电力工程电力系统继电保护教学PPT

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1、电力工程基础第第6章章 电力系统继电保护电力系统继电保护第第6章章 电力系统继电保护电力系统继电保护n6.1继电保护的基本知识n6.2常用保护继电器n6.3线路的电流电压保护n6.4电网的方向电流保护n6.5输电线路的接地保护n6.6距离保护简介n6.7电力变压器的保护n6.8电动机保护n6.9电力电容器的保护n6.10微机保护简介6.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 电力系统继电保护装置是一种能反应电力系统中电气元电力系统继电保护装置是一种能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

2、信号的一种自动装置。 一、继电保护的作用一、继电保护的作用自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使非故障部分迅速恢复正常运行非故障部分迅速恢复正常运行. . 能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求发出能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求发出报警信号、减负荷或延时跳闸。报警信号、减负荷或延时跳闸。它的基本任务是：它的基本任务是：测量部分：测量部分：从被保护对象输入有关信号，并与给定的整定从被保护对象输入有关信号，并与给定的整定值进行比较，决定保护是否动作；值进行比较，决定保护是否动作；逻辑部分：逻辑部分：根据测量部分各

3、输出量的大小、性质、输出的根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确定保护装置是否应该动作；定保护装置是否应该动作；执行部分：执行部分：根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所担根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所担负的任务（跳闸或发信号）。负的任务（跳闸或发信号）。 二、继电保护的基本原理二、继电保护的基本原理图图6-1 继电保护装置组成方框图继电保护装置组成方框图 三、对继电保护的基本要求三、对继电保护的基本要求u选择性：选择性：保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中保护装置动作时，仅将

4、故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，最大限度地保证系统中的切除，使停电范围尽量缩小，最大限度地保证系统中的非故障部分继续运行。非故障部分继续运行。u速动性：速动性：继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件从电网中切除。从电网中切除。图图6-2 电力系统继电保护选择性说明图电力系统继电保护选择性说明图u灵敏性：灵敏性：指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反映能力。行状态的反映能力。 保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数Ks来衡量。来衡量。对于反应故障时参数量增加的保护

5、（如过电流保护）：对于反应故障时参数量增加的保护（如过电流保护）：对于反应故障时参数量降低的保护（如低电压保护）：对于反应故障时参数量降低的保护（如低电压保护）：u可靠性：可靠性：指保护装置该指保护装置该动动时不时不能能拒动；不该拒动；不该动动时不时不能能误误动。动。 一、一、电磁型继电器电磁型继电器（DL型）型）1电磁型电流继电器电磁型电流继电器u 结构：如图结构：如图6-3所示。所示。 u工作原理：当在继电器线工作原理：当在继电器线圈中通入电流圈中通入电流IK时，电磁铁时，电磁铁产生的电磁转矩产生的电磁转矩克服弹簧的克服弹簧的反作用转矩和摩擦转矩时，继反作用转矩和摩擦转矩时，继电器动作。电

6、器动作。 图图6-3 电磁式电流继电器结构图电磁式电流继电器结构图1线圈线圈 2电磁铁电磁铁 3钢舌片钢舌片 4静触点静触点 5动触点动触点 6起动电流调节转杆起动电流调节转杆7标度盘（铭牌）标度盘（铭牌） 8轴承轴承 9反作用弹簧反作用弹簧 10转轴转轴6.2 常用保护继电器常用保护继电器 返回电流：返回电流：能使继电器返回到原始位置的最大电流，称为能使继电器返回到原始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用继电器的返回电流，用Ire.K表示。表示。返回系数：返回系数：是指继电器的返回电流与动作电流的比值，用是指继电器的返回电流与动作电流的比值，用Kre表示，即表示，即 继电器动作后，减小继

7、电器动作后，减小IK就能使继电器返回原位。就能使继电器返回原位。说明：说明：过电流继电器的返回系数过电流继电器的返回系数Kre0.05，则需将此，则需将此计算值代入重新计算差动保护的动作电流和各线圈的匝数。计算值代入重新计算差动保护的动作电流和各线圈的匝数。 确定短路线圈抽头的位置：确定短路线圈抽头的位置：对中小型变压器，由于励磁涌对中小型变压器，由于励磁涌流倍数大，内部故障电流中的非周期性分量衰减较快，对保流倍数大，内部故障电流中的非周期性分量衰减较快，对保护的动作时间要求较低，故一般选用较多的匝数；对大型变护的动作时间要求较低，故一般选用较多的匝数；对大型变压器，由于励磁涌流倍数小，非周期

8、性分量衰减较慢，切除压器，由于励磁涌流倍数小，非周期性分量衰减较慢，切除故障又要求快，故一般选用较少的匝数。故障又要求快，故一般选用较少的匝数。灵敏度校验灵敏度校验 ：2 式中，式中， 为保护范围内部短路时，归算倒基本侧的最小两为保护范围内部短路时，归算倒基本侧的最小两相短路电流。相短路电流。若灵敏度达不到要求，应选择带制动特性的差动保护（若灵敏度达不到要求，应选择带制动特性的差动保护（BCH-1型）。型）。五、变压器相间短路的后备保护五、变压器相间短路的后备保护1过电流保护过电流保护 过电流保护应装在变过电流保护应装在变压器的电源侧，采用完全压器的电源侧，采用完全星形接线，其单相原理接星形接

