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1、继电保护知识学习 修试管理二处 1 基础知识交流电的表示方法 瞬时表达式 和向量表达式对称分量法 有功功率 无功功率 视在功率 傅里叶级数 U 2Ucos wt 磁场 只要有电场就有磁场 电磁感应原理 放在变化磁通中的导体会产生电动势 发电机 变压器利用电磁感应传递能量或信号 铁磁饱和 当电流超过一定值时 磁场饱和 进入非线性区 电磁式电流互感器缺陷 2 1 瞬时表达式正弦交流电是指随时间按正弦规律变化的电流和电压 例如正弦交流电压u t 在直角坐标图上是一条随时间变化的正弦曲线 如图所示 它的瞬时表达式就是使用三角函数的形式表示正弦交流电变化的规律 即其中Um为幅值 w为角频率 q为初相角
2、三者构成了正弦量的三要素 3 2 相量表达式由于利用瞬时表达式表示交流电量比较烦琐 尤其在分析计算交流电路时 一般要解微积分方程 十分不便 为使表示方法和求解电路简便 引入相量表示方法 相量表示是从复数表示和计算中引申出来的 正弦电压或电流 两种表示方法的对应关系 4 超前滞后 正序负序 5 一次设备的基础知识麻雀虽小 五脏俱全 主接线图 主接线方式 中性点接地方式 电压等级 一次设备定义 电流互感器 零序互感器 自产零序 电压互感器 变压器 断路器 隔离开关 电容器 熔断器 电抗器 电力电缆 母线 接地装置 绝缘子等 6 二次设备简单介绍什么叫二次设备 二次设备有哪些 作用 找一个保护装置
3、测控装置 保护装置 录波装置 备自投装置 小电流选线装置 直流监测装置 通讯装置等等 7 什么叫继电保护 继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性 继电保护是以是通过电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础构成的 发生故障后的电气量变化 电流 电压 相位角 测量阻抗 工频变化量 构成各种保护 继电保护装置的四个基本要求 8 继电保护基础知识采样定理模数转换 模拟量和数字量 微机原理 对输入信号的运算原理 算法 如何通过微机来实现保护 包括纵差保护 距离 突变量等等都需要复杂的算法来实现 给你一堆数字来加减乘除 傅里叶 乘方等等 微机相当于大脑 得有
4、个公式 这就是算法 9 微机型继电保护的 逻辑 组成 内部结构 硬件 数据采集单元 数据处理单元 开关量输入 输出单元 通信接口 电源 作用 保护装置的抗干扰 保护装置的接地 光电隔离 隔离变压器 装置端子排图 10 11 一 数据采集系统1 电压形成回路在微机保护中通常要求输入信号为 5V或 10V的电压信号 取决于所用的模数转换器的型号 电压变换常采用小型中间变换器来实现 电流变换器 电压变换器和电抗变换器的原理图分别如图9 2 a 9 2 b 和9 2 a 所示 9 2 d 是电抗变换器的原理结构图 12 2 采样保持电路采样就是将连续变化的模拟量通过采样器加以离散化 其过程如图9 3
5、a b c 所示 模拟量连续加于采样器的输入端 由采样控制脉冲控制采样器 使之周期性的短时开放输出离散脉冲 采样脉冲宽度为TC 采样脉冲周期为TS 采样器的输出是离散化了的模拟量 继电保护算法是多输入而且要求同时采样 再依次顺序送到公用的A D转换器中去的 微机保护中通常需要采样保持电路 13 图9 3采样保持过程示意图 14 目前 采样保持电路大多集成在单一芯片中 但芯片内不设保持电容 需用户外设 常选0 01 F左右 常用的采样保持芯片有LF198 LF298 LF398等 15 3 模拟低通滤波器 ALF 滤波器是一种能使有用频率信号通过 同时抑制无用频率信号的电路 对微机保护系统来说
6、在故障初瞬间 电压 电流中可能含有相当高的频率分量 例如2kHz以上 为防止频率混叠 采样频率不得不取值很高 从而对硬件速度提出过高的要求 但实际上 在这种情况下可以在采样前用一个低通模拟滤波器 ALF 将高频分量滤掉 这样就可以降低采样频率 降低对硬件速度的要求 模拟低通滤波器通常分为两大类 一类是无源滤波器 由RLC元件构成 另一类是有源滤波器 主要有RC元件与运算放大器构成 目前 微机保护中 采样频率常采用600Hz 即每工频周波采样12个点 800Hz等 16 4 模拟多路转换开关 MUX 在实际的数据采集系统中 被模数转换的模拟量可能是几路或十几路 利用多路开关MUX轮流切换各被测量
