電力系統(tǒng)繼電保護技術 第3版 課件全套 許建安 第1-8章 緒論、繼電保護基本元件- 母線保護

第1章電力系統(tǒng)繼電保護概述1.1電力系統(tǒng)繼電保護的作用

教學要求:理解電力系統(tǒng)繼電保護含義、任務；了解繼電保護裝置基本原理及組成；理解對繼電保護的基本要求；熟悉繼電器的圖形符號文字表示方法以及型號的表示方法；理解主保護、后備保護、輔助保護、啟動、動作等幾個重要名詞定義。繼電保護裝置:由測量繼電器與邏輯繼電器通過合理組合而成的裝置。第1章電力系統(tǒng)繼電保護概述繼電保護：對測量繼電器與邏輯繼電器進行合理整定，使之完成特定功能。電力系統(tǒng)繼電保護：應用在電力系統(tǒng)線路、元件上的保護。1、電力系統(tǒng)故障和異常運行

電力系統(tǒng)的發(fā)電機、變壓器、母線、輸電線路和用電設備通常處于正常運行狀態(tài)，但也可能出現(xiàn)故障或異常運行狀態(tài)。1.1電力系統(tǒng)繼電保護的作用

在三相交流系統(tǒng)中，最常見、最危險的故障是各種形式的短路。

金屬性短路：指直接連接（不考慮過渡電阻）的短路。

異常運行狀態(tài)：指電力系統(tǒng)的正常工作遭到破壞，但未形成故障。與其他電氣元件相比，輸電線路是電力系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的一環(huán)；線路還可能發(fā)生復故障。1.1電力系統(tǒng)繼電保護的作用短路故障的最大特點是：短路點的短路電流很大，電壓降低。短路后果：1）電流的熱效應和機械效應會直接損壞電氣設備，電壓下降影響用戶的正常工作和產品質量。2）更嚴重的后果導致并列運行的穩(wěn)定性、引起系統(tǒng)振蕩，甚至系統(tǒng)瓦解。1.1電力系統(tǒng)繼電保護的作用異常運行狀態(tài)：最常見的是電氣元件的電流超過其額定值，即過負荷狀態(tài)。

功率缺額造成頻率降低、發(fā)電機甩負荷引起過電壓及系統(tǒng)振蕩，也屬于異常運行狀態(tài)。事故：指整個系統(tǒng)或部分正常工作受到破壞，造成送電減少、停電或電能質量達到不允許地步，造成設備損壞或人身傷亡。1.1電力系統(tǒng)繼電保護的作用2、繼電保護的任務繼電保護裝置是能反映系統(tǒng)電氣元件發(fā)生故障或異常狀態(tài)，動作于跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。任務：1）當電力系統(tǒng)被保護對象發(fā)生故障時，能自動地、有選擇地、快速地通過斷路器將故障元件從電力系統(tǒng)中切除。2）當電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常運行狀態(tài)時，并根據(jù)運行維護條件，動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。1.1電力系統(tǒng)繼電保護的作用1、繼電保護基本原理基本原理：利用被保護線路或設備故障前后某些變化的物理量為信息量，當信息量達到一定值時，起動邏輯環(huán)節(jié)，發(fā)出相應的命令。（1）利用基本電氣參數(shù)量的區(qū)別

利用故障后電流、電壓、線路測量阻抗、電壓電流間相位、負序和零序分量的出現(xiàn)等變化，構成相應的保護。1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成1）過電流保護：反應電流增大而動作的保護。

保護1和保護2都能反應(測量)到這個電流，保護2首先動作于斷路器QF2跳閘。1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成2）低電壓保護：反映電壓降低而動作的保護。

此時A、B母線上的電壓將降低，保護1、2都能反應到電壓降低，從選擇性要求，保護2應首先動作。1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成3）距離保護：是反應保護安裝處到短路點之間的阻抗下降而動作的保護。B母線上電壓為：1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成保護2測量阻抗為：

其大小等于保護安裝處到短路點間的阻抗，正比于短路點到保護2之間的距離。1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成（2）利用比較兩側的電流相位

正常運行時，線路AB兩側的電流大小相等，相位差為。1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成外部發(fā)生短路故障時:

顯然外部短路時，結論與正常運行相同。保護區(qū)內部短路時：1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成

從分析可知，若兩側電流相位相同，則判為內部故障；若兩側電流相位相反，則判為外部故障。1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成

利用被保護線路兩側電流相位，可構成縱差保護、相差高頻保護、方向保護等。（3）反應序分量或突變量是否出現(xiàn)特點：1）不對稱短路時，將出現(xiàn)負序分量；2）接地短路時，將出現(xiàn)零序分量；3）發(fā)生短路時，正序分量將出現(xiàn)突變。

根據(jù)是否出現(xiàn)負序、零序分量構成序分量保護；根據(jù)正序突變量構成對稱、不對稱短路保護。1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成（4）反應非電量保護

反映變壓器內部故障產生的瓦斯氣體，構成瓦斯保護；反應繞組溫度升高而構成過負荷保護等。2、繼電保護裝置的組成1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成（1）測量部分：測量被保護對象的有關物理量，與給定量進行比較，給出“是”或“非”信號。（2）邏輯部分：根據(jù)測量輸出的大小、性質、輸出邏輯狀態(tài)，使保護按一定邏輯關系工作，然后確定跳閘或發(fā)信號。1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成(3)執(zhí)行部分:根據(jù)邏輯部分傳送的信號，最后完成保護裝置所承擔的任務。1.3對繼電保護的要求

每一電氣元件一般都有裝設：主保護、后備保護。必要時增加輔助保護。1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成(3)執(zhí)行部分:根據(jù)邏輯部分傳送的信號，最后完成保護裝置所承擔的任務。1.3對繼電保護的要求

每一電氣元件一般都有裝設：主保護、后備保護。必要時增加輔助保護。1.2繼電保護基本原理和保護裝置組成主保護：反應整個被保護對象的故障并以最短的時延有選擇地切除故障的保護。后備保護：當主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護。近后備：主保護或斷路器拒動時，由本保護對象的另一套保護實現(xiàn)后備。1.3對繼電保護的基本要求遠后備：主保護或斷路器拒動時，由相鄰元件或線路的保護實現(xiàn)后備的。輔助保護：為補充主保護或后備保護的不足而增設的比較簡單的保護。1、可靠性：在規(guī)定的保護區(qū)內發(fā)生故障時，它不應該拒動，區(qū)外發(fā)生故障時不誤動。1.3對繼電保護的基本要求2、選擇性：保護裝置動作時僅將故障對象從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍限制在最小的范圍內。1.3對繼電保護的基本要求3、靈敏性：在保護區(qū)內發(fā)生故障時，保護裝置反應故障能力。通常用靈敏度來衡量。反應過量的保護：1.3對繼電保護的基本要求反應欠量的保護：

由于多數(shù)短路故障是非金屬性短路，計算或測量參數(shù)有誤差等，要求靈敏度要大于1。1.3對繼電保護的基本要求4、速動性：應力求保護裝置能迅速地切除故障。

保護的基本要求是互相聯(lián)系而又互相矛盾的。保護隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，在不斷解決保護裝置應用中出現(xiàn)的對基本要求之間的矛盾，使之在一定條件下達到辯證統(tǒng)一的過程中發(fā)展起來的。繼電保護的基本要求是分析研究各種繼電保護裝置的基礎，是貫穿本課程的一條基本線索。

1.3對繼電保護的基本要求

繼電器是各種繼電保護裝置的基本組成元件。一般來說，按預先整定的輸入量動作，并具有電路控制功能的元件稱為繼電器。

繼電特性：輸入連續(xù)變化，輸出躍變。1.4繼電器

使繼電器的正常位置時的功能產生變化，稱為起動。

繼電器完成所規(guī)定的任務，稱為動作。

從動作狀態(tài)回到初始位置，稱為復歸。失去動作狀態(tài)下的功能，稱為返回。常開觸點：當繼電器輸入量未達到整定值時，斷開的觸點。常開觸點也稱動合觸點。1.4繼電器常閉觸點：當繼電器輸入量未達到整定值時，閉合的觸點稱常閉觸點也稱動斷觸點。電力系統(tǒng)保護裝置用的繼電器，稱保護繼電器。分類：1）按輸入物理量分：電量、非電量兩類；2）按功能分：測量、邏輯繼電器。1.4繼電器型號：國產繼電器按漢語拼音字母表示型號。第一字母表示繼電器的工作原理，第二字（或第三）母代表用途。