9、线，其单相原理接线如图线如图6-51所示。所示。n动作电流：动作电流：应躲过变应躲过变压器可能出现的最大负压器可能出现的最大负荷电流，但具体问题应荷电流，但具体问题应作如下考虑：作如下考虑：图图6-51 变压器过电流保护单相原理接图变压器过电流保护单相原理接图对并列运行的变压器，应考虑切除一台时所出现的过负荷，对并列运行的变压器，应考虑切除一台时所出现的过负荷，当各台变压器容量相同时，可按下式计算当各台变压器容量相同时，可按下式计算对于降压变压器，应考虑低压侧负荷电动机自起动时的最对于降压变压器，应考虑低压侧负荷电动机自起动时的最大电流，即大电流，即式中，式中，Krel取取1.21.3；Kre

10、取取1.25；Kst取取1.52.5。n动作时限：动作时限：应比出线过流保护的动作时限大应比出线过流保护的动作时限大 。n灵敏度校验：灵敏度校验： 作近后备时，要求作近后备时，要求Ks1.5；作远后备时，要求；作远后备时，要求Ks1.2。若灵敏度达不到要求，可采用低电压起动的若灵敏度达不到要求，可采用低电压起动的过电流保护或复合电压起动的过电流保护过电流保护或复合电压起动的过电流保护 。2低电压起动的过电流保护（图低电压起动的过电流保护（图6-52） 图图6-52 低电压起动的过电流保护原理接线图低电压起动的过电流保护原理接线图n电流元件的动作电流：应躲过变压器的额定电流，即电流元件的动作电流

11、：应躲过变压器的额定电流，即 n低电压元件的动作电压：应躲过正常情况下母线上可能出低电压元件的动作电压：应躲过正常情况下母线上可能出现的最低工作电压，通常取现的最低工作电压，通常取 n低电压元件灵敏度校验：低电压元件灵敏度校验： 1.2 式中，式中， 为最大运行方式下，相邻元件末端三相短路时，为最大运行方式下，相邻元件末端三相短路时，保护安装处的最大线电压保护安装处的最大线电压。若电压元件的灵敏度达不到要求，可采用复合电压起动的过电流保护若电压元件的灵敏度达不到要求，可采用复合电压起动的过电流保护 。3复合电压起动的过电流保护（图复合电压起动的过电流保护（图6-53）图图6-53 复合电压起动

12、的过电流保护原理接线图复合电压起动的过电流保护原理接线图n电流元件和低电压元件的整定原则与低电压起动的过电流保电流元件和低电压元件的整定原则与低电压起动的过电流保护相同。护相同。n负序电压继电器的动作电压：躲过正常运行方式下负序滤过负序电压继电器的动作电压：躲过正常运行方式下负序滤过器出现的最大不平衡电压，通常取器出现的最大不平衡电压，通常取 n灵敏度校验：与上述两种过电流保护相同。灵敏度校验：与上述两种过电流保护相同。对大容量变压器，当采用复合电压起动的过电流保护灵敏度不能满足要求对大容量变压器，当采用复合电压起动的过电流保护灵敏度不能满足要求时，可采用负序电流保护时，可采用负序电流保护 。

13、4三绕组变压器过流保护的装设原则三绕组变压器过流保护的装设原则n对对单单侧侧电电源源的的三三绕绕组组变变压压器器，一一般般应应装装设设两两套套过过电电流流保保护护，如如图图6-54所示。所示。 一套装在负荷侧（如一套装在负荷侧（如II侧），该侧外部短路时，保护以时侧），该侧外部短路时，保护以时限限 跳开跳开QF2。 另一套装在电源侧（另一套装在电源侧（I侧），侧），它有两个动作时限它有两个动作时限 和和 。当。当III侧外部故障时，保护以时限侧外部故障时，保护以时限 （ ）跳开）跳开QF2，使，使I、II侧继续运行。当变压器内部侧继续运行。当变压器内部故障而主保护拒动时，保护以故障而主保护拒动

14、时，保护以时限时限 （ ）跳开三侧）跳开三侧断路器断路器。 图图6-54 三绕组变压器过流保护配置说明图三绕组变压器过流保护配置说明图n对对多多侧侧均均有有电电源源的的三三绕绕组组变变压压器器，应应在在三三侧侧都都装装设设独独立立的的过过电电流流保保护护，并并且且应应在在时时限限最最短短的的电电源源侧侧加加装装方方向向元元件件，以以保证动作的选择性。保证动作的选择性。六、过负荷保护六、过负荷保护n过负荷保护安装侧的选择过负荷保护安装侧的选择对双绕组变压器：过负荷保护应装设在电源侧（升压变压对双绕组变压器：过负荷保护应装设在电源侧（升压变压器装在低压侧器装在低压侧 ，降压变压器装在高压侧，降压变

15、压器装在高压侧 ）。）。对三绕组升压变压器：一侧无电源时，应装在发电机侧和对三绕组升压变压器：一侧无电源时，应装在发电机侧和无电源侧；三侧都有电源时，各侧均应装设过负荷保护。无电源侧；三侧都有电源时，各侧均应装设过负荷保护。 过负荷一般情况下都是对称的，因此只装一相，延时动过负荷一般情况下都是对称的，因此只装一相，延时动作于预告信号。作于预告信号。对单电源的三绕组降压变压器：若三侧绕组容量相同，过负对单电源的三绕组降压变压器：若三侧绕组容量相同，过负荷保护仅装在电源侧；若三侧绕组容量不同，则在电源侧和荷保护仅装在电源侧；若三侧绕组容量不同，则在电源侧和容量最小侧分别装设过负荷保护。容量最小侧分

