繼電保護基本原理

1、繼電保護的基本原理 繼電保護l 什么是繼電保護？什么是繼電保護？泛指繼電保護技術(shù)或由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)。l 什么是繼電保護裝置？什么是繼電保護裝置？指能反映電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。l 繼電保護保護什么？繼電保護保護什么？繼電保護裝置的兩大基本任務(wù)： 1)自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭受破壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運行； 2)反映電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件，而動作于發(fā)信號、減負(fù)荷或跳閘。繼電保護的基本原理19世紀(jì)末：過電流保護原理（熔斷器）19051

2、908年：電流差動保護1910年：方向性電流保護20年代初：距離保護30年代：高頻保護(縱聯(lián)方向比較式保護)l實現(xiàn)手段三個階段，兩次飛躍50年代：由機電式到半導(dǎo)體式 80年代：由半導(dǎo)體式到數(shù)字式繼電保護的基本概念l保護： 保險絲l繼電： 由繼電器來控制開關(guān)l核心工作：判斷l(xiāng)信息來源：電流、電壓等電氣量及一些狀態(tài)量l理論工具：電力系統(tǒng)故障分析，信號處理方法l相關(guān)技術(shù)：傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)電力系統(tǒng)對繼電保護的基本要求l 選擇性：選擇性：指保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮??；l 速動性：速動性：發(fā)生故障時，繼電保護裝置能迅速動作，切除故障；l 靈敏性：靈敏性

3、：是對于其保護的范圍內(nèi)，發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力；l 可靠性：可靠性：發(fā)生故障的部分不應(yīng)該拒動，沒有發(fā)生故障的部分不能誤動。(可依賴性、安全性)繼電保護裝置的作用l 在工廠供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時，必須有相應(yīng)的保護裝置將故障部分及時地從系統(tǒng)中切除，以保證非故障部分的繼續(xù)工作，或發(fā)出報警信號，以便值班人員檢查并采取消除故障的措施。l 繼電保護裝置即各種不同類型的繼電器，以一定的方式連接與組合，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護動作，作用于斷路器脫扣線圈或給出報警信號，以達(dá)到對系統(tǒng)進(jìn)行保護的目的。常見的繼電保護裝置l繼電保護裝置由若干個繼電器組成，所以繼電器是繼電保護的主要元件。l 電流繼電器、電壓

4、繼電器、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器、溫度繼電器、瓦斯繼電器繼電保護裝置的基本構(gòu)成l測量：傳感回路、信息采集、濾波和算法。l判斷：故障分析、邏輯判別、定值門檻。 l執(zhí)行：控制開關(guān)行為的具體電路。 l信息記錄：故障錄波、事件記錄、通訊。 l學(xué)科特點：理論與實踐并重。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，會引起電流的增加和電壓的降低，以及電流、電壓間相位角的變化。因此，利用故障時參數(shù)與正常運行時的差別，就可以構(gòu)成各種不同原理和類型的繼電保護。測量部分邏輯部分執(zhí)行部分故障參數(shù)量整定值跳閘或信號脈沖l例如：l1.反映電流改變的，有電流速斷、定時限過電 流、反時限過電流及零序電流等保護；l2.反映電壓改變的，有低電

5、壓或過電壓保護；l3.既反映電流又反映電流與電壓間相角改變的，有方向過電流保護；l4.反映電壓與電流的比值，即反映短路點到保護安裝處阻抗的，有距離保護等；l5.反映輸入電流與輸出電流之差的，有變壓器差動保護等。電力設(shè)備在運行中可能發(fā)生故障和不正常的狀態(tài)。故障：最常見也是最危險的故障是各種形式的短路。不正常狀態(tài) ： 電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的正常工作遭到破壞，但并未發(fā)生短路故障，這種情況屬于不正常運行狀態(tài)，比如設(shè)備過負(fù)荷、溫度過高、小電流接地系統(tǒng)中的單相接地等。電力系統(tǒng)發(fā)生短路可能產(chǎn)生的后果l故障點所燃燒電弧使故障元件損壞。l短路電流通過非故障元件，產(chǎn)生發(fā)熱和電動力，使非故障元件損壞或降低使用壽命。l