7、与A D转换电路的通路 达到分时转换的目的 在微机保护中 各个通道的模拟电压是在同一瞬间采样并保持记忆的 在保持期间各路被采样的模拟电压依次取出并进行模数转换 但微机所得到的仍可认为是同一时刻的信息 忽略保持期间的极小衰减 这样按保护算法由微机计算得出正确结果 17 5 模数转换器 A D 模数转换器A D是数据采集系统的核心 它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号 以便计算机进行处理 存储 控制和显示 A D转换器主要有以下各种类型 逐位比较 逐位逼近 型 积分型以及计数型 并行比较型 电压频率 即V F 型等 18 图9 5开关量输入回路接线图 19 开关量输出主要包括保护的跳闸出口
8、以及本地和中央信号输出等 图9 6开关量输出回路接线图 20 通信原理 通信装置 CDT规约 IEC101规约 IEC103规约 问答式 IEC104规约 帧格式 同步字 控制字 信息字 信息以帧为单位通过通道对于不同重要的帧循环传送 报文是由帧组成的构成一定信息量 21 继电保护原理不正常运行状态 过负荷 系统中出现有功功率缺额而引起的额定频率减低 发电机突然甩负荷引起的发电机频率升高 中性点不接地系统和非有效接地系统中的单相接地引起的非接地相对地电压升高 系统振荡 故障 各种形式的短路 断线故障或者几种故障同时发生的复合故障 22 三段式电流保护光纤纵差保护距离保护零序保护 带方向 自动重
9、合闸 前加速 后加速 为什么设置重合闸 断路器失灵保护 工频变化量距离保护 零序反时限保护 不灵敏保护 充电保护 过负荷 有了这些原理 我们就要对上面的元件配置保护打印保护定值单 主变 线路 23 电流速断保护限时速断保护定时限速断保护 作为本线路的近后备 相邻线路的远后备 复压过流复压方向过流零序四段 24 一 纵联保护及其构成输电线路的纵联保护 就是用某种通信通道 简称通道 将输电线两端或各端 对于多端线路 的保护装置纵向连接起来 将各端的电气量 电流 功率的方向等 传送到对端 将各端的电气量进行比较 以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外 从而决定是否切断被保护线路 二 纵联保护的基
10、本原理保护原理的本质是甄别系统正常和故障状态下电气量或非电气量之间的差别 纵联保护也不例外 输电线路的纵联保护就是利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成的 当线路发生区内故障 区外故障时 电力线两端电流波形 功率 电流相位以及两端的测量阻抗都有明显的差异 利用这些差异就可以构成不同原理的纵联保护 25 1 两侧电流量特征 双端电源线路区内 外故障示意图 a 内部故障 b 外部故障 如图所示 有 在故障点有较大短路电流流出 如图所示 线路两端电流相量关系为 当线路发生内部故障时 当线路发生区外短路故障或正常运行时 26 通信通道的构成1 导引线通道导引线通道是纵联保护最早使用的通信通
11、道 是由和被保护线路平行敷设的金属导线构成 用来传递被保护线路各侧信息的通信通道 2 电力线载波 高频 通道3 微波通道4 光纤通道 27 电力线载波通道构成示意图1 阻波器 2 结合电容器 3 连接滤波器 4 电缆 5 高频收发信 6 刀闸 28 二 高频信号的分类 按照信号的性质或作用 可以将其分为闭锁信号 允许信号和跳闸信号 这三种信号可用以上任一中种通信通道产生和传送 1 闭锁信号 即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件 或者说闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号 2 允许信号 允许信号是允许保护作用于跳闸的信号 或者说有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件 3 跳闸信号 跳闸信号是直接引