16、别装设过负荷保护。对双侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器：三侧均应装对双侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器：三侧均应装设过负荷保护。设过负荷保护。n动作电流：动作电流：躲过变压器额定电流，即躲过变压器额定电流，即 式中，式中，Krel取取1.05；Kre取取0.85。n动作时限：动作时限：应比变压器后备保护的最大时限再增大一个应比变压器后备保护的最大时限再增大一个 ，一般取一般取1015s。 对三绕组降压变压器：对三绕组降压变压器：七、变压器的接地保护七、变压器的接地保护v大接地电流系统的电力变压器，一般应装设接地（零序）大接地电流系统的电力变压器，一般应装设接地（零序）保护，作为变压器和

17、相邻元件接地短路的后备保护。保护，作为变压器和相邻元件接地短路的后备保护。v大接地电流系统发生接地短路时，零序电流的大小和分布大接地电流系统发生接地短路时，零序电流的大小和分布与系统中变压器中性点接地数目和位置有关。与系统中变压器中性点接地数目和位置有关。 对于只有一台变压器的变电所：采用变压器中性点直接接地对于只有一台变压器的变电所：采用变压器中性点直接接地的运行方式。的运行方式。对于有两台及以上变压器并列运行的变电所：采用部分变压对于有两台及以上变压器并列运行的变电所：采用部分变压器中性点接地运行方式。器中性点接地运行方式。1只有一台变压器的变电所（图只有一台变压器的变电所（图6-55）n

18、动作电流：动作电流：应与应与被保护侧母线引被保护侧母线引出线零序电流保出线零序电流保护后备段在灵敏护后备段在灵敏度上相配合，即度上相配合，即图图6-55 变压器零序电流保护原理图变压器零序电流保护原理图式中，式中，Kcon为配合系数，取为配合系数，取1.11.2；Kb为零序电流分支系为零序电流分支系数，数， Iop.0.L为出线零序电流保护后备段的动作电流。为出线零序电流保护后备段的动作电流。n动作时限：动作时限：比出线零序电流保护后备段大一个比出线零序电流保护后备段大一个 。 n灵敏度校验：灵敏度校验：按零序电流后备保护范围末端接地短路校验，按零序电流后备保护范围末端接地短路校验，要求要求K

19、s1.2。 2两台变压器并联运行的变电所两台变压器并联运行的变电所 在图在图6-56所示的两台变压器并所示的两台变压器并联运行的变电所中，一般采用部分联运行的变电所中，一般采用部分变压器中性点接地运行方式。（变变压器中性点接地运行方式。（变压器压器T1的中性点接地，的中性点接地， T2的中性的中性点不接地）点不接地） 图图6-56 两台并列运行变压器两台并列运行变压器装设接地保护的说明图装设接地保护的说明图 在构成接地保护时，应考虑以下两个问题：在构成接地保护时，应考虑以下两个问题： 发生故障时，应能切除所有与接地短路系统相连接的变发生故障时，应能切除所有与接地短路系统相连接的变压器；压器；接

20、地故障后，应首先跳开中性点不接地运行的变压器，接地故障后，应首先跳开中性点不接地运行的变压器，以防止过电压造成的危害，然后再跳开中性点接地运行的以防止过电压造成的危害，然后再跳开中性点接地运行的变压器。变压器。 图图6-57为部分变压器接地运行的变电所常用的零序接为部分变压器接地运行的变电所常用的零序接地保护原理图。保护由零序电流元件和零序电压元件两部地保护原理图。保护由零序电流元件和零序电压元件两部分组成，零序电流保护的整定时间（分组成，零序电流保护的整定时间（KT1）要比零序电压）要比零序电压保护的整定时间（保护的整定时间（KT2）大一个）大一个 。 图图6-57 部分变压器中性点接地运行

21、的零序保护部分变压器中性点接地运行的零序保护6.8 电动机保护电动机保护一、电动机的故障类型和应装设的保护一、电动机的故障类型和应装设的保护n故障类型故障类型故障故障 定子绕组的相间短路定子绕组的相间短路一相绕组的匝间短路一相绕组的匝间短路单相接地短路单相接地短路异常运行状态：异常运行状态：过负荷、低电压、同步电机失步和失磁等过负荷、低电压、同步电机失步和失磁等 n应装设的保护应装设的保护相间短路保护相间短路保护对对2000kW以下的电动机，应装设电流速断保护；以下的电动机，应装设电流速断保护；对对2000kW以上和以上和2000kW以下速断保护灵敏度不满足的以下速断保护灵敏度不满足的电动机，

22、应装设差动保护。电动机，应装设差动保护。 接地短路保护：接地短路保护：用于接地电容电流大于用于接地电容电流大于5A的情况。的情况。 单相接地电流为单相接地电流为 10A及以下时动作于信号或跳闸；及以下时动作于信号或跳闸；单相接地电流大于单相接地电流大于10A时动作于跳闸。时动作于跳闸。过负荷保护：过负荷保护：对易发生过负荷的电动机应装设过负荷保护，对易发生过负荷的电动机应装设过负荷保护，延时动作于信号、跳闸或减负荷。延时动作于信号、跳闸或减负荷。低电压保护低电压保护为保证重要电动机的自起动，对不重要的电动机应装设为保证重要电动机的自起动，对不重要的电动机应装设低电压保护；低电压保护；对不需要自