第一個字母第二、三個字母

D——電磁型

L——整流型

B——半導體型

J——極化型或晶體管型L——電流繼電器Z——阻抗繼電器Y——電壓繼電器X——信號繼電器ZB——中間繼電器1.4繼電器繼電器線圈和觸點的表示方法常用繼電器和保護裝置1）電力系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，將對正常供電、人身安全和設備造成危害。要求發(fā)生短路，應將故障部分切除。發(fā)生異常運行狀態(tài)動作于信號，以便分析處理。2）利用電氣參數(shù)變化可構成過電流、低電壓、距離保護；3）利用相位變化可構成方向、差動保護等；4）利用負序、零序分量構成序分量保護；小結5）根據(jù)正序突變量可構成突變量保護；繼電保護的基本要求是衡量保護裝置性能的重要指標，是評價各種原理保護的主要依據(jù)。保護的基本要求是分析研究各種保護的基礎，是貫穿本課程的一條基本線索。小結第2章繼電保護基本元件普通電流互感器：一次繞組的匝數(shù)較少，串聯(lián)于電路中，二次繞組的匝數(shù)較多。

變比為一次、二次繞組磁勢相等，即

實際運行中二次側負荷阻抗小，接近于短路狀態(tài)。

1、電流互感器原理2.1電流互感器穿芯式電流互感器其變比根據(jù)一次繞組穿過互感器鐵心中的匝數(shù)確定，穿芯匝數(shù)越多，變比越??；反之，穿芯匝數(shù)越少，變比越大。二次電流為2.1電流互感器2、電流互感器極性L1和K1為同極性端

注意事項：電流互感器極性端的標注與變壓器不同。2.1電流互感器極性端標注法。2.1電流互感器3、電流互感器的10%誤差曲線磁勢平衡方程

由于勵磁電流的存在，電流互感器的一次折算后的電流和二次電流大小不相等，相位不相同，說明電流轉換中將出現(xiàn)數(shù)值和相位誤差。

變比誤差2.1電流互感器保護用的電流互感器都要按10%誤差曲線校驗，防止保護裝置在被保護對象發(fā)生故障時拒動，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運行，提高繼電保護的正確動作。2.1電流互感器

為了控制誤差在一定的范圍，對一次電流倍數(shù)及二次側的負載阻抗有一定的限制。

誤差曲線是指一次電流倍數(shù)與最大允許負載阻抗的關系曲線，稱為10%誤差曲線。

允許變比誤差為10％，角度誤差為7°。2.1電流互感器允許的二次負荷阻抗

一次電流倍數(shù)

二次負荷阻抗較大則允許的一次電流倍數(shù)就較小。如果二次負荷阻抗較小，則允許的一次電流倍數(shù)就較大。2.1電流互感器當不滿足10%誤差要求時，采取的措施：1）改用伏安特性較高的電流互感器二次繞組，提高帶負荷的能力；2）提高變比或采用額定電流小的電流互感器；以減小一次電流倍數(shù)；3）串聯(lián)相同級別電流互感器二次繞組；2.1電流互感器5）將電流互感器的不完全星形接線方式改為完全星形接線方式；差電流接線改為不完全星形接線方式；6）改變二次負荷元件的接線方式，將部分負荷移至互感器備用繞組，以減小計算負荷。4）增大二次電纜截面或采用消耗功率小的繼電器；2.1電流互感器作用：1)變換電量：將電流或電壓轉換為弱電壓。2）隔離電路：將保護邏輯部分與電氣設備的二次隔離。

3)用于定值調整：改變繞組匝數(shù)以實現(xiàn)定值整定或擴大定值范圍。4)用于電量的綜合處理：將多個電量綜合成單一電電，簡化保護。2.2測量變換器2、分類電壓變換器電流變換器電抗變換器2.2測量變換器3、工作特性（1）電壓變換器

鐵心工作在磁化曲線的直線部分，電壓變換器二次側電壓與一次側電壓的關系可近似表示為要求：為減小誤差要求勵磁電流要小、連接負載要大、漏抗要小，鐵芯工作在線性部分。2.2測量變換器（2）電流變換器

將一次側電流變換為一個與之成正比的二次側電壓。輸出電壓：

當鐵心不飽和時，輸出電壓波形基本保持一次側電流的波形。2.2測量變換器（3）電抗變換器

電抗變換器將輸入電流直接轉換成與電流成正比電壓的一種電量變換裝置。輸出電壓：調相電阻，用于改變輸入電流與輸出電壓之間的相角差。2.2測量變換器

開路結論：電壓超前電流約2.2測量變換器為了滿足被保護線路不同阻抗角要求，需要通過調整輸入電流與輸出電壓間的相位。措施：在接入調相電阻來實現(xiàn)。轉移阻抗，復常數(shù)。2.2測量變換器調相電阻接入時結論：適當選擇調相電阻，即可調節(jié)相位。2.1電流互感器電抗變換器特點：1）電抗變換器具有電感性質，有放大高次諧波的作用。2）有較強抑制非周期分量的作用。3）鐵芯的線性范圍比電流變換器寬。要求：輸出電壓與輸入電流間呈線性關系，即轉移阻抗為常數(shù)。2.2測量變換器

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教學要求:掌握零序分量濾過器、負序分量濾過器工作原理以及分析方法。2.3對稱分量濾過器2.3.1概述

電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路，故障參數(shù)出現(xiàn)負序分量，接地故障出現(xiàn)零序分量，正常運行負、零序分量基本為零。序分量作用：1）利用電流、電壓的不對稱，判斷故障的位置和類型；2）利用反映負序、零序分量可構成不對稱短路保護。2.3對稱分量濾過器序分量保護優(yōu)點：能避開負荷電流，可提高保護靈敏度；不反映系統(tǒng)振蕩；能判斷故障位置類型；簡化保護構成。

當輸入端三相電流、電壓中含有三序分量時，輸出端只輸出零序分量，稱為零序分量濾過器；只輸出負序分量時，稱為負序分量濾過器；只輸出正序分量時，稱為正序分量濾過器。2.3.2零序分量濾過器2.3對稱分量濾過器1、零序分量濾過器（1）零序電流濾過器

根據(jù)不對稱分量的理論，正序、負序三相仍然對稱，其三相相量和等于零。因此：2.3對稱分量濾過器

三相并聯(lián)的輸出電流為：2.3對稱分量濾過器正常運行時：出現(xiàn)不平衡電流原因：互感器勵磁電流不對稱。

在保護區(qū)外發(fā)生短路故障時，因短路電流較大，互感器鐵芯飽和，不平衡電流要比正常運行時大的多。2.3對稱分量濾過器

(2)零序電壓濾過器由于三相電壓不完全對稱，即使不發(fā)生接地故障，也有不平衡電壓輸出。2.3對稱分量濾過器

2.3.4負序電壓濾過器濾過器參數(shù)關系:

由于相間電壓中不存在零序分量，相當于零序分量已被濾掉。因此，負序電壓濾過器無一例外地加入相間電壓。2.3對稱分量濾過器即2.3對稱分量濾過器輸出為2.3對稱分量濾過器

由于元件參數(shù)不準確,阻抗值隨溫度及頻率的影響,加入正序電壓時有不平衡電壓輸出,使用時應注意。

如果將負序電壓濾過器任意兩個輸入端互換連接，則濾過器就會成為正序電壓濾過器。2.3對稱分量濾過器2.3.5負序電流濾過器電流變換器的一次繞組匝數(shù)關系為：

