1、微機繼電保護與控制董 新 洲1有關(guān)本課程的若干問題教材 1 微型機繼電保護基礎(chǔ)（第二版），楊奇遜，黃少峰編著，中 國電力出版社，2005年1月 2 控制部分，自編講義參考書 1 電力系統(tǒng)繼電保護原理（增訂版），賀家李，宋從矩主編， 中國電力出版社，2004年9月 2 計算機繼電保護原理與技術(shù)，陳德樹主編，水利電力出版社， 1992 3 Micro-processor based protection,IEEE tutorial,19972主要內(nèi)容 緒論 電流保護 距離保護 微機保護硬件原理 數(shù)字濾波器 微機保護的算法 微機保護程序流程 微機型勵磁調(diào)節(jié)器：工作原理；軟硬件構(gòu)成與工作過程 微機型安

2、全穩(wěn)定控制系統(tǒng)：工作原理；軟硬件構(gòu)成與工作過程 微機保護與控制裝置抗干擾及試驗：干擾及抗干擾措施；型式、RTD和動模試驗有關(guān)本課程的若干問題3有關(guān)本課程的若干問題 作業(yè)及答疑 平均一周一次作業(yè)，認真完成； 答疑時間安排在每周二晚上7：009：00，西主樓3207房間 考核方式 平時作業(yè)和課程結(jié)束時的筆試相結(jié)合 紀(jì)律 不得缺席，有事請假4 教師：董新洲 電機系電力系統(tǒng)研究所繼電保護研究室 國家重點實驗室繼電保護與通信研究室 清華大學(xué)AREVA輸配電研究中心 地址：西主樓3205，317 聯(lián)系方式 62782894（3207）；62796182（3317） 有關(guān)本課程的若干問題5緒論6緒論第一節(jié)

3、電力系統(tǒng)繼電保護的作用11 電力系統(tǒng)的組成 電力系統(tǒng)是由發(fā)電機、變壓器、輸電線路、配電線路、負荷等一次設(shè)備和繼電保護、安全自動控制裝置、測量儀表、通信系統(tǒng)等二次設(shè)備共同組成的一個實時動態(tài)平衡系統(tǒng)；其中 一次設(shè)備是電力系統(tǒng)的軀干，電能的生產(chǎn)、傳輸和消費是靠一次系統(tǒng)來完成的； 二次設(shè)備是電力系統(tǒng)的大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，沒有二次設(shè)備電力系統(tǒng)無法工作。7第一節(jié) 電力系統(tǒng)繼電保護的作用12 電力系統(tǒng)運行狀態(tài) 三種狀態(tài)： 正常運行，指電壓、電流、頻率（轉(zhuǎn)速）在規(guī)定的范圍內(nèi)，各個一次電氣設(shè)備能夠正常工作而不損壞的運行狀態(tài) 不正常運行，指電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的正常工作遭到破壞但未出現(xiàn)故障的狀態(tài)，比如像過負荷。 故

4、障，通常指各種類型的短路和斷線，包括各相導(dǎo)體之間或者導(dǎo)體對地的不正常連接、三相或者某相開斷。8第一節(jié) 電力系統(tǒng)繼電保護的作用13 短路的后果 故障和不正常運行狀態(tài)都可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果，最危險的是短路故障，它可造成： 短路電流和故障點的電弧使得設(shè)備熱損壞； 短路電動力造成設(shè)備機械損壞； 靠近短路的部分電力系統(tǒng)電壓嚴(yán)重降低，破壞負荷穩(wěn)定性，造成次廢品； 引發(fā)電力系統(tǒng)振蕩甚至系統(tǒng)瓦解； 造成電力系統(tǒng)事故、甚至災(zāi)變9第一節(jié) 電力系統(tǒng)繼電保護的作用 事故是用后果衡量的，它是故障作用的后果，包括對用戶少送電或停電；電能質(zhì)量嚴(yán)重降低；造成人身傷亡和設(shè)備損壞。 災(zāi)變是指大面積停電等惡性事故。 故障不一定引發(fā)事故