23、起动的电动机，应装设低电压保护；对不需要自起动的电动机，应装设低电压保护；对需要参加自起动，但在电源电压长时间消失后自起动对需要参加自起动，但在电源电压长时间消失后自起动有困难的电动机，也要装设低电压保护。有困难的电动机，也要装设低电压保护。 二、电动机的相间短路保护二、电动机的相间短路保护1电流速断保护电流速断保护n动作电流：动作电流：躲过电动机的起动电流，即躲过电动机的起动电流，即 式中，式中，Krel取取1.41.6（DL型）或型）或1.82 （GL型）。型）。n灵敏度校验灵敏度校验 ：2 式中，式中， 为电动机出口最小两相短路电流。为电动机出口最小两相短路电流。 在小接地电流系统中，可

24、采用两相不完全星形接线；若在小接地电流系统中，可采用两相不完全星形接线；若灵敏度能够满足要求，也可采用两相电流差接线方式。灵敏度能够满足要求，也可采用两相电流差接线方式。2纵联差动保护纵联差动保护 在小接地电流系统中，可采用两相式接线，选用两个在小接地电流系统中，可采用两相式接线，选用两个BCH-2型或型或DL-11型继电器构成差动保护，如型继电器构成差动保护，如图图6-58所示。所示。n动作电流：动作电流：躲过电动机的额定电流，即躲过电动机的额定电流，即 式中，式中，Krel取取0.51（BCH-2型）或型）或1.21.5（ DL-11）型。）型。n灵敏度校验灵敏度校验 ：同上，要求同上，要

25、求Ks2。图图6-58 电动机纵联差动保护原理接线图电动机纵联差动保护原理接线图a）由）由DL11型电流继电器构成的差动保护型电流继电器构成的差动保护 b）由）由BCH2型差动继电器构成的差动保护型差动继电器构成的差动保护三、电动机的单相接地保护三、电动机的单相接地保护 当小接地电流系统中接地电容电流大于当小接地电流系统中接地电容电流大于5A时，应装设单时，应装设单相接地保护。电动机的单相接地保护一般采用零序电流保护，相接地保护。电动机的单相接地保护一般采用零序电流保护，如图如图6-59所示。所示。图图6-59 电动机零序电流保护原理图电动机零序电流保护原理图n动作电流动作电流：躲过电动机本：

26、躲过电动机本身的故障电容电流，即身的故障电容电流，即 式中，式中，Krel取取45； 为电为电动机外部单相接地故障时，动机外部单相接地故障时，流经被保护电动机的最大接流经被保护电动机的最大接地电容电流。地电容电流。n灵敏度校验灵敏度校验 ：1.251.5 式中，式中， 为电动机外部单相接地故障时，流经被保护电为电动机外部单相接地故障时，流经被保护电动机的最小接地电容电流。动机的最小接地电容电流。四、电动机的过负荷保护四、电动机的过负荷保护n动作电流：动作电流：躲过电动机额定电流，即躲过电动机额定电流，即 式中，式中，Krel取取1.051.1（保护动作于信号时）或（保护动作于信号时）或 1.2

27、1.25 （保护动作于减负荷或跳闸时）；（保护动作于减负荷或跳闸时）； Kre取取0.85。n动作时间：动作时间：一般取一般取1520s。五、五、 电动机的低电压保护电动机的低电压保护n低电压保护的动作电压和动作时限整定低电压保护的动作电压和动作时限整定 当电源电压短时降低或中断后又恢复时，为保证重要电动当电源电压短时降低或中断后又恢复时，为保证重要电动机的自起动，需要对次要电动机装设机的自起动，需要对次要电动机装设0.5s时限的低电压保护，时限的低电压保护，电压整定值一般为电动机额定电压的电压整定值一般为电动机额定电压的60%70%。对不允许或不需要参加自起动的电动机，应装设对不允许或不需要

28、参加自起动的电动机，应装设0.51.5s时限的低电压保护，电压整定值一般为电动机额定电压的时限的低电压保护，电压整定值一般为电动机额定电压的50%55%。对需要自起动的电动机，应装设对需要自起动的电动机，应装设510s时限的低电压保护，时限的低电压保护，电压整定值一般为电动机额定电压的电压整定值一般为电动机额定电压的40%50%。n低电压保护的接线（图低电压保护的接线（图6-60） 正常工作时，低电压继电器正常工作时，低电压继电器KV1KV5的常闭触点打开，的常闭触点打开，KV1KV3的常开触点闭合，低电压保护不动作。的常开触点闭合，低电压保护不动作。 图图6-60 电动机低电压保护接线图电动

29、机低电压保护接线图当电压下降至额定电压的当电压下降至额定电压的6070%时，时，KV1KV3的常闭的常闭触点闭合，起动时间继电器触点闭合，起动时间继电器KT1，经，经0.5s延时后发出次要电延时后发出次要电动机跳闸脉冲及信号；动机跳闸脉冲及信号；当电压继续下降至额定电压的当电压继续下降至额定电压的5055%时，时，KV4、KV5的的常闭触点闭合，起动时间继电器常闭触点闭合，起动时间继电器KT2，经，经10s延时后发出重延时后发出重要电动机跳闸脉冲及信号。要电动机跳闸脉冲及信号。如果如果A相上熔体熔断相上熔体熔断，KV1的常闭触点闭合，常开触点打的常闭触点闭合，常开触点打开，但因经常开触点开，但