6、電力系統(tǒng)部分地區(qū)電壓降低，影響用戶工作穩(wěn)定性或影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量。l破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定。短路：就是供電系統(tǒng)中一相或多相載流導(dǎo)體接地或相互接觸并產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流。l短路電流流過載流體產(chǎn)生的力效應(yīng)和熱效應(yīng)是校驗載流部分和電氣設(shè)備能否穩(wěn)定工作的主要依據(jù)之一。l為了選擇和檢驗電氣設(shè)備、載流導(dǎo)體和整定供電系統(tǒng)的繼電保護裝置，需要計算三相短路電流短路故障的種類： l單相接地故障：單相接地短路是最常見的故障，約占全部故障幾率的80%以上；l兩相接地短路：兩相接地短路故障一般不超過全部故障幾率的10%；l兩相短路及三相短路：兩相短路及三相短路故障相對較少，一般不超過全部故障幾率的5%。但是這種故障

7、比較嚴(yán)重，故障發(fā)生后要求迅速切除故障；l斷相：斷相故障包括線路斷線、斷路器斷相等。故障幾率更小，約為1%；l繞組匝間短路：這種故障發(fā)生在發(fā)電機、變壓器、調(diào)相機、電動機等電機電器內(nèi)部的繞組中，故障幾率極小，但是能嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備。造成短路的主要原因l 造成短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞、誤操作、雷擊或過電壓擊穿等。由于誤操作產(chǎn)生的故障約占全部短路故障的70%。短路電流數(shù)值通常是正常工作電流值的十幾倍或幾十倍。當(dāng)它通過電氣設(shè)備時，設(shè)備溫度急劇上升，過熱會使絕緣加速老化或損壞，同時產(chǎn)生很大的電動力，使設(shè)備的載流部分變形或損壞，選用設(shè)備時要考慮它們對短路電流的穩(wěn)定。l 短路電流在線路上產(chǎn)生很大

8、的壓降，離短路點越近的母線，電壓下降越厲害，從而影響與母線連接的電動機或其它設(shè)備的正常運行。短路電流和系統(tǒng)運行方式的關(guān)系供電系統(tǒng)的短路電流大小與系統(tǒng)的運行方式有很大的關(guān)系。系統(tǒng)的運行方式可分為最大運行方式和最小運行方式。l 最大運行方式下電源系統(tǒng)中發(fā)電機組投運多，雙回輸電線路及并聯(lián)變壓器均全部運行。此時，整個系統(tǒng)的總的短路阻抗最小，短路電流最大；l 反之，最小運行方式下由于電源中一部分發(fā)電機、變壓器及輸電線路解列，一些并聯(lián)變壓器為保證處于最佳運行狀態(tài)也采用分列運行，這樣使總的短路阻抗變大，短路電流也相應(yīng)的減少。繼電保護的整定計算一般是在同一電壓等級上以一次值進(jìn)行的，在整定方案選定后需換算至二次

9、值按保護構(gòu)成原理分為兩種：l 第一種是以差動為基本原理的保護，包括發(fā)電機、變壓器、母線等差動保護，各種縱聯(lián)方式的線路保護，如高頻保護。它們在原理上具備了區(qū)分內(nèi)、外故障的能力，保護范圍固定不變，而且它們的整定值與相鄰保護沒有配合關(guān)系，具有獨立性，整定計算比較簡單。l 第二種是階段式保護，它們的整定值要求與相鄰的上、下級保護之間有嚴(yán)格的配合關(guān)系，而它們的保護范圍又隨電力系統(tǒng)得運行方式的改變而變化。在工廠供電系統(tǒng)中，電流繼電器是保護裝置中重要的起動元件。常用的機電式電流繼電器分電磁式和感應(yīng)式兩種。電磁式電流繼電器的電流時間特性是定時限特性：只要通過繼電器的電流超過某一預(yù)先整定的數(shù)值時，它就能動作，動