其目的是消除零序電流的影響。輸出電壓為：2.3對稱分量濾過器電抗變換器一次兩個繞組匝數(shù)相等，加入兩相電流差。其二次輸出為：

加入兩相電流差的目的也是為了消除零序分量的影響。2.3對稱分量濾過器負序電流濾過器的輸出為：2.3對稱分量濾過器如果，則無輸出。

加入正序分量時：2.3對稱分量濾過器加入負序分量時：輸出為2.3對稱分量濾過器2.3對稱分量濾過器二次極性相反

以上的分析中，沒有考慮變換器的角度誤差，若計及誤差存在，正常運行時有一不平衡分量輸出。

通?？刹扇≡陔娏髯儞Q器電阻旁并聯(lián)一個電容，可保證電流變換器輸出與電抗變換器輸出同相位。且二次電壓超前電流角度小于。2.3對稱分量濾過器小結：1)采用序分量濾過器的目的，可以提高保護的靈敏度；2)為獲得零序分量，只要將三相電流互感器同極性并聯(lián)，電壓順極性串聯(lián)；3)為了消除零序分量影響，加入負序電壓濾過器的電壓應為線電壓；4)必須合理選擇參數(shù)，才能滿足負序分量濾過器的要求；2.3對稱分量濾過器5）如果參數(shù)失調，可構成復合濾過器；6)若將負序濾過器的相序對換，則成為正序濾過器，即正序、負序濾過器的內部結構相同，只是相序不同而已；7）為了消除零序分量的影響，負序電流濾過器采用零序電流補償法與加入兩相電流差方法。2.3對稱分量濾過器

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2.4電磁型繼電器電磁型繼電器結構：2.4電磁型繼電器1、電磁型電流繼電器線圈通過電流時，產生電磁力，力矩表示為當轉矩大于反作用力矩和摩擦力矩時，常閉觸點閉合。2.4電磁型繼電器摩擦力矩反作用力矩2.4電磁型繼電器2.4電磁型繼電器2.4電磁型繼電器使繼電器動作的最小電流，稱為繼電器的動作電流。使繼電器由動作狀態(tài)返回到起始位置的最大電流，稱為繼電器的返回電流。2.4電磁型繼電器1、改變彈簧反作用力2、改變繞組聯(lián)接方式3、改變舌片初始位置返回系數(shù)：2.4電磁型繼電器輸入電流不變：串聯(lián)磁勢為并聯(lián)接磁勢為動作電流并聯(lián)是串聯(lián)的2倍。串聯(lián)并聯(lián)2.4電磁型繼電器2.4電磁型繼電器2、電磁型電壓繼電器過電壓繼電器動作電壓、返回電返回系數(shù)與過電流基本相同。低電壓繼電器動作電壓：使繼電器動作的最高電壓。低電壓繼電器返回電壓：使繼電器動作的最小電壓。2.4電磁型繼電器2、電磁型電壓繼電器串聯(lián)磁勢為并聯(lián)磁勢為結論：串聯(lián)是并聯(lián)的2倍。2.4電磁型繼電器3、信號繼電器作用：保護裝置動作的信號指示，接通聲光信號回路。特點：動作后觸點自保持，應手動復歸。2.4電磁型繼電器4、中間繼電器特點：觸點容量大，觸點數(shù)量多，可直接接通跳閘回路?？蓪崿F(xiàn)小延時。2.4電磁型繼電器2.4電磁型繼電器2.4電磁型繼電器檢驗分類:新安裝驗收檢驗；定期檢驗；補充檢驗。1）新安裝驗收檢驗；要求對繼電器進行全面檢查試驗，以保證繼電器投入運行后的性能和質量滿足要求。

2）定期檢驗：分為定期全部檢驗、定期部分檢驗以及作用于斷路器的整組跳合閘試驗。5、電流繼電器檢驗2.4電磁型繼電器3）補充檢驗：主要是指由于裝置改造、一次設備檢修或更換、運行中發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象情況以及在事故以后所進行的檢驗。

試驗接線：接線的基本構成原則應盡量模擬實際運行情況，使得試驗時加入繼電器的電氣量與繼電器的實際工作情況相符合。2.4電磁型繼電器

過電流繼電器應采用突然加入電流，模擬故障發(fā)生時電流突然上升的方法。測量誤差：真值：在測量中，被測量所具有的真實大小稱為該量的真值。測量誤差：測量結果對被測量的真值的偏差稱為測量誤差。2.4電磁型繼電器測量誤差通常分為：絕對誤差和相對誤差。

絕對誤差是指被測得值與真值之間的差值。相對誤差：絕對誤差：（整定值）平均誤差：在相同規(guī)定條件下，對同一繼電器所進行的規(guī)定測量中，每次測量所得誤差值(絕對誤差、相對誤差)的代數(shù)和的平均值。2.4電磁型繼電器動作值變差：n次試驗中動作值的最大值與最小值之差稱為變差，其表示法有絕對變差和相對變差。絕對變差：相對變差：2.4電磁型繼電器動作值的離散度：n次試驗中與平均值之差最大的動作值減去n次動作值的平均值，再與n次動作值的平均值之比稱為動作值的離散度。

6、一般性檢驗項目和要求2.4電磁型繼電器（1）內部和機械部分檢查（2）絕緣檢驗（3）繼電器觸點工作可靠性檢驗：帶上實際負荷對繼電器的觸點進行檢查。（4）動作電流和返回電流的檢驗檢驗方法步驟：2.4電磁型繼電器

1)將繼電器的線圈串聯(lián)，將調整桿放在某一個整定值上，調壓器處在輸出電壓最小位置（電阻最大位置）。2.4電磁型繼電器

2)合上刀閘ＱＫ，然后調節(jié)輸出電壓，慢慢地增加電流直至繼電器動作，停止調節(jié)。記下電流數(shù)值，即動作電流，再重復二次，求它的平均值。2.4電磁型繼電器3)繼電器動作后，均勻地減小輸出電流，直至繼電器的觸點剛剛分開，此時電流為返回電流，重復二次將其值填入表內，求它的平均值。根據(jù)動作電流和返回電流算出返回系數(shù)。2.4電磁型繼電器

動作值與返回值的測量應重復三次，每次測量值與整定值誤差不超過±3％。

過電流繼電器的返回系數(shù)應不小于0.85。當大于0.9時，應注意觸點壓力。2.4電流繼電器檢驗

6）返回系數(shù)的調整改變舌片的起始角與終止角、適當調整觸點壓力。7）動作值的調整

繼電器在最大刻度值附近時調整舌片的起始位置、繼電器在最小刻度值附近時調整彈簧。4)將調整桿放在其它標度重復上述試驗。

5)將繼電器線圈采用并聯(lián)接法，按上述步驟試驗。重點1）電流互感器極性2）電流互感器10%誤差校驗3）變換器作用4）電流繼電器原理及定值調整5）中間、信號繼電器作用6）電流繼電器檢驗方法及要求

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2.5微機保護硬件微機保護主要部分是微型計算機,須配備自電力系統(tǒng)向計算機輸入有關信息的輸入接口和計算機向電力系統(tǒng)輸出控制信息的接口。

還需輸入相關計算和操作程序、輸出記錄的信息，供運行人員分析事故。2.5.1硬件組成2.5微機保護硬件2.5微機保護硬件1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：電壓形成、模擬濾波、采樣保持、多路轉換、模-數(shù)轉換等功能塊。

其作用：將所檢測的模擬量準確地轉換為微機所需數(shù)字量。2、微機主系統(tǒng)2.5微機保護硬件

微機主系統(tǒng)（）：微處理器、只讀存儲器、隨機存儲器、定時器、并行及串行接口等。3、開關量輸入/輸出

由并行口適配器、光隔器件及觸點中間繼電器等組成。

主要實現(xiàn)：各種保護的出口跳閘、信號報警、外部觸點輸入及人機對話、通信等功能。2.5微機保護硬件2.5.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、電壓形成回路

微機保護模擬量的設置以滿足保護功能為基本準則，輸入量與計算方法結合后，能夠反映被保護對象的所有故障特征。以高壓輸電線路距離保護為例：2.5微機保護硬件

模擬量一般設置為：三相相電流、零序電流、三相相電壓和線路側相電壓。

微機保護從被保護對象的電流、電壓互感器或其他變換器上取得信息，但互感器二次值對微機保護電路不適用，通常將輸入量變換為±5伏或±10伏范圍內的電壓信號。因此采用中間變換器實現(xiàn)。2.5微機保護硬件2、采樣保持電路和低通濾波器采樣基本原理：在極短時間內測量輸入量在該時刻瞬時值，并在模-數(shù)轉換期間保持不變。要求：電子模擬開關AS的閉合時間應滿足有足夠的充電或放電時間，即采樣時間。2.5微機保護硬件對采樣保持電路的要求：