30、因经常开触点KV2、KV3使使KM1通电，使通电，使KM1的常的常闭触点断开，切断闭触点断开，切断KT1、KT2的时限回路，防止了误动作。的时限回路，防止了误动作。如果如果三相熔体全部熔断三相熔体全部熔断，这时尽管，这时尽管KV1、KV2都误动，但都误动，但因因KV3接于分路熔体而不动作，使接于分路熔体而不动作，使KM1同样有电，起到了同样有电，起到了闭锁作用。闭锁作用。6.9 电力电容器的保护电力电容器的保护 一、电容器组的故障类型和应装设的保护一、电容器组的故障类型和应装设的保护n故障类型故障类型电容器组和断路器之间连线上的短路；电容器组和断路器之间连线上的短路；电容器组内部故障及其引出线

31、上的短路；电容器组内部故障及其引出线上的短路；电容器组回路内的单相接地短路；电容器组回路内的单相接地短路；个别电容器的切除而引起的过电压等。个别电容器的切除而引起的过电压等。n应装设的保护应装设的保护 每台电容器应装设熔断器进行保护；每台电容器应装设熔断器进行保护；对于多台电容器连接而成的电容器组，应根据连接方式的对于多台电容器连接而成的电容器组，应根据连接方式的不同装设过电流保护、过电压保护、横差保护等。不同装设过电流保护、过电压保护、横差保护等。 二、电容器组的过电流保护二、电容器组的过电流保护n动作电流：动作电流：躲过电容器投运时的冲击电流，即躲过电容器投运时的冲击电流，即 式中，式中，

32、Krel取取22.5。 n灵敏度校验灵敏度校验 ：1.5 式中，式中， 为最小运行方式下，电容器组首端两相短路时，为最小运行方式下，电容器组首端两相短路时，流过保护安装处的短路电流。流过保护安装处的短路电流。n动作时限动作时限 ：保护装置可不带时限或带保护装置可不带时限或带0.10.2s的短时限。的短时限。三、电容器组的横差保护三、电容器组的横差保护n横差保护的接线横差保护的接线图图6-61 电容器中性线电流平衡保护原理接线图电容器中性线电流平衡保护原理接线图中性线电流平衡保护：主要用于保护双星形接线电容器中性线电流平衡保护：主要用于保护双星形接线电容器组的内部故障，其原理接线图如图组的内部故

33、障，其原理接线图如图6-61所示。所示。横联差动保护：用于保护双三角形接线电容器组的内部横联差动保护：用于保护双三角形接线电容器组的内部故障，其原理接线图如图故障，其原理接线图如图6-62所示。所示。图图6-62 电容器组横联差动保护原理接线图电容器组横联差动保护原理接线图n横差保护的动作电流横差保护的动作电流为了防止误动作，保护装置的动作电流应躲过正常运行为了防止误动作，保护装置的动作电流应躲过正常运行时电流互感器二次侧差动回路中的最大不平衡电流，即时电流互感器二次侧差动回路中的最大不平衡电流，即 单台电容器内部有单台电容器内部有50%75%的串联元件击穿时，保护的串联元件击穿时，保护装置应

34、有足够的灵敏度，即装置应有足够的灵敏度，即式中，式中，Krel取取2。 式中，式中，Ks为横差保护的灵敏系数，取为横差保护的灵敏系数，取1.5；Idsq为一台电容器内为一台电容器内部部50%75%串联元件击穿时二次回路中的不平衡电流。串联元件击穿时二次回路中的不平衡电流。 四、电容器组的过电压保护四、电容器组的过电压保护 当电容器组所接母线电压升高时，为保护电容器组不致当电容器组所接母线电压升高时，为保护电容器组不致损坏，应装设过电压保护，延时动作于信号或跳闸。损坏，应装设过电压保护，延时动作于信号或跳闸。 过电压继电器的动作电压按母线电压不超过过电压继电器的动作电压按母线电压不超过110%额

35、定电额定电压整定，即压整定，即 式中，式中，Ku为为电压互感器的变比；为为电压互感器的变比； UNC为电容器的额定电压。为电容器的额定电压。6.10 微机保护简介微机保护简介 一、概述一、概述70年代初期，微机保护进入理论研究阶段，主要是采样技术、年代初期，微机保护进入理论研究阶段，主要是采样技术、保护算法和数字滤波等方面的研究。保护算法和数字滤波等方面的研究。70年代中期，随着计算机性能的增强和价格的下降，促使微年代中期，随着计算机性能的增强和价格的下降，促使微机保护的研究出现了热潮。机保护的研究出现了热潮。70年代后期，我国开始研究微机保护。年代后期，我国开始研究微机保护。1984年初，华

36、北电力大学研制的第一套微机距离保护样机投年初，华北电力大学研制的第一套微机距离保护样机投入试运行。入试运行。 进入进入90年代，微机保护技术已趋于成熟并得到广泛应用。年代，微机保护技术已趋于成熟并得到广泛应用。 传统的继电保护都是反映模拟量的保护，保护的功能完传统的继电保护都是反映模拟量的保护，保护的功能完全由硬件电路来实现；而微机保护是反映数字量的保护。全由硬件电路来实现；而微机保护是反映数字量的保护。二、微机保护的特点二、微机保护的特点保护性能好；保护性能好；灵活性大；灵活性大；可靠性高可靠性高 ；调试维护方便调试维护方便 ；易于获取附加功能易于获取附加功能 。三、微机保护装置的硬件构成三