5、和災(zāi)變。14 故障的排除 故障是不可避免的，發(fā)生故障后，迅速而有選擇性地切除故障設(shè)備是保證故障設(shè)備不損壞、非故障設(shè)備繼續(xù)安全運行的前提和保障。10第一節(jié) 電力系統(tǒng)繼電保護的作用15 繼電保護 繼電保護裝置，檢測故障發(fā)生后所出現(xiàn)的故障信息，根據(jù)故障信息判斷故障發(fā)生在那個設(shè)備上，進而快速、有選擇地切除故障設(shè)備的一種安全自動裝置。 繼電保護，泛指繼電保護理論、技術(shù)與裝置以及各種裝置一起所組成的系統(tǒng)。16 繼電保護的基本任務(wù)自動、迅速、有選擇地將故障設(shè)備切除反映不正常狀態(tài)，發(fā)出報警信號、減負荷或者跳閘11緒論第二節(jié) 繼電保護的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成2-1 電流保護 短路故障發(fā)生后，設(shè)備中流過的電流會增大，

6、保護安裝點（一般在變電站母線處）所測量的電流會增大，根據(jù)電流增大構(gòu)成的繼電保護稱為電流保護，電流保護是一種過量保護，越靠近母線，短路電流越大。電流保護說明見圖1112第二節(jié) 繼電保護的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成圖11 電流保護說明圖13第二節(jié) 繼電保護的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成2-2 距離保護 輸電線路發(fā)生短路故障后，電流會增大，電壓會降低，根據(jù)測量到的電壓和電流可以計算出故障點到測量點之間的線路阻抗，這個阻抗值比線路正常運行時小，據(jù)此，可以構(gòu)成阻抗繼電器。因為線路阻抗和線路距離成正比，所以阻抗保護又稱為距離保護。圖12示出了距離保護說明圖。14第二節(jié) 繼電保護的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成圖12 距離保護說明圖15

7、第二節(jié) 繼電保護的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成2-3 差動保護 正常運行的設(shè)備，流進電流和流出電流相等，如果都以流進電流為參考方向，則電流之和為零； 該設(shè)備發(fā)生短路故障后，流進電流和流出電流不再相等，其和為短路電流。 據(jù)此，可以構(gòu)成電流差動保護。圖13示出了電流差動保護說明圖16第二節(jié) 繼電保護的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成 M N Lim in if1if2F1F2正常運行或外部故障時 im+in=0內(nèi)部故障時 im+in=if圖13 電流差動保護說明圖S1S217第二節(jié) 繼電保護的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成2-2 繼電保護系統(tǒng)構(gòu)成 繼電保護的根本任務(wù)是檢測并發(fā)現(xiàn)故障，然后通過斷路器切除故障設(shè)備。因此，一個完整的繼電保

8、護系統(tǒng)至少應(yīng)該包括： 傳感器：包括電壓互感器、電流互感器、其它傳感器（比如瓦斯氣體傳感器）等 繼電保護裝置：有通道的繼電保護甚至需要在兩端（比如線路保護）安裝，還需要專用的繼電保護通道 斷路器：用于切除故障設(shè)備，達到保護目的。一個典型的繼電保護系統(tǒng)圖如圖14所示 18第二節(jié) 繼電保護的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成1繼電保護裝置2通信設(shè)備圖14 繼電保護系統(tǒng)19緒論第三節(jié) 對繼電保護的基本要求31 可靠性 該動作的必須可靠動作（不拒動，mis-operation），不該動作的可靠不動（不誤動，mal-operation） 32 選擇性 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障設(shè)備切除，而使非故障設(shè)備

9、能夠繼續(xù)可靠運行，以盡量減少停運設(shè)備、縮小停電范圍的能力。20第三節(jié) 對繼電保護的基本要求圖15 選擇性說明圖21第三節(jié) 對繼電保護的基本要求33 速動性 快速切除故障是減小故障損失的最有效手段。但是速動性（又稱快速性）和選擇性是矛盾的。既要保證選擇性，又要保證速動性是非常困難的。有的場合保證速動性是首要的：維持系統(tǒng)穩(wěn)定要求，快速切除高壓輸電線路故障使發(fā)電廠或重要用戶母線電壓低于允許值（0.7倍額定電壓）大容量的發(fā)電機、變壓器以及電動機內(nèi)部故障 故障切除時間等于保護動作時間和斷路器切除時間之和。一般的斷路器動作時間0.06-0.15秒，一般保護動作時間小于40毫秒。22第三節(jié) 對繼電保護的基本