采樣寬度短、保持時間長、模擬開關的動作延時、閉合電阻和開斷時的漏電流要小。2.5微機保護硬件2.5微機保護硬件采樣頻率的選擇：采樣間隔的倒數(shù)稱為采樣頻率。2.5微機保護硬件要求：采樣頻率必須大于2倍最大頻率，即采樣定理。

因短路瞬間電流、電壓中含有高頻率信號，為了防止混疊誤差，要求采樣頻率很高，勢必增加對硬件的要求。目前大多數(shù)微機保護原理是反映工頻量的，可以在采樣之前將最高信號波頻率分量限制在一定頻帶內。一般在采樣前用一個低通濾波器（ALF）將高頻分量濾掉。2.5微機保護硬件3、多路轉換開關

多路轉換開關又稱多路轉換器，它是將多個采樣保持后信號逐一與模數(shù)轉換器芯片接通的控制電路。常被測量或被控制量往往可能是幾路或幾十路。例如，阻抗、功率方向等都要求對各個模擬量同時采樣，以準確的獲得各個量之間的相位關系，以進行保護計算。2.5微機保護硬件

在微機保護中，各個通道模擬電壓是在同瞬間采樣并保持記憶，在保持期間各路被采樣的模擬量電壓依次被取出進行模-數(shù)轉換，但微機所得到的仍認為是同一時刻的信息。4、模數(shù)轉換器原理：電力系統(tǒng)中電流、電壓為模擬量，微機只能對數(shù)字量進行運算，必須用模-數(shù)轉換器將連續(xù)的模擬量轉換為離散的數(shù)字量。2.5微機保護硬件

模-數(shù)轉換器被視為編碼電路。它將輸入模擬量相對于模擬參考量經編碼電路轉換成數(shù)字量輸出。輸入與輸出關系：

對于單極性模擬量，小數(shù)點在最高位前，既要求輸入必須小于參考量。2.5微機保護硬件也可寫成：

微機保護用的模數(shù)轉換器絕大多數(shù)都是應用逐次逼近法實現(xiàn)的。2.5微機保護硬件原理：逐次逼近法是指數(shù)碼設定方式是從最高位到低位逐次設定每位的數(shù)碼是“1”或“0”，并逐位將所設定的數(shù)碼轉換為基準電壓與待轉換的電壓相比較，從而確定各位數(shù)碼應該是“1”還是“0”。2.5微機保護硬件2.5.3微機主系統(tǒng)主系統(tǒng)包括：中央處理器、只讀存儲器、電擦除可編程只讀存儲器、隨機存取儲器、定時器等。1）中央處理器：用于實現(xiàn)微機保護整體控制及保護各種功能運算。2）只讀存儲器：用于存儲各種編寫好的程序，如監(jiān)控程序、保護功能等。2.5微機保護硬件3）電擦除可編程只讀存儲器：用于存儲保護定值等信息數(shù)據(jù)，保護定值的設定或修改可通過面板鍵盤實現(xiàn)。4）隨機存儲器：用于采樣數(shù)據(jù)及運算過程中數(shù)據(jù)的暫存。5）定時器：用于計數(shù)、產生采樣脈沖和實時鐘等。2.5微機保護硬件

微機主系統(tǒng)還配有小鍵盤、液晶顯示器和打印機等常用設備用于人機對話。4、開關量輸入/輸出電路（1）開關量輸出電路2.5微機保護硬件

微機保護裝置中設開關量輸出(DO，簡稱“開出”)電路，用于驅動各種繼電器。如跳閘出口繼電器、重合閘出口繼電器、裝置故障告警繼電器等。開關量輸出電路主要包括保護的跳閘出口、本地和中央信號及通信接口、打印機接口，一般都采用并行接口的輸出口來控制有觸點繼電器的方法，但為提高抗干擾能力，經一級光電隔離。2.5微機保護硬件分類：一類是開出電源受告警，啟動繼電器的觸點閉鎖開出量；另一類是開出電源不受閉鎖的開出量。

AXJ告警繼電器觸點；QDJ起動繼電器觸點。2.5微機保護硬件正常運行時，軟件通過并行口發(fā)出閉鎖開出電路的命令(即PB?7=1、PB?6=0、PB?5=0)，從而光電隔離不導通，出口繼電器均不動作。2.5微機保護硬件

發(fā)生故障后，起動繼電器動作QDJ的觸點閉合。經微機保護程序計算，如故障位于保護區(qū)內，則發(fā)出跳閘命令(即PB?7=0、PB?6=1)，光電隔離導通，三極管導通，24V電源經告警繼電器的常閉觸點、三極管、隔離二極管使出口繼電器CKJ1動作。軟件檢查斷路器跳閘成功后應收回跳閘命令。2.5微機保護硬件

保護裝置正常運行時，軟件每隔一段時間對開出量電路進行一次檢查。方法是：通過并行口發(fā)出動作命令(即PB?7=0、PB?6=1)，然后從并行口的輸入線讀取狀態(tài)，當該位為低電平時，說明開出電路正確，否則說明開出電路有斷路情況，報告開出電路故障。2.5微機保護硬件

如檢查正確，則再發(fā)出閉鎖命令(即PB?7=1、PB?6=0)，然后從并行口的輸入線讀取狀態(tài)，當該位為高電平時，說明開出電路正確，否則說明開出電路有短路情況，報告開出電路故障。2.5微機保護硬件2、開關量輸入電路

保護裝置中一般設置幾路開關量輸入電路。開關量輸入(DI，簡稱“開入”)主要用于識別運行方式、運行條件等，以便控制程序的流程。

開關量輸入電路主要是將外部一些開關觸點引入微機保護的電路，通常外部觸點不能直接引入微機保護裝置，必須經過光電隔離芯片引入。開關量輸入電路包括斷路器和隔離開關的輔助觸點或跳合閘位置繼電器觸點輸入，外部裝置閉鎖重合閘觸點輸入，輕瓦斯和重瓦斯繼電器觸點輸入，及裝置上連接片位置輸入等回路。2.5微機保護硬件開關量觸點分類：1）安裝在裝置面板上的觸點。這類觸點指鍵盤觸點及切換裝置工作方式用的轉換開關等。2)從裝置外部經端子排引入裝置的觸點。由運行人員不打開裝置外蓋而在運行中切換的各種壓板、轉換開關以及其他保護裝置和操作繼電器的觸點等。2.5微機保護硬件圖a的原理：當外部觸點接通時，光電隔離導通，其集電極輸出低電位；當外部觸點斷開，光電隔離不導通，其集電極輸出高電位，讀并行口該位的狀態(tài)，即可知道外部觸點的狀態(tài)。2.5微機保護硬件圖b的原理：當外部觸點接通時，光電隔離導通，其發(fā)射極輸出高電位；當外部觸點斷開，光電隔離不導通，其發(fā)射極輸出低電位，讀并行口該位的狀態(tài)，也可知道外部觸點的狀態(tài)。2.5微機保護硬件

謝謝！

敬請各位指導！

主講人：許建安2.6微機軟件系統(tǒng)配置微機保護軟件分為監(jiān)控程序和運行程序兩部分。監(jiān)控程序：對人機接口鍵盤命令處理程序及插件調試、整定設置、顯示等配置的程序。運行程序：指保護裝置在運行狀態(tài)下所需執(zhí)行的程序。