37、、微机保护装置的硬件构成 微机保护装置的硬件构成可分为以下六部分：微机保护装置的硬件构成可分为以下六部分：数据采集系统：数据采集系统：将模拟量输入量准确地转换为所需的数将模拟量输入量准确地转换为所需的数字量，它由电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换、字量，它由电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换、模数转换等功能模块组成。模数转换等功能模块组成。微型计算机系统微型计算机系统 ：由微处理器、程序存储器、数据存储由微处理器、程序存储器、数据存储器、接口芯片及定时器等组成。器、接口芯片及定时器等组成。输入输出接口电路：输入输出接口电路：将各种开关量通过光电耦合电路、将各种开关量通过光电耦合电路、并

38、行接口电路输入到微机保护，并将处理结果通过开关量并行接口电路输入到微机保护，并将处理结果通过开关量输出电路驱动中间继电器以完成各种保护的出口跳闸、信输出电路驱动中间继电器以完成各种保护的出口跳闸、信号警报等功能。号警报等功能。通信接口电路：通信接口电路：微机保护的通信接口是实现变电站综合微机保护的通信接口是实现变电站综合自动化的必要条件，因此，每个保护装置都带有相对标准自动化的必要条件，因此，每个保护装置都带有相对标准的通信接口电路。的通信接口电路。人机接口电路：人机接口电路：包括显示、键盘、各种面板开关、打印包括显示、键盘、各种面板开关、打印与报警等，其主要功能用于调试、整定定值与变比等。与

39、报警等，其主要功能用于调试、整定定值与变比等。供电电源：供电电源：通常采用逆变稳压电源，即将直流逆变为交通常采用逆变稳压电源，即将直流逆变为交流，再把交流整流为微机保护所需的直流工作电压。流，再把交流整流为微机保护所需的直流工作电压。 微机保护装置硬件组成的基本框图如图微机保护装置硬件组成的基本框图如图6-63所示。所示。图图6-63 微机保护装置的硬件组成框图微机保护装置的硬件组成框图四、微机保护的数据采集系统四、微机保护的数据采集系统比较式数据采集系统框图如图比较式数据采集系统框图如图6-64所示。所示。交流变换器：交流变换器：交流变换器的作用有二：交流变换器的作用有二：将从将从TV、TA

40、上获得的二次电流、电压信号变换成与上获得的二次电流、电压信号变换成与A/D变换芯片电平相匹配的电压信号；变换芯片电平相匹配的电压信号；实现互感器二次回路与微机保护实现互感器二次回路与微机保护A/D变换系统完全电隔离，变换系统完全电隔离，以提高抗干扰能力。以提高抗干扰能力。图图6-64 比较式数据采集系统的方框图比较式数据采集系统的方框图前置模拟低通滤波器（前置模拟低通滤波器（ALF）：）：由由R、C元件组成，其作用是阻止元件组成，其作用是阻止频率高于某一数值的信号进入频率高于某一数值的信号进入A/D变换系统。变换系统。采样保持器（采样保持器（S/H）：）：其作用是其作用是在一个极短的时间内测量

41、模拟输在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在入量在该时刻的瞬时值，并在A/D转换器进行转换的期间内保持其转换器进行转换的期间内保持其输出不变，以保证有较高的转换输出不变，以保证有较高的转换精度。精度。 采样保持的过程如图采样保持的过程如图6-65所示。所示。图图6-65 采样保持过程示意图采样保持过程示意图 对双极性模拟量的模数转换，需要设置一个直流偏移对双极性模拟量的模数转换，需要设置一个直流偏移量，其值为最大允许输入量的一半。将此直流偏移量同交量，其值为最大允许输入量的一半。将此直流偏移量同交变的输入量相加变成单极性模拟量后再接到此比较器上，变的输入量相加变成单极性模拟量后

42、再接到此比较器上，如图如图6-67所示。所示。图图6-67 A/D转换器的双极性连接及波形图转换器的双极性连接及波形图五、微机保护的算法五、微机保护的算法根据输入电气量的若干采样点通过一定的数学式或方程式根据输入电气量的若干采样点通过一定的数学式或方程式计算出保护所反映的量值，然后与整定值进行比较。计算出保护所反映的量值，然后与整定值进行比较。不计算具体量值，而是根据若干采样点值与整定值相结合，不计算具体量值，而是根据若干采样点值与整定值相结合，直接建立保护动作方程来判断是否在保护动作区内。直接建立保护动作方程来判断是否在保护动作区内。精度：指保护根据输入量判断电力系统故障或不正常运精度：指保

43、护根据输入量判断电力系统故障或不正常运行状态的准确程度。行状态的准确程度。速度：包括算法所要求的采样点数（或数据窗长度）和速度：包括算法所要求的采样点数（或数据窗长度）和运算工作量。运算工作量。 衡量一个算法优劣的标准有：衡量一个算法优劣的标准有： 1输入量为正弦函数的算法输入量为正弦函数的算法n两点乘积算法：两点乘积算法：利用两个采样值的乘积来计算电流、电压、利用两个采样值的乘积来计算电流、电压、阻抗的幅值和相位等参数。阻抗的幅值和相位等参数。 为计算方便，一般取相隔为计算方便，一般取相隔 的两点。的两点。设设u1、u2分别为相隔分别为相隔 时刻电压的采样值，且时刻电压的采样值，且 ，即即

