由系统阻抗和故障点的位置决定，区内故障和区外故障存在明显的间隔区间，内部故障时，差动量和制动量之比大于1，外部故障时远远小于1，动作边界明确，比例系数的整定空间较大。在对区外故障进行较准确的电容电流补偿之后，可以降低电流门槛定值，进一步提高保护对内部高阻接地故障的灵敏度；电容电流补偿同时还增加了内部故障时的动作量。
3.2.4 稳态量电流比率差动
故障分量存在的时间有限，必须考虑与稳态量保护的结合。在本装置中，稳态量差动保护判据将作为整个差动保护元件的后备段，始终保持计算和投入的状态。若在故障发生2周波后保护仍没有发出跳闸命令，则常规稳态电流相量比率差动判据可解决类似下述的问题：1）发生内部故障时，在前2周波内未能正确判定；2）发生转换性故障时，仍能进行判定，不会失去主保护。
常规电流相量比率差动判据如下
???????I??IImndz2??I??kI??I?Imn2mn (3-7)
式中： Idz2 为稳态量比率差动门槛定值（d511）；k2为稳态量比率差动比率定值（d512）；动作量I?m、I?n为经电容电流补偿后的被保护线路两侧的电流量。
深圳南京自动化研究所 深圳南瑞科技有限公司 第 9 页 PRS-753光纤分相纵差成套保护装置 式(3-7)中的门槛值 Idz2 按躲开正常运行时的最大不平衡电流整定，其取值范围一般在(0.2 ~ 0.4) IN 。式中的 k2 一般可在 0.3 ~ 0.5 范围内取值。
稳态量电流比率差动保护的动作特性如图3-1所示，它与差流速断保护一起，构成了本装置的稳态差动保护部分。
Id速 断 区Idset动 作 区k2Idz2制 动 区Ir
图3-1 稳态差动保护动作特性
??I?为差动电流，I?I??I?为制动电流；Idz2为式(3-7)中的比图中坐标Id?Imnrmn????差门槛定值（d511），k2为式(3-7)中的比率定值（d512），Idset 为式(3-3)中的差流速断门槛定
值（d504）。图中阴影区为保护动作区，Idset以上为差流速断保护动作区，其余动作区为比差保护动作区。
3.2.5 零序电流比率差动
零序电流比率差动判据如下
?????I?m0?I?n0?Idz3I?m0?I?n0?k3I?m0?I?n0 (3-8)
式中： Idz3 为零序比差门槛定值（d514）；k3 为零序比差比率定值（d515）；动作量I?m0、I?n0为线路两端的零序电流。
本方案采用零序比率差动判据主要是为了反映重负荷下的高阻接地故障。由于零序电流是故障分量，因此具有较高的灵敏度。对于外部故障和系统振荡，由于流过被保护线路的零序电流是穿越性的，故(3-8)式不会误动作。
式(3-8)中的两式也按“与”逻辑作用，该判据延时（d516：零序比差动作延时整定值）动作，主要是考虑躲过三相合闸不同时及TA暂态过程等因素的影响。
第 10 页 深圳南京自动化研究所 深圳南瑞科技有限公司 PRS-753光纤分相纵差成套保护装置 3.3 差动保护特性说明
3.3.1 电容电流和并联电抗器补偿
3.3.1.1 电容电流补偿
本装置中所采取的电容电流补偿方式是，仅对本侧输入差动比较器的电流进行补偿，而经通道传送到对侧的电流则不进行补偿，或者说只是在进行差动计算时扣除由分布电容产生的电流I?c。分别对应于两侧的保护装置，其差流的计算公式为：
?M侧??N侧?????Id?(m)?I?m?,b?I?I?I?n??In?m?m?,cId?(n)????I??I?I?n?,b?I?Im?m?n?n?,c (3-9)
式中：I?m?,c和I?n?,c分别为两侧计算的补偿电流量，其值由本侧计算的线路中点电压作用于线路全电容得到。式中负号是由于规定两侧电流的正方向都是由母线流向线路而产生的。
在线路单端供电和空载合闸等情况下，这种补偿方式较单独的全补偿或半补偿方式具有更好的适应性。补偿消除了稳态电容电流的影响，若采用良好的滤波器滤除暂态分量，便可获得比较满意的结果。
3.3.1.2 并联电抗器补偿
当线路一端或两端接有并联补偿电抗器时，还应对相应侧装置的补偿电流进行修正。本装置中对并联电抗器的补偿不设投切状态的整定，装置中分别计算有并联电抗器及没有并联电抗器两种情况下的补偿电流值，然后取其中的较小者作为最终的计算结果用于保护判断。这种处理具有一定的智能性，在实际中用做对并联电抗器补偿的处理是一种较好的方式。
考虑并联电抗器补偿之后补偿电流的计算公式为：
??M侧???N侧????I?I?Im?,cm?,cm?,y????I?I?In?,cn?,cn?,y (3-10)
3.3.2 TA断线检查
首先，不考虑一侧三相TA断线，并且认为两侧TA断线和故障同时发生的可能微乎其微，因此不予考虑；其次，当差动电流小于 10 % 的额定电流或大于 120 % 的额定电流时
（对应轻载或严重故障），则TA断线闭锁差动保护功能自动退出，但TA断线检查及告警功能持续进行。
TA断线的判据为
?3I0m?I0TA??3I0n?I0TA?3U?U0TA0m? (3-11)
式中： I0TA和U0TA分别为TA断线零序电流门槛定值（d608）和TA断线零序电压门槛
定值（d609）。以上判据满足即判为TA断线，并延时4S发TA断线告警信号。差流大于10％额定电流且小于120％额定电流时， TA断线瞬时闭锁突变量差动，并可由控制字决定是否
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