10、作時限是固定的，與外加電流無關(guān)。感應(yīng)式電流繼電器的時間特性是反時限特性：當(dāng)某一線圈通入一定數(shù)值得電流時，其動作時限與通入電流大小平方成反比，通入線圈的電流越大，則動作時限越短。反時限過電流保護的特點：動作電流與時限成反比，即動作電流愈大，動作的時限愈短。譬如在同一線路上，靠近電源側(cè)的始端發(fā)生短路時，短路電流大，動作時限短；反之末端發(fā)生短路，短路電流較小，動作時限較長。l選擇定時限過電流保護動作電流的原則是應(yīng)保證在被保護線路發(fā)生相間短路故障時能可靠的動作，在正常運行時的最大負(fù)荷電流和由于電動機的起動或自起動以及用戶負(fù)荷突變和其他原因引起的短時間的沖擊電流等情況下保護不應(yīng)動作。互感器運行l(wèi) 電壓互

11、感器可以將高電壓變換為低電壓；l 電力系統(tǒng)在運行中，需要測量運行電壓和負(fù)荷電流，還需要具備完善的繼電保護裝置。但由于絕緣的要求，測量儀表和繼電器制造工藝等方面的原因，用電氣測量儀表無法直接測量高電壓和大電流，繼電器也無法直接接入系統(tǒng)。為此，在電力系統(tǒng)中采用了電壓和電流變換裝置，稱之為互感器。l 電流互感器可以將大電流變換為小電流。由于采用了互感器，測量儀表和繼電保護裝置不用直接與高電壓連接，從而保證了電氣測量和繼電保護工作的安全?；ジ衅髟砗蜆?biāo)準(zhǔn)化l 互感器與變壓器都是利用電磁感應(yīng)原理工作的。其結(jié)構(gòu)亦是由鐵；蘸、一次線圈、二次線圈及結(jié)構(gòu)物組成。電壓互感器工作原理與變壓器相同；電流互感器工作原理

12、與變壓器不同的是，其鐵芯內(nèi)的交變主磁通是由一次線圈通過的電流產(chǎn)生的，交變主磁通在二次線圈內(nèi)感應(yīng)出相應(yīng)的二次電流。l 電壓互感器的二次側(cè)標(biāo)難額定電壓為100V，電流互感器的二次側(cè)標(biāo)準(zhǔn)額定電流為5A或1A，這使得儀表和繼電器的制造可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。電壓互感器l 電壓互感器的工作原理與變壓器相同，但從工作應(yīng)用的角度分析，電壓互感器輸出容量接近于空載運行，其本身的短路阻抗也很小。在允許負(fù)荷范圍內(nèi)，互感器的阻抗壓降也較小，這樣在使用時可以得到比較準(zhǔn)確的電壓比。根據(jù)工作原理，一次電壓變換到二次電壓時會產(chǎn)生相角差，相角差和負(fù)荷與短路阻抗形成的電壓差，在使用中應(yīng)子重視。l 電壓互感器的準(zhǔn)確度：國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電壓

13、互感器的準(zhǔn)確度等級分為5級。應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)電壓互感器的用途、負(fù)荷性質(zhì)，選用適當(dāng)準(zhǔn)確度等級的電壓互感器。 測量用電壓互感器的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級和誤差限值見表1。 保護用電壓互感器的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級和誤差限值見表2。電壓互感器：用低量程的電壓表測高電壓l被測電壓被測電壓=電壓表讀數(shù)電壓表讀數(shù) N1/N2VR N1（匝數(shù)多（匝數(shù)多）保險絲保險絲 N2（匝數(shù)少（匝數(shù)少）u（被測電壓）（被測電壓）電壓表電壓表使用注意：使用注意：1. 副邊不能短路，以 防產(chǎn)生過流；2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損時，在副邊 出現(xiàn)高壓。電流互感器l 電流互感器的工作原理與變壓器相似，不同點是電流互感器是通過一次線圈的電流在

14、鐵芯中感應(yīng)交變磁通，交變磁通穿過二次線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢通過負(fù)載，取得相應(yīng)的電流。一次電流與二次電流的比值稱為電流互感器的電流比。電流互感器的電流比取決于一次線圈與二次線圈的匝數(shù)比，一次電流變換為二次電流時，也會產(chǎn)生電流誤差和相位差，使用中應(yīng)予重視。l 電流互感器的準(zhǔn)確度：國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電流互感器的準(zhǔn)確級共分為6級。應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)電流互感器的用途、負(fù)荷性質(zhì)，選用適當(dāng)準(zhǔn)確度等級的電流互感器。測量用電流互感器的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級和誤差限值見表l。一般保護作用電流互感器標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級和誤差限值見表2。電流互感器：用低量程的電流表測大電流（被測電流）（被測電流）N1（匝數(shù)少（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多（匝數(shù)多）AR