44、则则 ； 说明：说明：这种算法所用数据窗长度为这种算法所用数据窗长度为1/4周期（周期（5ms），算法本身对频），算法本身对频率无特殊要求，但对于有暂态分量的电气量应先经过数字滤波。率无特殊要求，但对于有暂态分量的电气量应先经过数字滤波。 n半周积分算法：半周积分算法：利用正弦量在任意半个周期内绝对值的积利用正弦量在任意半个周期内绝对值的积分为一常数来计算。分为一常数来计算。 以电压为例，如图以电压为例，如图6-68所示，任意半个周期的积分值为所示，任意半个周期的积分值为说明：说明：这种算法需要的数据窗长这种算法需要的数据窗长度为度为10ms，该算法本身有一定的，该算法本身有一定的滤波作用，但

45、它不能抑制直流分滤波作用，但它不能抑制直流分量，也不能全部滤除谐波分量，量，也不能全部滤除谐波分量，仍需与数字滤波器配合使用。仍需与数字滤波器配合使用。 积分值（面积）可用积分值（面积）可用梯形法近似求出，也梯形法近似求出，也可用采样值累加求和可用采样值累加求和代替积分值。代替积分值。 图图6-68 用梯形法近似计算半周期积分值用梯形法近似计算半周期积分值2输入量为周期函数的算法输入量为周期函数的算法傅氏算法傅氏算法 设输入信号是一个周期性的时间函数，则可按下式展开成设输入信号是一个周期性的时间函数，则可按下式展开成傅氏级数形式傅氏级数形式则则x(t)中的基波分量为：中的基波分量为：式中，式中

46、，a1、b1分别为基波分量的正弦和余弦的幅值。分别为基波分量的正弦和余弦的幅值。将将x1(t)三角经变换可写为：三角经变换可写为： 对应关系为：对应关系为：说明：说明：傅氏算法所用的数据窗为一个基波周期，这种算法本身具有较强的滤波傅氏算法所用的数据窗为一个基波周期，这种算法本身具有较强的滤波作用，它能把基波与各次谐波分开，能完全滤掉各种整次谐波和纯直流分量。作用，它能把基波与各次谐波分开，能完全滤掉各种整次谐波和纯直流分量。3输入量为随机函数的算法输入量为随机函数的算法最小二乘方算法最小二乘方算法 将输入量与一个预设的含有非周期分量及某些谐波分量的将输入量与一个预设的含有非周期分量及某些谐波分

47、量的函数按最小二乘方原理进行拟合，即让被处理的函数与预设函数按最小二乘方原理进行拟合，即让被处理的函数与预设函数尽可能逼近，其方差为最小，从而可求出输入信号中的函数尽可能逼近，其方差为最小，从而可求出输入信号中的基频及各种暂态分量的幅值和相角。基频及各种暂态分量的幅值和相角。说明：说明：这种算法可获得很好的滤波性能和很高的精度，但预设函数越复这种算法可获得很好的滤波性能和很高的精度，但预设函数越复杂，精度越高，计算时间就越长。该算法的精度和计算时间与采样率、杂，精度越高，计算时间就越长。该算法的精度和计算时间与采样率、数据窗的大小、时间参考点的合理选择有密切关系。数据窗的大小、时间参考点的合理

48、选择有密切关系。4微分方程算法微分方程算法 微分方程算法不需求出电压、电流的幅值和相位，而是微分方程算法不需求出电压、电流的幅值和相位，而是将输电线路简化为将输电线路简化为R-L物理模型，并根据该模型列写出微分物理模型，并根据该模型列写出微分方程，通过求解微分方程直接计算出阻抗或感抗值。方程，通过求解微分方程直接计算出阻抗或感抗值。 该算法不必滤除非周期分量，只要求低通滤波，因而算法该算法不必滤除非周期分量，只要求低通滤波，因而算法的总时窗较短。的总时窗较短。该算法不受电网频率变化的影响。该算法不受电网频率变化的影响。该算法不宜单独应用于分布电容不可忽略的较长线路（但该算法不宜单独应用于分布电

49、容不可忽略的较长线路（但可将它配以适当的数字滤波器而构成高压长距离输电线的距可将它配以适当的数字滤波器而构成高压长距离输电线的距离保护）。离保护）。微分方程算法的特点：微分方程算法的特点：该算法只能用于计算阻抗，因此多用于线路保护中（而傅该算法只能用于计算阻抗，因此多用于线路保护中（而傅氏算法、最小二乘方算法还常应用于元件保护、后备电流电氏算法、最小二乘方算法还常应用于元件保护、后备电流电压保护以及一些相序分量组成的保护中）。压保护以及一些相序分量组成的保护中）。 说明：说明：以上几种算法都属于微机保护的以上几种算法都属于微机保护的第一类算法第一类算法。其共性。其共性就是都要根据输入信号计算基

50、本电参数，然后再进行保护分就是都要根据输入信号计算基本电参数，然后再进行保护分析和判断，来实现保护功能。析和判断，来实现保护功能。 第二类算法第二类算法即保护功能算法，则省去基本电参数计算这一即保护功能算法，则省去基本电参数计算这一中间环节，根据继电保护的功能或继电器的动作特性，直接中间环节，根据继电保护的功能或继电器的动作特性，直接用输入采样数据来完成保护的分析和判断。用输入采样数据来完成保护的分析和判断。 常用的保护功能算法有负序分量算法、继电器特性算法、常用的保护功能算法有负序分量算法、继电器特性算法、相电流突变算法等（略）。相电流突变算法等（略）。 六、提高微机保护可靠性的措施六、提高