10、要求34 靈敏性 靈敏性是指保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的能力。滿足靈敏性要求的保護裝置無論故障性質(zhì)與故障點在那里都能反映出來。 靈敏性常常用靈敏系數(shù)來衡量。靈敏系數(shù)按照以下原則來計算：在可能的方式下，選擇最不利于保護動作的方式；選擇最不利于保護動作的故障類型；選擇最不利于保護動作的故障點。23緒論第四節(jié) 繼電保護的分類按照保護對象分兩類：線路保護：電流保護、電壓保護、距離保護、方向比較式縱聯(lián)保護、電流差動保護等元件保護：發(fā)電機保護、變壓器保護、母線保護、電動機保護等24第四節(jié) 繼電保護的分類按照硬件構(gòu)成分兩類電磁式繼電器晶體管繼電器集成電路繼電器微機繼電器網(wǎng)絡(luò)化繼電保護系統(tǒng)25緒論第五

11、節(jié) 繼電保護工作的特點扎實的電力系統(tǒng)基本知識和豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗緊密跟蹤現(xiàn)代自然科學(xué)的發(fā)展緊密跟蹤現(xiàn)代技術(shù)科學(xué)的發(fā)展理論與實踐并重責(zé)任重大26緒論第六節(jié) 繼電保護的發(fā)展簡史最早的繼電保護是熔斷器19世紀(jì)末期出現(xiàn)了電磁型過電流繼電器1901年出現(xiàn)了感應(yīng)型過電流繼電器1908年出現(xiàn)了電流差動保護原理20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了距離保護1927年出現(xiàn)了高頻方向保護27第六節(jié) 繼電保護的發(fā)展簡史1950年前后出現(xiàn)了微波保護20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了行波保護的思想，70年代末期出現(xiàn)了裝置之后原理上的創(chuàng)新甚少！從20世紀(jì)50年代出現(xiàn)晶體管，開始出現(xiàn)晶體管保護從20世紀(jì)70年代末期到80年代初期，出現(xiàn)集成電路保護從20世

12、紀(jì)60年代提出微機保護，80年代前后出現(xiàn)裝置從上世紀(jì)末期，出現(xiàn)基于微機的保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信于一體的綜合自動化系統(tǒng)28第六節(jié) 繼電保護的發(fā)展簡史29緒論第七節(jié) 微機保護概述71 微機保護概念 微機保護是指以微型機、微處理器為技術(shù)手段構(gòu)成的繼電保護 72 微機保護發(fā)展現(xiàn)狀 上世紀(jì)60年代末期已經(jīng)提出用計算機構(gòu)成保護裝置的倡議，代表人物任務(wù)是Rockeffeller； 70年代掀起了研究高潮； 70年代出現(xiàn)了實際應(yīng)用的微機保護裝置 我國于70年代后期開始研究，84年楊奇遜研制出第一套微機保護裝置，所使用的微處理器是6809。30第七節(jié) 微機保護概述73 微機保護的構(gòu)成 微機保護由兩部分構(gòu)成：

13、微機保護硬件系統(tǒng)和運行于其中的軟件。微機保護的硬件系統(tǒng)包括以下三大部分：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)）：包括電壓形成、采樣保持、多路開關(guān)及數(shù)模轉(zhuǎn)換微型機（或微處理器）主系統(tǒng)：包括微處理器、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時器、并串接口等開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)：由微型機的并行接口、光電隔離器件及有觸點的中間繼電器等組成。完成保護需要的外部觸點接入、出口跳閘、人機對話等功能。圖16 示出了微機保護硬件構(gòu)成框圖31第七節(jié) 微機保護概述圖16 微機保護硬件構(gòu)成框圖32第七節(jié) 微機保護微機保護的軟件包括數(shù)字濾波器，像有些不便于采用模擬濾波器的場合，如傅立葉濾波、小波變換等繼電器算法，像幅值和相位計算、選相算法、濾序算法等保護動作判據(jù)，保護基本原理的具體體現(xiàn)邏輯輸出，執(zhí)行跳閘、告警等數(shù)字信號輸出。33緒論第八節(jié) 微機安全自動控制技術(shù)81 微機安全自動控制的概念 除過微機保護以外，電力系統(tǒng)還有許多安全自動控制裝置。裝置有：備用電源自動投入，自動重合閘，自動同期裝置，同步發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)，按頻率減負荷、錄波器、小電流接地選線等。這些安全自動裝置監(jiān)視或者控制著電力系統(tǒng)的安全運行。它們也是電力系統(tǒng)的重要組成部分。34第七節(jié) 微機安全自動控制技術(shù)82 微機自動控制發(fā)展現(xiàn)狀 類似于繼電保護的發(fā)展，它們也經(jīng)歷了電磁型、晶體管型、集成電路型和微機型幾個發(fā)展