運行程序軟件一般三個部分:2.6微機軟件系統(tǒng)配置1）主程序:包括初始化，全面自檢、開放及等待中斷等；2）中斷服務程序:通常有采樣中斷、串行口中斷等。

采樣中斷包括數(shù)據(jù)采集與處理、保護起動判定等，串行口中斷完成保護CPU與保護管理CPU之間的數(shù)據(jù)傳送。

2.6微機軟件配置3）故障處理程序:在保護起動后才投入，用以進行保護特性計算、判定故障性質等。2.6微機軟件系統(tǒng)配置2.6微機軟件系統(tǒng)配置1、主程序給保護裝置上電或按復歸按鈕后，進行必要的初始化（初始化一）。如堆棧寄存器賦值、控制口的初始化、查詢面板上開關的位置（如在調試位置進入監(jiān)控程序，否則進入運行狀態(tài)）。CPU開始運行狀態(tài)所需的各種準備工作（初始化二）。2.6微機軟件配置首先往并行控制口寫數(shù)，讓所有繼電器處于正常位置；2.6微機軟件配置然后詢問面板上定值切換開關的位置，按照定值套號從EEPROM中取出定值，放至規(guī)定的定值區(qū)。準備好定值后，將對裝置各部分進行全面自檢，在確認一切良好后才允許數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始工作。2.6微機軟件配置完成采樣系統(tǒng)初始化后，開放采樣定時器中斷和串行口中斷，等待中斷發(fā)生后轉入中斷服務程序。全面自檢包括有：隨機存儲器讀寫檢查，質讀存儲器程序和定值求和檢查，開出量回路檢查等。2.6微機軟件配置若中斷時刻未到，就進入循環(huán)狀態(tài)。它不斷進行循環(huán)通用自檢及專用自檢項目。2.6微機軟件配置2.6微機軟件系統(tǒng)配置通用自檢包括有：定值選擇撥輪的監(jiān)視和開入量的監(jiān)視等。2.6微機軟件系統(tǒng)配置專用自檢依不同的被保護元件或不同保護原理而設置。

2、采樣中斷服務程序包括：1）數(shù)據(jù)采樣及存貯；2）電流差突變量啟動元件；3）電壓、電流求和自檢。

2.6微機軟件系統(tǒng)配置2.6微機軟件系統(tǒng)配置

進入中斷服務程序后，先關閉其他中斷，在中斷返回前則應開中斷。2.6微機軟件配置求和中斷故障中斷電壓、電流求和自檢目的是檢查是否斷線。

延時60ms后一直滿足，則置起動標志QDB=1，程序中斷返回時轉至故障處理程序。3、故障處理程序2.6微機軟件系統(tǒng)配置

進入故障處理程序先查電壓、電流求和自檢標志，以確定采樣中斷是求和自檢不通過，還是相電流差突變量啟動元件動作而進入故障處理程序。若求和自檢不通過，需進一步判定自檢不通過原因。

一次系統(tǒng)故障所致，那么此時應滿足2.6微機軟件系統(tǒng)配置(零序濾過器)當表明電壓或電流采集通道故障，閉鎖保護并報警。2.6微機軟件系統(tǒng)配置（自產）2.6微機軟件系統(tǒng)配置2.6微機軟件系統(tǒng)配置4、算法分類2.6微機軟件系統(tǒng)配置保護算法的實質是實現(xiàn)某種保護功能的數(shù)學模型。按該數(shù)學模型編制微機應用程序，對輸入的實時離散數(shù)字信號量進行數(shù)學運算，從而獲得保護動作的判據(jù)。簡單地說保護的算法是從采樣值中得到反應系統(tǒng)狀態(tài)的特征量的方法。算法的輸出是繼電保護動作的依據(jù)。

（1）分類：正弦量函數(shù)算法、微分方程算法、按實際波形的復雜數(shù)學模型算法及繼電器動作方程直接算法。2.6微機軟件系統(tǒng)配置分析算法評價方法：精度和速度。精度：則往往要利用更多的采樣點和更多的計算量。速度：算法的數(shù)據(jù)窗長度（或稱采樣點數(shù)）、算法運算工作量。（2）正弦函數(shù)模型的算法2.6微機軟件系統(tǒng)配置假設：被采樣的電壓、電流信號都是純正弦特性，即不含有非周期分量，又不含有高頻分量。以電流為例：因故障后電流、電壓都含有各種暫態(tài)分量，而且數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還會引入各種誤差，所以這一類算法要獲得精確的結果，必須和數(shù)字濾波器配合使用。2.6微機軟件系統(tǒng)配置假設方程式是數(shù)字濾波器的輸出,而不是模數(shù)轉換器提供的輸出。1）兩點采樣值算法采樣值算法是利用采樣值的乘積來計算電流、電壓、阻抗的幅值和相角等電氣參數(shù)的方法，此方法是利用2~3個采樣值推算出整個曲線情況，所以屬于曲線擬合法。其特點是計算的判定時間較短。2.6微機軟件系統(tǒng)配置上兩式平方后相加，得2.6微機軟件系統(tǒng)配置設和分別相隔的采樣時刻和的采樣值同理：2.6微機軟件系統(tǒng)配置復阻抗的模量和幅角為：2.6微機軟件系統(tǒng)配置電流和電壓復數(shù)形式：2.6微機軟件系統(tǒng)配置2）導數(shù)算法2.6微機軟件系統(tǒng)配置用差分方程近似求導方法：導數(shù)算法采樣差分近似求導2.6微機軟件系統(tǒng)配置導數(shù)算法需要的數(shù)據(jù)窗較短，僅一個采樣間隔。結論：瞬時值用平均值計算存在誤差。2.6微機軟件系統(tǒng)配置3）解微分方程算法特點：僅用計算阻抗。以距離保護為例，忽略線路分布電容時，方程為2.6微機軟件系統(tǒng)配置兩個不同時刻和分別測量聯(lián)立求解得用近似算法有2.6微機軟件系統(tǒng)配置電流、電壓平均值2.6微機軟件系統(tǒng)配置實例（1)設輸入相電壓、相電流分別為已知取每周期采樣次數(shù)寫出一個基頻周期的采樣值。2.6微機軟件系統(tǒng)配置解：因為，所以每隔采樣一次。以電壓為例：2.6微機軟件系統(tǒng)配置第一個采樣點為第二個采樣點為依次類推得到其他點的采樣值為2.6微機軟件配置2.6微機軟件系統(tǒng)配置實例：（2）采用兩點乘積算法，利用上例得到采樣序列，計算電壓有效值、電流有效值、電阻及電抗。解：兩點乘積法假設輸入量為正弦量，兩點乘積法取相隔的采樣值進行計算。當時，采樣周期所對應電氣角度為兩點乘積法取相隔3個的采樣值進行計算。2.6微機軟件配置采樣時刻發(fā)生變化，相位也發(fā)生變化，但有效值不變；計算阻抗時電壓量和電流量采用同時刻的采樣值。1）取計算：2.6微機軟件系統(tǒng)配置2.6微機軟件系統(tǒng)配置2）取計算：2.6微機軟件配置2.6微機軟件系統(tǒng)配置重點1、主程序初始化、自檢作用2、中斷服務作用3、故障處理需進行故障性質判定4、正弦量算法作業(yè)：練習2-3、2-5第3章輸電線路的電流電壓保護教學要求：掌握三段式電流保護的原理、整定計算方法、特點及原理圖。線路故障特征：電流突然增大、電壓降低。利用電流突然增大，可構成電流保護；利用電流、電壓變化，可構成低壓過電流保護。3.1.1無時限電流速斷保護3.1單側電源輸電線路相間短路的電流電壓保護無時限(或瞬時)電流速斷保護，它是反映電流升高，不帶時限動作的一種保護，也稱Ⅰ段保護。圖形符號＞1、工作原理和整定計算相間短路電流與故障點間關系為：3.1.1無時限電流速斷保護三相短路：兩相短路：設系統(tǒng)正、負序電抗相等。當系統(tǒng)運行方式一定時，和是常數(shù)，流過保護安裝處短路電流是保護安裝處至故障點距離的函數(shù)。3.1.1無時限電流速斷保護

系統(tǒng)運行方式及故障類型變化時，短路電流的大小也會發(fā)生變化。在保護整定計算中，一般考慮兩種極端的運行方式，即最大運行方式和最小運行方式。3.1.1無時限電流速斷保護為滿足選擇性：保護動作電流按保護區(qū)末端短路條件整定原因：被保護線路末端與相鄰線路出口處短路電流幾乎相等；保護1無法正確區(qū)分。按上式確定定值后，保證了在相鄰線路上發(fā)生短路故障保護1不會誤動作。

