微机保护装置的原理与应用-华自科技

的差动保护原理； 4 、1910年方向保护得到运用；
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5 、1920年前后距离保护出现； 6 、1927年前后出现了利用高压输电线路
上高频载波电流传送和比较输电线路两 端功率方向或电流相位的高频保护装置； 7、1950年前后出现了利用微波传送电量的 微波保护； 8 、1970年前后诞生了行波保护装置。
4 、破坏电力系统并列运行的稳定性，引 起系统震荡，甚至瓦解整个系统。
继电保护的作用－2
二、继电保护的概念： 当系统一旦发生故障时，保证系统
能有选择性的、快速的切除故障的装置， 称为继电保护装置；原来实现此功能的 装置是由继电器组合来实现的，故称为 继电保护装置，而目前继电器已被电子 元件及计算机替代，但仍沿用此名称。 在电力部门常用继电保护一词泛指机电 保护技术或由各种继电保护装置组成的 继电保护系统。
4、微机要如何测量交流量呢？
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交流采样原理 ： 香农采样定律
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傅立叶级数变换
六、35kV馈出线的保护
（66kV、10kV、6kV的线路保护相同）
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预备知识 ：正序、负序、零序
• 正序 ：三相对称的电压、电流 等电量可以用对称的矢量图来 表示，这种矢量图为正序。
• 不对称的三相电压、电流等电 量，可以分解成对称的正序、 负序与零序的矢量图来表示。
三段式电流保护
如果AB线的D1点短路，希望保护1动作；D2点短 路时希望保护2动作；如果BC线的首端DB点短路，保 护1与保护2会同时动作。这样，就没有了“选择性”。 因此，速断保护只能设计成保护线路全长的80％，不 能设计成保护线路的全长。
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电力系统的运行方式
1、最大运行方式 ：
系统对应的阻抗 小，在保护范围内 相同地点短路时， 短路电流最大。
一、继电保护的概述
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继电保护的作用－1
一、系统发生短路时可能产生的后果
1 、通过故障点的很大的短路电流和所燃 起的电弧，使故障元件损坏；
2 、短路电流通过非故障元件，由于发热 和电动力的作用，引起它们的损坏或缩 短使用寿命；
3 、电力系统中部分地区的电压大大降低， 破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品 的质量；
优点：集成度提高，体积更小，工作更 可靠。
缺点：容易受电磁干扰。
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4 、微机继电保护装置：
90年代后，已大量投入使用，成为机电保护装置 的主要形势。可以说微机保护代表着电力系统机电保 护的未来，目前已成为电力系统保护、控制、运行调 度及事故处理的统一计算机系统的组成部分。
微机保护的优点： 1）具有巨大的计算、分析和逻辑判断能力，有
3、保护范围能到下一条线路的80％全长； 4、作为电流速断保护的后备保护； 5、动作有一定的时限，通常为0.35～0.6秒，
多取0.5秒，以保证动作的“选择性”；
限时过流保护（过流 III 段）
1、是反应电流短路时，带延时保护下一条线路 全长的电流保护；
2、作为近后备，应在过流I段、过流II段拒动时， 能保护本线路全长；
2、继电保护装置发展史
1 、机电式继电器： 上世纪50年代以前，以电磁型、感应型、
电动型继电器为主，都具有机械转动部分。 优点：运用广，积累了丰富的运行经验，技术 比较成熟。 缺点: 体积大，功耗大，动作速度慢，机械转 动部分和触点易磨损或粘连，调试维护复杂。
不能远距离通讯。
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2 、晶体管式机电保护装
2）系统中备用容量很少，各系统之间和电 源与负荷之间联系比较薄弱的情况下， 提高继电保护“不误动”的可靠性比提 高“不拒动”的可靠性更为重要。
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三、继电保护的发展历程
1、继电保护的发展史
1 、19世纪90年代出现了装于断路器上并 直接作用于断路器的一次式的电磁型过 电流继电器；
2 、1901年出现了感应型过电流继电器； 3 、1908年提出比较被保护元件两端电流
微机保护装置的 基本原理
培训内容：
1、继电保护的作用； 2、继电保护的四性及相互关系； 3、继电保护的发展历程； 4、微机保护基本原理； 5、交流采样工作原理； 6、35kV馈出线保护； 7、备用电源自动投切； 8、电容器保护；
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培训内容：