51、微机保护可靠性的措施1电磁干扰电磁干扰电磁干扰是指电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能电磁干扰是指电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降的下降 。电磁干扰的耦合途径分为场干扰和路干扰，其耦合方式有电磁干扰的耦合途径分为场干扰和路干扰，其耦合方式有静电耦合、互感耦合、公共阻抗耦合和电磁场辐射耦合等。静电耦合、互感耦合、公共阻抗耦合和电磁场辐射耦合等。电磁干扰分为横模干扰和共模干扰。电磁干扰分为横模干扰和共模干扰。 横模干扰：是串联于信号源的干扰，即串联干扰。横模干扰：是串联于信号源的干扰，即串联干扰。共模干扰：是引起回路对地电位发生变化的干扰，即对地共模干扰：是引起回路对地电位发生变化的

52、干扰，即对地干扰。干扰。2防止干扰进入微机保护装置的措施防止干扰进入微机保护装置的措施接地的处理：接地的处理：包括两个方面，一是装置外壳的接地要求，包括两个方面，一是装置外壳的接地要求，另一个是设置装置内部的各种地，如数字地、模拟地、功率另一个是设置装置内部的各种地，如数字地、模拟地、功率地、屏蔽地等。地、屏蔽地等。屏蔽与隔离：屏蔽与隔离：采用光电隔离措施。采用光电隔离措施。滤波、退耦和旁路：滤波、退耦和旁路：抑制横模干扰的主要措施是采用滤波抑制横模干扰的主要措施是采用滤波和退耦电路。抑制共模干扰的最简单有效的措施是在所有端和退耦电路。抑制共模干扰的最简单有效的措施是在所有端子与大地（机壳）之

53、间并接子与大地（机壳）之间并接0.47F左右的旁路电容。左右的旁路电容。对供电电源的要求：对供电电源的要求：采用通过逆变后的开关电源，由蓄电采用通过逆变后的开关电源，由蓄电池直流池直流110V或或220V逆变成高频（逆变成高频（20kHz）电压后经高频变）电压后经高频变压器隔离，其稳压能力和抗干扰效果都非常强。压器隔离，其稳压能力和抗干扰效果都非常强。合理分配和布置插件：合理分配和布置插件：为进一步减小干扰的影响，应合理为进一步减小干扰的影响，应合理地将整个电路分成若干个插件，将微机保护的核心部分，也地将整个电路分成若干个插件，将微机保护的核心部分，也是最怕干扰的部分集中在一个或几个插件上，放

54、置在内层屏是最怕干扰的部分集中在一个或几个插件上，放置在内层屏蔽箱内，并使之尽量远离干扰源和与干扰源有联系的部分。蔽箱内，并使之尽量远离干扰源和与干扰源有联系的部分。3抑制窜入干扰影响的软硬件措施抑制窜入干扰影响的软硬件措施采样数据的干扰辩识：采样数据的干扰辩识：微机保护装置中常用的辩识方法有微机保护装置中常用的辩识方法有冗余法和参数估计法。冗余法和参数估计法。对于特别重要的模拟量输入信号，可以采用双重化甚至三对于特别重要的模拟量输入信号，可以采用双重化甚至三重化的冗余方法来保证采样数据的可靠。重化的冗余方法来保证采样数据的可靠。当系统的干扰可能引起系统参数的显著变化时，可用参数当系统的干扰可

55、能引起系统参数的显著变化时，可用参数估计法来实现干扰的辩识。估计法来实现干扰的辩识。 例如，三相交流电流与零序电流之间，其瞬时值应满足：例如，三相交流电流与零序电流之间，其瞬时值应满足： 对每相电流量各设一个采样通道，与零序电流一起，在同对每相电流量各设一个采样通道，与零序电流一起，在同一时刻进行采样，考虑一定的量化误差一时刻进行采样，考虑一定的量化误差后，有：后，有： 上式表明，对于三相交流量，只要增加一个硬件冗余通道上式表明，对于三相交流量，只要增加一个硬件冗余通道引入零序量，就能达到辩识数据是否被干扰的目的。如果上引入零序量，就能达到辩识数据是否被干扰的目的。如果上式不满足，就认为是坏数

56、据。式不满足，就认为是坏数据。出口密码校核：出口密码校核：设计出口跳闸回路时应使之必须连续执设计出口跳闸回路时应使之必须连续执行几条指令后才能出口，不允许一条指令就出口。行几条指令后才能出口，不允许一条指令就出口。复算校核：复算校核：通过整个运算过程的重复来核对由于干扰可能通过整个运算过程的重复来核对由于干扰可能造成的运算出错。造成的运算出错。程序出轨的自恢复：程序出轨的自恢复：硬件装置具有超时自动恢复能力，以硬件装置具有超时自动恢复能力，以免被保护对象发生故障时保护拒动。免被保护对象发生故障时保护拒动。4. 装置故障的自检装置故障的自检CPU的检测：的检测：当当CPU本身损坏而停止工作时，必须由专门本身损坏而停止工作时，必须由专门的硬件完成检测。常用的方法是利用定时电路（该定时电路的硬件完成检测。常用的方法是利用定时电路（该定时电路不能被不能被CPU禁止，但可以由禁止，但可以由CPU复位）。复位）。RAM的检测：的检测：通常采用模式校验法。即事先选定某一种通常采用模式校验法。即事先选定某一种校验模式，按照这种模式将数值写入校验模式，按照这种模式将数值写入RAM，然后读出。观，然后读出。观察数值是否一致，从而发现察数值是否一致，从而发现RAM可能出现的故障。可能出现的故障。