3.1.1無時限電流速斷保護

確定最大短路電流必須考慮因素：1）系統(tǒng)運行方式；2）短路點位置；3）短路類型；4）電網接線方式；3.1.1無時限電流速斷保護

保護區(qū)分析3.1.1無時限電流速斷保護

保護規(guī)程規(guī)定，電流速斷保護的靈敏度用保護范圍來衡量，當最大保護范圍達50%，最小保護范圍不應小于線路全長的15%~20%時，才能裝設無時限電流速斷保護。最大保護區(qū)確定：3.1.1無時限電流速斷保護最小保護區(qū)確定：說明：當不需求實際保護長度時，可直接求50%處三相短路及15%處兩相短路時，若保護安裝處測量到短路電流大于整定值，無時限速斷保護可裝設。3.1.1無時限電流速斷保護2、線路-變壓器組無時限電流速斷保護當采用線路─變壓器組的接線時，保護的保護范圍可延伸到相鄰變壓器一部分，使全線都能瞬時切除故障。保護動作電流配合系數(shù)靈敏度3.1.1無時限電流速斷保護原理接線：3.1.1無時限電流速斷保護3.2雙側電源輸電線路相間短路的方向電流保護教學要求：通過學習要求掌握方向過電流保護的基本工作原理；功率方向繼電器工作原理及動作區(qū)。消除出口三相短路死區(qū)的方法。雙側電源供電目的：是為了提高輸電線路供電可靠性。1、方向性問題的提出3.2方向電流保護當K1點短路,保護1、2動作，斷開QF1和QF2，接在A、B、C、D母線上的用戶，仍然由A側電源和D側電源分別供電，提高了對用戶供電可靠性。3.2方向電流保護

階段式電流保護用于雙側電源的網絡中，不能完全滿足選擇性要求。3.2方向電流保護

以無時限電流速斷保護1為例，保護的動作電流為：為滿足選擇性要求，定值應取大值，若背側短路電流大于正向，保護1正向保護靈敏度降低。3.2方向電流保護對過電流保護，當在K1點短路時，要求＜當K2點短路時，要求＞顯然，雙側電源不同地點故障時，動作時間的要求是相互矛盾。3.2方向電流保護對過電流保護，當在K1點短路時，要求＜當K2點短路時，要求＞顯然單電源環(huán)形網絡利用動作時間是無法滿足選擇性要求的。3.2方向電流保護結論：短路功率方向從母線指向線路時，保護動作才具有選擇性。3.2方向電流保護2、方向過電流保護工作原理規(guī)定：短路功率的方向從母線指向線路為正方向。K1點短路時，保護1、2、4、6為正方向；保護3和5反方向，不應起動。3.2方向電流保護

為了滿足選擇性要求，保護1、3、5動作時間需進行配合；保護2、4、6動作時間需進行配合。結論：相同動作方向保護的動作時間仍按階梯原則進行配合。3.2方向電流保護單相式方向過電流保護原理接線：由起動元件、方向元件、時間元件和信號元件組成。3.2方向電流保護3、功率方向繼電器工作原理3.2方向電流保護K1點發(fā)生短路故障時，加入保護3的電壓與電流反映了一次電壓和電流的相位和大小。3.2方向電流保護通過保護3的短路功率為：＞0

當反方向短路時，通過保護3的短路功率為＜

0

3.2方向電流保護功率方向繼電器動作條件：＞0

動作；＜0時不動作。（1）相位比較式原理實質是判斷母線電壓與電流之間相位角是否在范圍內。3.2方向電流保護動作方程表達式≤≤事實上是間接比較保護安裝處母線電壓與流過保護安裝處電流的相位?！堋墚敿尤肜^電器電壓為零時，無法進行比相。3.2方向電流保護簡化后的表達式為：≤≤其中：稱功率方向繼電器內角。3.2方向電流保護（2）幅值與相位比較間關系A稱為動作量，B稱為制動量。當＜時，A＞B當＞

時,A＜B3.2方向電流保護當，則當＞

時,A＜B3.2方向電流保護

由上面分析可見，相位比較與幅值比較相互間是可以轉換的。比幅關系比相關系3.2方向電流保護≥比幅式動作方程從上式可見，當加入繼電器電壓為零時，動作量等于制動量，繼電器存在動作死區(qū)。3.2方向電流保護4、功率方向繼電器接線要求：應能正確反應故障的方向；正向短路故障時，應使方向元件工作在較靈敏的狀態(tài)。

時，加入繼電器的電流超前電壓。3.2方向電流保護功率方向繼電器

電流

電壓KP1KP3KP33.2方向電流保護3.2方向電流保護動作區(qū)畫法：動作區(qū)：3.2方向電流保護（1）三相短路3.2方向電流保護（2）近處兩相短路3.2方向電流保護（3）遠處兩相短路3.2方向電流保護三相短路和近處兩相短路靈敏角變化范圍為：兩相遠處短路，B相靈敏角變化范圍：C相靈敏角變化范圍：3.2方向電流保護為了使各種相間短路保護都能動作，最大靈敏角范圍：3.2方向電流保護5、非故障相電流的影響與按相起動其中：圖b為正確接線，圖c錯誤接線。3.2方向電流保護6、方向電流保護的整定計算方向過電流保護動作電流可按下列兩條件整定：(1)躲過被保護線路中的最大負荷電流在單電源環(huán)形電網中，不僅要考慮閉環(huán)時線路的最大負荷電流，還考慮開環(huán)時負荷電流的突然增加。(2)同方向的保護的靈敏度應相互配合，即同方向保護的動作電流應從例電源遠的保護開始，向著電源逐級增大。

3.2方向電流保護＞＞

＞＞以保護4為例，其動作電流為3.2方向電流保護（2）相繼動作：單電源環(huán)形電網中，當靠近A母線近處短路，流過保護2的短路電流幾乎為零。只有保護1跳開QFl后，保護2才動作跳開OF2。保護裝置的這種動作情況，稱為相繼動作。相繼動作的線路長度，稱為相繼動作區(qū)域。3.2方向電流保護3.方向過電流保護靈敏系數(shù)的校驗：方向過電流保護靈敏系數(shù)，主要取決于電流元件。其方法與不帶方向元件的過電流保護相同，但在環(huán)網中允許用相繼動作的短路電流來校驗靈敏度。要求：相繼動作區(qū)不能動大于全長的50%。3.2方向電流保護4.助增電流的影響在保護1和2之間存在一助增電源，在線路K點發(fā)生故障，流過故障線路電流比保護1大。保護1限時電流速斷保護的動作電流為分支系數(shù)為3.2方向電流保護小結：（1）方向電流保護是為了滿足雙電源線路、單電源環(huán)形網絡選擇性與靈敏性，在電流保護的基礎上增加方向元件。（2）方向元件在正向出口處三相短路時存在動作死區(qū)。（3）采用接線是為了消除正向出口兩相短路的動作死區(qū)。（4）比幅與比相間的轉換關系是四邊形邊與對角線的關系。3.2方向電流保護3.3接地保護保護接地方式：中性點直接接地、中性點不直接接地。中性點直接接地稱為大電流接地系統(tǒng)。中性點不直接接地稱為小電流接地系統(tǒng)。3.3.1中性點非直接接地系統(tǒng)單相接地的特點相間電壓特點：相間電壓仍然對稱，對用戶沒有影響，一般情況可繼續(xù)運行一段時間。3.3接地保護保護3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護電壓相量圖：結論:故障相電壓降低，非故障相電壓升高。

單相金屬性接地時，故障相電壓為零，非故障相電壓升高為線電壓值。3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護電網中性點和各相對地電壓為零序電壓為：3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護非故障線路的零序電流接地點總零序電流為故障線路的零序電流為3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護單相接地特點：（1）全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓、且零序電壓全系統(tǒng)相等。（2）非故障線路零序電流由本線路對地電容形成。（3）故障線路零序電流由全系統(tǒng)非故障線路、元件對地電容形成。（4）故障相電壓下降，非故障相電壓升高。3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護2、中性點經消弧線圈單相接地故障特點從接地點流回的總電流為

3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護由于和的相位差約，因此將因消弧線圈的補償而減小。補償方式：完全補償、過補償和欠補償。為防止運行方式變化時，出現(xiàn)串聯(lián)諧振的現(xiàn)象，應采用過補償方式。