9、变压器保护； 10、发电机保护； 11、电动机保护； 12、110kV线路保护； 13、母线差动保护； 14、断路器失灵保护； 15、输电线纵差保护；
只能保护线路全长的80％； 第二段 ：限时电流速断（过流 II 段）
a ）在任何情况下，能保护线路的全长，并 具有足够的灵敏性；
b ）在较小的时限内（0.5秒内），快速切 除全线路范围以内的故障。 第三段 ：定时电流保护（过流 III 段）
它不仅能保护本线路的全长，也能保护相邻 下一条线路的全长，以起到后备保护的作用。
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三段式电流保护的延时特性
三段式电流保护其时间特性见上图， t1I t1II t1III 为保护装置1的动作时间。而 t2I t2II t2III 为保护装置2的动作时间。
带方向的电流保护
方向的规定 ：电流从母线流向线路为正； 电流从线路流向母线为负；
方向是由 ：电流×电压＝功率 来判断的。
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3、作为远后备，应在下一条线路的过流I段、过 流II段拒动时，能保护下一条线路的全长；
4、动作有一定的时限，以保证动作的“选择 性”；
5、过流 III 段的启动值，应大于可能出现的最大 负荷；
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过流 III 段动作时间整定示意图
1、各线路第 III 段动作时间整定应有如下关系 ： tA > tB > tC > tD
3 、灵敏性：指对其保护范围内发生故障或不
正常运行状态的反映能力。在保护范围内，不 论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路 点是否有过渡电阻，都能敏锐的正确反映。 灵敏系数：检验保护装置所保护的范围发生故 障时，继电保护装置的反映能力。
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灵敏系数的含义：
★ 反应故障参量增加而动作的保护装置 ：
保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值
标么值per-unit value
定义:
标么值
=
实际值 基准值
基准值的选取：以各自量的额定值为基准值
实际值 基准值
Z，r，x
ZN
P，Q，S
SN
相值 额定相值
线值 额定线值
实际值 基准值
单相值 单相额定值 三相值 三相额定值 一次侧量 一次侧量额定值 二次侧量 二次侧量额定值
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三段式电流保护
第一段 ：电流速断保护（过流 I 段） 动作迅速，无延时快速切断故障线路，但
2）采用记忆功能：采用90度接线仍然不能减小和消除三
相短路时的死区，因此采用记忆回路，即保护装置记录故障前 的几个电压波形，当故障发生时，将故障电流与记录的电压相 角进行比较。
4、电流方向保护动作区示意图
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三段式电流保护的评价
主要优点就是简单、可靠，并且在 一般情况下也能够满足快速切除故障的 要求，因此在电网中特别是在35kV及以 下的较低电压网络中获得了广泛应用。
微机继电保护与测控原理图 ：
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断路器出口控制逻辑图
DSP保护测控原理图
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DSP的CPU板 出口继电器板
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电流、电压采样板 大屏幕液晶显示器
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五、交流采样工作 原理
微机如何测量正弦波交流量
1、微机是在直流低电压工作 的；
2、微机只能处理“数字量”， 不能直接处理“模拟量”；
3、电流、电压等都是模拟量， 是正弦波交流量；
存储记忆功能，因而可以实现任何性能完善且复杂的 保护原理；
2）微机保护可以自检，可靠性高； 3）可用同一的硬件实现不同的保护功能，制造 相对简化，易进行标准化； 4）功能强大：除有保护功能外，还可增加电量 测量、故障录波，谐波分析，故障测距，事件顺序记 录，调度通讯等功能。 微机保护的缺点： 容易受电磁干扰。
Klm =
保护装置的动作参数
★ 反应故障参量降低而动作的保护装置 ：
保护装置的动作参数 Klm =
保护区末端金属性短路时故障参数的最大计算值
4 、可靠性：该动作时，不拒动；不该动作时，不误动。
2、四性的相互关系
A、选择性与速动性存在矛盾: 解决矛盾的方法是：
1）切除故障允许有一定的延时； 2）对于维持系统稳定的、重要的、可能危
2、最小运行方式 ：
系统对应的阻抗 大，在保护范围内 相同地点短路时， 短路电流最小。