15、i1i2電流表電流表被測電流=電流表讀數(shù) N2/N1l 1. 副邊不能開路，以l 防產(chǎn)生高電壓；l 2. 鐵心、低壓繞組的l 一端 接地，以防在l 絕緣損壞時，在副l 邊出現(xiàn)過壓。使用注意事項：使用注意事項：零序電流互感器l 零序電流互感器主要是用來監(jiān)測交流三相線路電流的平衡度。從變換電流出發(fā)，可將零序電流互感器視為單匝貫穿式電流互感器，其一次電流等于流過零序電流互感器的三相電流的向量和。在系統(tǒng)正常運行時，三相電流的向量和等于零，即零序電流互感器的一次電流為零，二次電流必須是零。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(包括中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng))，三相電流必然會產(chǎn)生不平衡，即零序電流。零序

16、電流穿過零序電流互感器會使互感器二次線圈有電流產(chǎn)生，二次線圈接入信號或保護裝置，使信號或繼電保護裝置動作，便能及時發(fā)現(xiàn)故障，切斷故障線路，保證人身和設(shè)備不致發(fā)生危險。什么是變壓器的空載試驗？ l 變壓器的空載試驗指的是通過變壓器的空載運行來測定變壓器的空載電流和空載損耗。一般說來，空載試驗可以在變壓器的任何一側(cè)進(jìn)行。通常將額定頻率的正弦電壓加在低壓線圈上而高壓側(cè)開路。為了測出空載電流和空載損耗隨電壓變化的曲線，外施電壓要能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 變壓器空載時，鐵芯中主磁通的大小是由繞組端電壓決定的，當(dāng)變壓器施加額定電壓時，鐵芯中的主磁通達(dá)到了變壓器額定工作時的數(shù)值，這時鐵芯中的功率損耗也達(dá)到了

17、變壓器額定工作下的數(shù)值，因此變壓器空載時輸入功率可以認(rèn)為全部是變壓器的鐵損。一般電力變壓器在額定電壓時，空載損耗約為額定容量的0.1%1%。 什么是變壓器的短路試驗？l 變壓器的短路試驗通常是將高壓線圈接至電源，而將低壓線圈直接短接。由于一般電力變壓器的短路阻抗很小，為了避免過大的短路電流損壞變壓器的線圈，短路試驗應(yīng)在降低電壓的條件下進(jìn)行。用自耦變壓器調(diào)節(jié)外旋電壓，使電流在0.11.3倍額定電流范圍變化。原邊電流達(dá)到額定值時，變壓器的銅損相當(dāng)于額定負(fù)載時的銅損，因外施電壓較低，鐵芯中的工作磁通比額定工作狀態(tài)小得多，鐵損可以忽略不計，所以短路試驗的全部輸入功率基本上都消耗在變壓器繞組上，短路試驗

18、可測出銅損。通常電力變壓器在額定電流下的短路損耗約為額定容量的0.4%4%，其數(shù)值隨變壓器容量的增大而下降。 電力變壓器的保護l瓦斯保護：容量在800KVA及其以上的油浸式變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護，作為變壓器油箱內(nèi)各種故障和油面降低的主保護。其中輕瓦斯保護動作于信號，重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。l過電流保護：一般用于降壓變壓器，作為變壓器外部短路及瓦斯和電流速斷保護的后備保護。l 零序電流保護：當(dāng)變壓器中性點直接接地或經(jīng)放電間隙接地時，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護，作為變壓器外部接地短路的保護。l 過負(fù)荷保護：接于相電流上，并延時作用于信號。l 電流速斷保護：對于中、小容量的變壓器，例如工廠