完全補償時要可能產生串聯(lián)諧振，不宜采用。3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護3、中性點非直接接地系統(tǒng)的接地保護（1）無選擇性絕緣監(jiān)視裝置

在中性點非直接接地電網中，任一點發(fā)生接地短路時，都會出現(xiàn)零序電壓。根據(jù)此特點構成的無選擇性接地保護，稱為絕緣監(jiān)視裝置。

3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護（2）零序電流保護原理：利用故障線路與非故障線路零序電流的數(shù)值不同實現(xiàn)。使用條件：電纜線路或經電纜出線的架空線路上。保護動作電流瞬時動作可靠系數(shù)取4-5，延時動作取1.5-2。靈敏系數(shù)3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護（3）零序功率方向保護中性點不接地電網發(fā)生單相接地故障時,故障線路的零序電流和非故障線路的零序電流方向相反，即故障線路的零序電流滯后零序電壓。而非故障線路的零序電流超前零序電壓，采用零序功率方向保護可明顯區(qū)分故障線路。3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護（4）反映高次諧波分量保護在電力系統(tǒng)中5次諧波分量數(shù)值最大，中性點經消弧線圈接地,消弧線圈只對基波電容電流有補償作用，5次諧波消弧線圈的感抗增加5倍,對容抗減小5倍；5次諧波電感電流相對于5次諧波電容電流來說是很小,起不了補償作用,在5次諧波分量中可不考慮消弧線圈的影響。5次諧波電容電流在消弧線圈的分配規(guī)律與基波在中性點不接地系統(tǒng)中的分配規(guī)律相同。根據(jù)5次諧波零序電流的大小和方向就可以判別故障線路與非故障線路。3.3.1中性點不接地系統(tǒng)接地保護保護3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護1、中性點直接接地系統(tǒng)接地時零序分量的特點電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時,可利用對稱分量法將電流分解為正序、負序和零序。接地時等效網絡：3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護特點：（1）故障點的零序電壓最高為，離故障點越遠處的零序電壓越低，變壓器中性接地點的零序電壓為零。（2）零序電流的分布，主要決定于輸電線路的零序阻抗和中性點接地變壓器的零序阻抗，而與電源的數(shù)目和位置無關。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護（3）運行方式變化，若線路和中性點接地的變壓器數(shù)目不變，則零序阻抗和零序等效網絡就不變。系統(tǒng)正序阻抗和負序阻抗要隨著系統(tǒng)運行方式而變化，將間接影響零序分量的大小。（4）對發(fā)生故障的線路，兩端零序功率方向與正序功率方向相反，零序功率方向實際上都是由線路流向母線的。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護（5）系統(tǒng)發(fā)生接地短路時，都將出現(xiàn)零序電流和零序電壓，在非全相運行或斷路器三相觸頭不同時合閘時，系統(tǒng)中也會出現(xiàn)零序分量。系統(tǒng)正常運行、振蕩、相間短路不會出現(xiàn)零序分量。（6）保護安裝處的零序電壓和零序電流之間的關系，取決于保護背后的零序阻抗，與被保護線路的零序阻抗及故障點的位置無關。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護2、零序電流保護零序電流保護通常也采用階段式保護。從保護構成看，三段式零序電流保護與三段式相間短路保護相類似。（1）無時限零序電流速斷保護特點：為了保證保護動作的快速性和選擇性要求，保護只能保護線路的一部分。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護動作條件：1）按躲過被保護線路末端接地短路時，保護安裝處測量到的最大零序電流整定。接地故障零序電流為3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護2）按躲過斷路器三相觸頭不同時合閘時，最大零序電流整定若保護動作時間大于斷路器三相合閘不同期時間，本條件可不考慮。靈敏度不滿足要求措施：保護可經小延時，使保護裝置的動作時間大于斷路器觸頭不同時合閘的時間。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護3）按非全相運行且振蕩條件整定按此條件整定，通常整定值較高，按1）和2）整定可能誤動，可采用設置兩個速斷保護。即靈敏I段，不靈敏I段保護。（2）限時零序電流速斷保護要求應保護線路全長。工作原理與相間短路保護相似。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護動作電流有分支情況下：動作時間：靈敏度：3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護當下級線路比較短或運行方式變化比較大，靈敏系數(shù)不滿足要求時，可采用下列措施加以解決:①使本線路的零序Ⅱ段與下一線路的零序Ⅱ段相配合，其動作電流、動作時限都與下一線路的零序Ⅱ段配合；②保留原來0.5s時限的零序Ⅱ段，增設一個與下一線路零序Ⅱ段配合的、動作時限為1s左右的零序Ⅱ段，它們與瞬時零序電流速斷及零序過電流保護一起，構成四段式零序電流保護。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護③從電網接線的全局考慮，改用接地距離保護。（3）零序過電流保護作用：作為近后備保護和遠后備保護。動作電流按最大不平衡電流整定。同時要求各保護間進行配合。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護

按保護范圍末端接地短路時流過本保護的最小零序電流來校驗。近后備要求靈敏度≥1.3-1.5，遠后備要求靈敏度≥1.25。靈敏度動作時間：3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護3、原理接線3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護4、方向性零序電流保護如圖點短路時，應該由保護1和保護2動作切除故障，但零序電流流過保護3時，若保護3無方向元件可能誤動。2、零序功率方向繼電器1、原理3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護

零序功率方向繼電器接于零序電壓和零序電流之上，動作與否決定于零序功率功率的方向。

在正向保護區(qū)內發(fā)生接地短路時，要求零序功率方向繼電器應能正確動作，并工作在較靈敏的狀態(tài)下。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護保護2方向元件的零序、零序電流間的相位差取決于保護安裝處背后的變壓器T2和線路BC的零序阻抗角。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護變壓器與線路總和阻抗角約，因此零序電流超前零序電壓約。靈敏角為：3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護a、b的接線實質上一樣，只是極性標注方法不同。由于在正常運行情況下不存在零序量，零序方向元件的極性接線錯誤不易被發(fā)現(xiàn)，在實際工作中應特別注意。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護評價：1）靈敏度高過電流保護二次動作電流一般為5

7A。零序過電流保護二次動作電流一般為24A。2）動作迅速零序過電流保護的動作時限不必與Yd11接線的降壓變壓器后線路保護相配合。3）不受系統(tǒng)振蕩和過負荷的影響當系統(tǒng)發(fā)生振蕩和對稱過負荷時，保護不受其影響，因無零序分量。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護評價：1）靈敏度高過電流保護二次動作電流一般為5

7A。零序過電流保護二次動作電流一般為24A。2）動作迅速零序過電流保護的動作時限不必與Yd11接線的降壓變壓器后線路保護相配合。3）不受系統(tǒng)振蕩和過負荷的影響當系統(tǒng)發(fā)生振蕩和對稱過負荷時，保護不受其影響，因無零序分量。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護評價：1）靈敏度高過電流保護二次動作電流一般為5

7A。零序過電流保護二次動作電流一般為24A。2）動作迅速零序過電流保護的動作時限不必與Yd11接線的降壓變壓器后線路保護相配合。3）不受系統(tǒng)振蕩和過負荷的影響當系統(tǒng)發(fā)生振蕩和對稱過負荷時，保護不受其影響，因無零序分量。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護4）接線簡單零序電流保護反應的零序分量，用一個測量元件就可以反應接地短路，測量元件數(shù)量少?？偨Y：1）相間短路的電流保護由無時限電流速斷保護、限時電流速斷保護、定時限過電流保護組成，可采用兩段式或三段式。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護2）無時限電流速斷、限時電流速斷保護構成主保護，定時限過電流保護作為近后備保護和遠后備保護。3）在電流保護的基礎上加裝方向元件就構成了方向電流保護，用于雙電源網絡和單電源環(huán)形網絡，可滿足動作選擇性的要求。3.4中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護4.1距離保護概述第四章輸電線距離保護1、距離保護的作用