不同运行方式下的保护范围
相同地点短
路，最大运行方式 短路电流大。
相同动作电流整
定值，最大运行方 式保护范围大。
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限时电流速断保护（过流II段）
1、是反应电流短路时，带延时保护线路全 长的电流保护；
2、要求以较小的时限快速切断全线范围内 的故障；
及人生安全的故障必须保证快速切除。
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B 、灵敏性与可靠性存在矛盾
保护设置太灵敏，容易引起“误 动” ，不可靠；保护设置过分的考虑 “稳妥性”，增加了“拒动”的可能性。 为了解决这个矛盾，我们一般根据电力 系统的结构和负荷性质的不同，误动和 拒动的危害程度有所不同来进行考虑 ：
1）系统中有充足的备用容量、输电线路很 多、各系统之间和电源与负荷之间联系 很紧密时，提高继电保护“不拒动”的 可靠性比提高“不误动”的可靠性更为 重要；
1、三段式方向电流保护
1、在双电源系统中，为保护线路，必须在 线路两端装设断路器及保护装置；
2、短路时，M及N两个电源都向短路点流 入短路电流； 2、带方向电流三段式保护逻辑图
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3、关于方向保护几个问题的说明
1）90度接线：主要防止在正方向出口附近发生三相短路、
相间接地短路以及单相接地短路时，由于单相电压数值很小， 甚至为0，使保护不能判别方向，通常指保护存在“电压死 区”，可能引起保护拒动，故为了减少或消除“死区”，采用 90度接线，即进行方向判断时，A相电流对BC相间电压进行判 断， B相电流对CA相间电压进行判断，C相电流对AB相间电压 进行判断。
2、线路越接近电源，其动作时间越长，故必须 依靠主保护迅速切断故障。
低电压启动的过流保护
1、在过流 III 段保护中同时采用低电压来 判断线路是否发生故障；
2、采用这种保护的目的是 ：线路上有电 动机启动时，由于启动电流很大，而且 启动时间较长，可能会引起过流 III 段误 动。但低电压测量元件因安装处母线电 压较高，不会动作，从而保证了保护的 “选择性”和“可靠性”。
四、微机保护的 基本原理
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微机保护的基本原理
• 一、利用计算机技术代替继电器技术 ：
利用集成电路芯片组成体积小小的保护单元箱，代 替原来庞大的继电保护柜；
• 二、利用计算机软件代替继电器硬件 ：
如果想增加保护功能，只要增加相关软件即可达 到。比如 ：一条线路保护，原来只有速断和过流保护， 想增加方向保护、复合电压闭锁的过流保护、负序电 流保护、低周低压减载、过负荷等等，我们只是增加 相关软件，不增加任何硬件。只有在需要一些特殊功 能时，才增加一些硬件。
1 、选择性：即保护装动作时，仅将故障元件
从电力系统中切除，使停电范围尽量减少，让 无故障部分仍能继续安全运行。 1）d1 、d2 、d3短路的切除范围。 2）考虑拒动的可能：远后备、近后备。
2 、速动性：快速切除故障可以提高电力系统
并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情 况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程 度。
其缺点是受电网的接线以及电力系统 运行方式变化的影响。
七、自动重合闸
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七、自动重合闸
1、自动重合闸的意义：
电力系统运行经验表明，架空线路故障大都是“瞬时 性”的（如雷击线路、大风引起的碰线、通过鸟类或 树枝在导线上引起短路等），故利用重合闸可以保证 系统继续供电，大大提高了供电的可靠性，缩短了停 电的时间。其技术经济效果归纳如下： 1）提高供电的可靠性，减少停电次数； 2）提高并列系统的稳定性； 3）节约投资，可以暂缓架设双回线路； 4）对于断路器偷跳或继保误动起到纠正作用。
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继电保护的作用－3
三、继电保护的基本任务：
1 、自动、迅速、有选择性的将故障元件 从电力系统中切除，使故障元件免于继 续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速 恢复正常运行；
2 、反映电气元件的不正常运行状态，并 根据运行维护的条件，动作于发信号、 减负荷或跳闸。
二、继电保护的四性 及相互关系
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1、继电保护的四个基本要求
第一代电子式静态保护装置：50年代 开始发展，70年代得到广泛应用。 优点：解决了机电式继电器存在的缺点； 缺点：线路板复杂，易受外界电磁干扰， 在初期经常出现“误动”的情况，可靠 性稍差。
3 、集成电路继电保护装置
第二代电子式静态保护装置：80年 代后期出现，将数十个甚至更多的晶体 管集中在一个半导体芯片上。