19、供電中的供、配電變壓器，可以在電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護，作為變壓器電源側(cè)線圈和電源側(cè)套管及引出線故障的主要保護。它的整定值較高，因為它既要躲開變壓器低壓側(cè)短路時的最大短路電流，又要躲開變壓器空載投入時的勵磁涌流，所以只能保護變壓器高壓線圈以上的部分，而不能保護變壓器低壓線圈，這是電流速斷的缺點。異步電動機對三相短路電流的影響l正常運轉(zhuǎn)時異步電動機的感應(yīng)電動勢略低于外加電壓，當(dāng)供電線路發(fā)生三相短路時，短路點的電壓近似等于零，接在短路電附近的異步電動機因端電壓的下降有停止運轉(zhuǎn)的趨勢，但是由于慣性，異步電動機的轉(zhuǎn)子仍在轉(zhuǎn)動，此時異步電動機的反電勢大于其端電壓，處于發(fā)電機工作狀態(tài)，將轉(zhuǎn)子儲藏的磁能轉(zhuǎn)換為

20、電能向短路電反饋，產(chǎn)生反饋沖擊電流。電動機內(nèi)部常見的故障l 定子繞組相間短路l 定子繞組單相接地l 定子繞組匝間短路電動機常見的不正常狀態(tài)：l1過負(fù)荷l2.電壓消失或降低l3.同步電動機的異步狀態(tài)電動機的保護方式有以下幾種 l 相間短路設(shè)電流保護和縱差保護。對于1000V電壓以下的電動機，容量大的使用自動空氣開關(guān)，設(shè)專用保護，或利用其脫扣器保護，容量較小的用熔斷器保護l 為防止過負(fù)荷，裝設(shè)電流保護和熱力保護l 為防止發(fā)生單相接地，裝設(shè)零序電路保護l 欠電壓保護l 同步電動機的失步保護電容器的故障和異常運行方式l電容器組和斷路器之間的連接線短路：針對這種短路應(yīng)裝設(shè)無時限或帶短時限的電流保護，動作

21、于跳閘；l電容器內(nèi)部故障及其引出線的短路：應(yīng)采用的保護，可將電容器分為兩組，裝設(shè)橫聯(lián)差動保護，動作于跳閘；l電容器組的單相接地故障：裝設(shè)單相接地保護微機繼電保護的發(fā)展歷程2008.12培訓(xùn)培訓(xùn)繼電保護的發(fā)展階段l 第一階段：電磁型保護第一階段：電磁型保護l 第二階段：晶體管保護第二階段：晶體管保護l 第三階段：集成電路保護第三階段：集成電路保護l 第四階段：微機保護第四階段：微機保護l 第五階段：隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，繼第五階段：隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，繼電保護的內(nèi)函擴展，將保護功能、管理功能電保護的內(nèi)函擴展，將保護功能、管理功能融為一體，即融為一體，即“四合一四合一”保護，提出綜合自保

22、護，提出綜合自動化的概念動化的概念繼電保護的發(fā)展階段l 中國的繼電保護有中國的繼電保護有2 2個發(fā)展高潮個發(fā)展高潮電磁型、感應(yīng)型、整流型繼電器電磁型、感應(yīng)型、整流型繼電器由由5050年代年代8080年代年代微機型繼電保護微機型繼電保護8080年代至今年代至今晶體管和集成電路保護時間較短，為晶體管和集成電路保護時間較短，為微機保護打下基礎(chǔ)微機保護打下基礎(chǔ)電磁型繼電器l 7070年代以前廣泛使用年代以前廣泛使用l 保護功能：保護功能： 過流保護電流繼電器時間繼電器中間繼電過流保護電流繼電器時間繼電器中間繼電器器 過、欠壓保護電壓繼電器時間繼電器中間過、欠壓保護電壓繼電器時間繼電器中間繼電器繼電器

23、距離、零序等繼電器距離、零序等繼電器l 四遙、運行、管理功能：四遙、運行、管理功能： 中央信號屏、中央信號屏、RTURTU屏、運行人員巡視、定時記錄屏、運行人員巡視、定時記錄電磁型繼電器l 優(yōu)點：優(yōu)點：穩(wěn)定、可靠、使用壽命長、成本低、原理穩(wěn)定、可靠、使用壽命長、成本低、原理簡單簡單l 缺點：缺點：動作速度慢、二次回路復(fù)雜、動作速度慢、二次回路復(fù)雜、TVTATVTA負(fù)載大、負(fù)載大、復(fù)雜原理保護構(gòu)成麻煩、調(diào)試定檢工作量復(fù)雜原理保護構(gòu)成麻煩、調(diào)試定檢工作量大大晶體管保護l 第一臺晶體管保護由山東工業(yè)大學(xué)研制，但第一臺晶體管保護由山東工業(yè)大學(xué)研制，但運行不理想運行不理想l 第一套實用型的晶體管保護由水