12、起跳闸的信号 或者说收到跳闸信号是跳闸的充要条件 29 30 第一节距离保护概述 一 距离保护的基本概念电流保护对于容量大 电压高和结构复杂的网络 难于满足电网对保护的要求 一般只适用于35kv及以下电压等级的配电网 对于110kv及以上电压等级的复杂电网 必须采用性能更加完善的保护装置 距离保护就是适应这种要求的一种保护原理 距离保护 反应保护安装地点至故障点之间的距离 并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置 主要元件为距离继电器 可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至故障点间的阻抗值 距离保护保护范围通常用整定阻抗的大小来实现 31 正常运行时保护安装处测量到的阻抗为负荷阻抗
13、 即 3 1 式中 被保护线路母线的相电压 测量电压 被保护线路的电流 测量电流 测量电压与测量电流之比 测量阻抗 在被保护线路任一点发生故障时 保护安装处的测量电压为 测量电流为故障电流 这时的测量阻抗为保护安装处到短路点的短路阻抗 3 2 当短路点在保护范围以外时 即 时继电器不动 当短路点在保护范围内 即继电器动作 32 二 时限特性距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l的关系称为距离保护的时限特性 目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性 称为距离保护的 段 33 三 距离保护的组成三段式距离保护装置一般由以下四种元件组成 其逻辑关系如图3 2所示 34 第二节阻抗继电器 阻抗
14、继电器是距离保护装置的核心元件 其主要作用是测量短路点到保护安装处之间的距离 并与整定阻抗值进行比较 以确定保护是否应该动作 阻抗继电器按其构成方式可分为单相式和多相补偿式 单相式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电压 可以是相电压或线电压 和一个电流 可以是相电流或两相电流之差 的阻抗继电器 和的比值称为继电器的测量阻抗 由于可以写成的复数形式 所以可以利用复数平面来分析这种继电器的动作特性 并用一定的几何图形把它表示出来 35 36 一 具有圆及直线动作特性的阻抗继电器单相式圆特性和直线特性阻抗继电器的构成方法有两种 比幅式阻抗继电器 比相式阻抗继电器 一 特性分析及电压形成回路1 全阻抗
15、继电器 1 幅值比较全阻抗继电器的动作与边界条件为 或 37 比较两电压量幅值的全阻抗继电器的电压形成回路 38 2 相位比较相位比较的动作特性如图3 6所示 继电器的动作与边界条件为与的夹角小于等于 即 3 6 两边同乘以电流量得 3 7 上式中 量超前于量时角为正 反之为负 构成相位比较的电压形成回路如图3 7所示 39 40 2 方向阻抗继电器 1 幅值比较 41 方向阻抗继电器的动作特性为一个圆 动作具有方向性 幅值比较的动作与边界条件为 3 8 两边同乘以电流得 3 9 42 2 相位比较相位比较的方向阻抗继电器动作特性如图3 8 b 所示 其动作与边界条件为 3 10 分式上下同乘
16、以电流 3 11 方向阻抗继电器相位比较的电压形成回路 如图3 10所示 43 3 偏移特性阻抗继电器 1 幅值比较偏移特性阻抗继电器的动作特性 圆的直径为与之差 动作条件 两边同乘以电流 44 2 相位比较偏移特性阻抗继电器相位比较分析 如图3 12所示 其相位比较的动作与边界条件为两边同乘以电流得 3 15 偏移特性阻抗继电器幅值比较和相位比较的电压形成回路与方向阻抗继电器的类似 这里从略 45 4 直线特性阻抗继电器 幅值比较动作条件 相位比较动作条件 46 二 具有多边形动作特性的阻抗继电器如图3 16所示 阻抗继电器准四边形动作特性 准四边形以内为动作区 以外为不动区 即测量阻抗末端位于准四条边上为动作边界 47 三 方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法对于方向阻抗继电器 当保护出口短路时 故障线路母线上的残余电压将降低到零 即 对幅值比较的方向阻抗继电器 其动作条件为当时 该式变为 此时被比较的两个电压变为相等 理论上处于动作边界 实际上 由于继电器的执行元件动作需要消耗一定的功率 因此 在这样情况下继电器不动作 对于相位比较的方向阻抗继电器 其动作条件为 当时 无法进行比
