微机继电保护基本原理

三、微机继电保护与测控原理图 ：
四、交流采样原理 ：
五、香农采样定律
六、傅立叶级数变换
电网线路保护的基本原理
一、阶段式电流保护 1、电流速断保护： 1）说明：该保护简单可靠、动作迅速，得到广泛应用；但 缺点是不 可能保护线路的全长，并且保护范围受系统运行方式的影响，一 般对于系统运行方式变化很大或线路很短的情况下使用速断保护， 效果不佳。 2）分析： a）整定原则：按照躲过最大运行方式下本线路尾端三相短路时电 流整定。 b）为何不能保护线路的全长：保证选择性； c）保护范围受系统运行方式的影响： 最大运行方式时，保护范围最大； 最小运行方式时，保护范围最小，甚至失灵。
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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 ： Klm=保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值 / 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 ： Klm=保护装置的动作参数 / 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）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。
UA
动 不
UC 90 40
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角
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动
区
作
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区
DCAP-3000装置方向保护动作区示意图
三、中性点直接接地电网的零序保护 什么情况下中性点接地？什么情况下中性点不接地？ 1、中性点直接接地电网发生接地时零序分量的特点：
继电保护的发展历程
一、继电保护原理发展史： 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的差动保护原理； 4 、1910年方向保护得到运用； 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。
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。 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。
1）故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压越低。
2）零序电流的分布，主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的 零序阻抗，而与电源的数目及位置无关。
3）对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，由线 路流向母线。
4）任一保护安装处的零序电压与零序电流之间的关系，与被保护线路的零序 阻抗及故障点的位置无关，保护安装处的零序电压实际上是该点到零序网络 中性点之间零序阻抗上的电压降。 5）在电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不 变，则零序阻抗和零序等效网络也不变。
如上图所示，降压变压器低压侧发生AB两相短路时，在故障点有， IA2=-IB2，IC2=0，设低压侧每相绕组中的电流为别为Ia2，Ib2，Ic2，则： Ia2 －Ib2＝ IA2， Ib2－ Ic2＝ IB2， Ic2－ Ia2＝ IC2。 由此可得： Ia2 ＝ Ic2 ＝ IA2 / 3 ， Ib2 ＝ 2IA2 / 3 。 根据变压器的工作原理，即可求得高压侧电流的关系为（折算到低压侧）： IA1＝ IC1， IB1＝－2 IA1。由此可以看出，如果变压器高后备采用三相保护， 其B相较其他两相大一倍的电流，因此，灵敏系数增加一倍。
2、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。
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。
继电保护的四性及相互关系
一、继电保护的4个基本要求： 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。
4 、微机保护：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 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：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。
二、电网的方向性电流保护 1、工作原理： 1）对于单侧电源网络，断路器及保护都安装在被保护线路靠近电源的一侧；而 对于双侧电源网络，每条线路的两侧均装有断路器和保护装置。（为什么） 2）方向元件应保证正方向可靠动作，反方向可靠不动作，才能保证保护有选择 性动作。 定义：电流从母线流向线路为正方向。 3）图例说明：
4、阶段式电流保护的评价： 其主要优点就是简单、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。但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。 5、电流保护CT的接线方式：三相星形接线、两相星形接线 1）两相星形接线较为简单经济，因此在中性点直接接地电网和非直 接接地电网中，都广泛采用作为相间保护。并且经过分析，在分 布很广的中性点非直接接地电网中，放射性接线网络居多，在此 情况下，采用两相星形接线可以保证有2/3的机会只切除一条线路， 而采用三相星形接线是100％的同时切除两条线路，不利于系统运 行。 2）三相星形接线广泛用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保 护中，能提高保护的可靠性及灵敏性（分析当过电流保护接于降 压变压器的高压侧作为低压侧线路故障的后备保护时，如果保护 采用三相星形接线，则有一相由于流有较其他两相大一倍的电流， 故灵敏系数增加了一倍。所以一般采用高后备作为线路的后备保 护为好 ）。
二、四性的相互关系： 1 、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、可能危及人生安全的故障必须保 证快速切除。 2 、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； 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。
2、限时电流速断保护 1）说明：有选择性的电流速断不能保护线路全长，故需增加一段新 的保护，用以切除本线路上速断范围以外的故障，同时也作为速 断的后备，这就引出了限时速断保护。对于该保护的要求是： 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 ）在较小的时限快速切除全线路范围以内的故障。 2）分析： a）整定原则：按照保护范围不超出下一条线路速断保护的范围， 动作时限比下一条线路速断保护高出一个时间阶段Δt，通常取0.5 秒。 b ）限时速断保护灵敏性的要求：为了保证在线路末端短路时，保 护装置一定能够动作，对限时电流速断保护要求Klm> 1.3～1.5， 以防止当线路末端短路时，出现一些不利于保护动作启动的因素 （如非金属性短路、计算误差、互感器误差、保护装置误差等）， 使保护拒动。 c）速断与限时速断保护配合的评价：两个保护的联合工作保证了 全线路范围内的故障都能在0.5秒的时间范围内切除，在一般的情 况下都能够满足速动性的要求，能够构成一条线路的主保护。
3、定时限过电流保护 1）说明：由于速断保护不能保护线路的全长，故通过限时速断保护 既可作为主保护保护本线路尾端速断所不能保护的范围，又能作 为本线路速断的后备保护，但限时速断保护不能作为相邻下一条 线路的后备保护 ，故为了保证整个系统的可靠性，引入了定时限 过电流保护。 2) 该保护通常按照躲开最大负荷电流来整定，在正常运行情况下不 应启动，而在电网发生故障时，则能反映于电流的增大而动作， 在一般情况下，它不仅能保护线路的全长，也能保护相邻线路的 全长，以起到后备保护的作用。
接 地 短 路 时 的 零 序 等 效 网 络
微机继电保护基本原理
湖南紫光测控有限公司
2006年6月22日
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、线路保护的基本原理； 6、变压器保护的基本原理； 7、电动机保护的基本原理； 8、电容器保护的基本原理； 9、备自投的基本原理；
二、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。 2 、晶体管式机电保护装置（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：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。 优点：体积更小，工作更可靠。
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。
继电保护的作用
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； 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。 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。