原因：電流保護區(qū)隨系統(tǒng)運行方式而變化，有時電流速斷保護或限時電流速斷保護的保護范圍將變得很小，甚至沒有保護區(qū)。

對長距離、重負荷線路，線路的最大負荷電流可能與線路末端短路時的短路電流相差甚微，采用過電流保護，其靈敏性也常常不能滿足要求。4.1距離保護概述在高電壓、結構復雜的電網中，自適應電流保護的優(yōu)點還不能得到充分發(fā)揮。2、距離保護的基本原理工作原理：距離保護是反應故障點至保護安裝處之間的距離，并根據(jù)該距離的大小確定動作時限的一種繼電保護裝置。特點：故障點距保護安裝處越近時，保護的動作時限就越短；反之，故障點距保護安裝處越遠時，保護的動作時限就越長。

4.1距離保護概述故障點總是由離故障點近的保護首先動作切除，從而保證了在任何形狀的電網中，故障線路都能有選擇性的被切除。距離保護核心元件：阻抗繼電器。阻抗繼電器：測量故障點至保護安裝處的距離。方向阻抗繼電器不僅能測量阻抗的大小，而且還應能測量出故障點的方向。4.1距離保護概述原理：測量故障點至保護安裝處的阻抗，實際上是測量故障點至保護安裝處的線路距離。假設：電壓、電流互感器變比等于1。加入繼電器電壓、電流為、。測量阻抗工作電壓：4.1距離保護概述設阻抗繼電器安裝在線路M側：特點：1）正向保護區(qū)外短路時，工作電壓大于0。4.1距離保護概述2）正向保護區(qū)內短路時，工作電壓小于0。3）反向短路，工作電壓大于0。

結論：檢測工作電壓的相位變化，不僅能測量出阻抗的大小，而且還能檢測出短路故障的方向。1、極化電壓設極化電壓與測量電壓同相位，以極化電壓作為參考相量。4.1距離保護概述區(qū)內區(qū)外注意：極化電壓只作相位參考量，不參與阻抗測量，任何時候其值不能為零。4.1距離保護概述動作方程或極化電壓作用：1）極化電壓是按相位比較原理工作的方向阻抗繼電器工作所必須。數(shù)值過大或過小都是不適宜的。4.1距離保護概述2）可保證方向阻抗繼電器正、反向出口短路故障時有明確的方向性。3）根據(jù)比相原理的阻抗繼電器性能特點的要求，極化電壓有不同的構成方式，可獲得阻抗繼電器的不同功能，改善阻抗繼電器性能。

2、插入電壓令4.1距離保護概述區(qū)內短路，大于。插入電壓一般與測量電壓同相。區(qū)外短路，小于。4.1距離保護概述3、距離保護時限特性距離保護的動作時限與保護安裝處到短路點間距離的關系，即的關系稱為時限特性。與三段式電流保護類似，具有階梯時限特性的距離保護獲得了廣泛的應用。4.1距離保護概述4、距離保護的構成

距離保護構成：三段式距離保護裝置一般由啟動元件、方向元件、測量元件、時間元件組成。4.1距離保護概述啟動元件:發(fā)生故障瞬間啟動保護裝置?？刹捎梅从池撔螂娏鳂嫵苫蜇撔蚺c零序電流的復合電流構成，也可以采用反映突變量的元件作為啟動元件。方向元件：是保證動作的方向性，防止反方向發(fā)生短路故障時，保護誤動作。4.1距離保護概述測量元件：用阻抗繼電器實現(xiàn)，主要作用是測量短路點到保護安裝處的距離（或阻抗）。時間元件：主要作用是按照故障點到保護安裝處的遠近，根據(jù)預定的時限特性動作的時限，以保證動作的選擇性。4.1距離保護概述

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主講人：許建安4.2阻抗繼電器教學要求：掌握各種阻抗繼電器特點及應用范圍，整定阻抗、測量阻抗及動作阻抗意義；比幅與比相間的轉換。阻抗繼電器作用：阻抗繼電器是距離保護的核心,其主要作用是測量短路點到保護安裝處的距離。

加入阻抗繼電器的電壓與電流的比值稱為測量阻抗。4.2阻抗繼電器為了方便比較，通常將測量阻抗與整定阻抗畫在同一阻抗復數(shù)平面上。4.2阻抗繼電器

所表示的直線段為繼電器動作區(qū)，直線以外的區(qū)域為非動作區(qū)。

由于互感器的誤差，直線形動作特性不能采用的，必須擴大保護區(qū)。4.2阻抗繼電器4.2.1圓特性阻抗繼電器1、全阻抗繼電器動作方程：特點:1)圓的半徑為整定阻抗；2)圓內為動作區(qū)；3)動作不具有方向性。4.2阻抗繼電器圓的動作方程為：方程兩邊乘以電流,則方程為若令整定阻抗為：物理意義：正常運行時，電壓為額定電壓、電流是負荷電流，方程不滿足條件，即繼電器不動作；當在保護區(qū)內發(fā)生短路故障時，電壓降低，電流增大，方程滿足條件，保護起動。4.2阻抗繼電器動作方程兩邊同乘以測量電流,則方程為若令整定阻抗為：2、方向阻抗繼電器4.2阻抗繼電器動作方程：4.2阻抗繼電器

方向阻抗繼電器以電壓形式表示的動作方程為：特點：1）動作具有方向性；2）圓的直徑為整定阻抗；3）圓內為動作區(qū)。缺點：當加入繼電器的電壓等于零時，保護存在動作死區(qū)。4.2阻抗繼電器由于在保護安裝出口處發(fā)生三相短路時，加入繼電器的電壓為零，存在動作死區(qū)。實用的方向元件必須解決保護動作死區(qū)問題。動作阻抗：使阻抗繼電器啟動的最大測量阻抗。整定阻抗：指保護安裝處至保護區(qū)末端阻抗。4.2阻抗繼電器特點：當加入繼電器電壓與電流之間的相位差為不同數(shù)值時，動作阻抗也隨之而變。處于靈敏角狀態(tài)下動作阻抗具有最大值，保護區(qū)最長，即最靈敏。當測量阻抗角等于整定阻抗角時，此時動作阻抗具有最大值，將此角度稱為靈敏角。4.2阻抗繼電器比幅特性與比相特性間的轉換：動作方程為：4.2阻抗繼電器動作方程用電壓形式表示時，其方程為：缺點：當加入繼電器電壓為零時，也無法比相。存在動作死區(qū)。4.2阻抗繼電器3、偏移特性阻抗繼電器動作方程：4.2阻抗繼電器圓的半徑為：其中動作方程可表示為：4.2阻抗繼電器當，方程為：當，方程為：全阻抗繼電器4.2阻抗繼電器偏移特性阻抗繼電器比相形式動作方程：4.2阻抗繼電器以電壓形式表示動作方程為：4.2阻抗繼電器小結：1）測量阻抗：由測量電壓與測量電流的比值，大小與短路點到保護安裝處遠近有關；2）整定阻抗：一般取保護安裝點到保護范圍末端線路的阻抗；3）動作阻抗：使阻抗繼電器動作的最大測量阻抗。4.2阻抗繼電器4.2.2多邊形阻抗繼電器

多邊型阻抗繼電器反應故障點過渡電阻能力強、躲過負荷能力好，在微機保護中應用的相對廣泛。1、四邊形阻抗繼電器4.2阻抗繼電器動作方程：特點：測量阻抗落入四邊形區(qū)域內，保護動作。但保護不具方向性。4.2阻抗繼電器2、方向性多邊形阻抗繼電器

為了減小過渡電阻對阻抗保護的影響，各邊都采用了傾斜角，特性如圖所示。4.2阻抗繼電器動作方程：方向判別的動作方程為：4.2阻抗繼電器3、零序電抗繼電器

為克服單相接地短路時過渡電阻對保護區(qū)的影響，使阻抗繼電器動作特性適應附加測量阻抗的變化、保護區(qū)穩(wěn)定不變，零序電抗繼電器是廣泛采用的一種阻抗繼電器。其動作特性是過整定阻抗端點有一個傾角的直線。4.2阻抗繼電器

送電側受電側

若附加測量阻抗角等于傾斜角，則動作特性與附加阻抗平行。則保護區(qū)不受過渡電阻的影響。4.2阻抗繼電器動作方程為：4.2阻抗繼電器小結：（1）多邊形特性阻抗繼電器與直線形零序電抗繼電器在微機保護中被廣泛應用；（2）其最大優(yōu)點是躲過過渡電阻能力比較強；（3）同時可以采用帶方向性。4.2阻抗繼電器

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