24、電部組織研第一套實用型的晶體管保護由水電部組織研制，制，7070年在西北年在西北330KV330KV輸電線路上運行。輸電線路上運行。l 隨后研制了隨后研制了A A系列、系列、C C系列、系列、D D系列保護裝置系列保護裝置l 8080年代大量使用年代大量使用晶體管保護l 晶體管保護也稱為靜態(tài)保護，由晶體管等晶體管保護也稱為靜態(tài)保護，由晶體管等電子元器件實現(xiàn)各種保護原理，第一代采電子元器件實現(xiàn)各種保護原理，第一代采用鍺管，由于其抗干擾能力差改成硅管用鍺管，由于其抗干擾能力差改成硅管l 低壓保護包含了電壓、電流、重合閘功能；低壓保護包含了電壓、電流、重合閘功能；高壓保護距離、零序、高頻、相差、重合

25、高壓保護距離、零序、高頻、相差、重合閘分別由不同的裝置實現(xiàn)閘分別由不同的裝置實現(xiàn)l 四遙、運行、管理功能：四遙、運行、管理功能： 中央信號屏、中央信號屏、RTURTU屏、運行人員巡視、定屏、運行人員巡視、定時記錄時記錄晶體管保護l 優(yōu)點：優(yōu)點：成本低、動作速度快、成本低、動作速度快、 TVTATVTA負(fù)載小、原理負(fù)載小、原理較簡單較簡單l 缺點：缺點：復(fù)雜原理保護構(gòu)成麻煩、調(diào)試定檢工作量大、復(fù)雜原理保護構(gòu)成麻煩、調(diào)試定檢工作量大、穩(wěn)定性不高穩(wěn)定性不高集成電路保護l 8080年代開始研制，年代開始研制，8787年投入市場，原理同晶體管，年投入市場，原理同晶體管，只是采用中小規(guī)模只是采用中小規(guī)模I

26、CIC芯片取代晶體管，提高可芯片取代晶體管，提高可靠性，減少調(diào)試的復(fù)雜性和工作量，使用范圍靠性，減少調(diào)試的復(fù)雜性和工作量，使用范圍和規(guī)模較小，市場存在時間較短和規(guī)模較小，市場存在時間較短l 四遙、運行、管理功能：四遙、運行、管理功能： 中央信號屏、中央信號屏、RTURTU屏、運行人員巡視、定時記屏、運行人員巡視、定時記錄錄微機保護 六十年代提出應(yīng)用計算機構(gòu)成保護的概念六十年代提出應(yīng)用計算機構(gòu)成保護的概念 七十年代研究算法的熱潮七十年代研究算法的熱潮 八十年代微機保護進(jìn)入實用八十年代微機保護進(jìn)入實用 八十年代末國內(nèi)微機保護進(jìn)入批量生產(chǎn)八十年代末國內(nèi)微機保護進(jìn)入批量生產(chǎn) 八十年代中期綜合自動化研究

27、發(fā)展八十年代中期綜合自動化研究發(fā)展 九十年代國內(nèi)綜合自動化研究和應(yīng)用繁榮九十年代國內(nèi)綜合自動化研究和應(yīng)用繁榮微機保護l 8282年開始研制。年開始研制。l 8484年樣機制造并在河北、東北電力系統(tǒng)運行年樣機制造并在河北、東北電力系統(tǒng)運行l(wèi) 84848686年進(jìn)行大量的試驗。年進(jìn)行大量的試驗。l 8787年年9 9月月2626日在河北邯鄲電網(wǎng)日在河北邯鄲電網(wǎng)220KV220KV線路做人線路做人工短路試驗，同年批量生產(chǎn)。工短路試驗，同年批量生產(chǎn)。l 8989年在東北年在東北500KV500KV做人工短路試驗，同年國做人工短路試驗，同年國家電網(wǎng)公司決定大面積推廣應(yīng)用。家電網(wǎng)公司決定大面積推廣應(yīng)用。l

28、 9191年第二代微機保護推出。年第二代微機保護推出。l 9494年第三代微機保護推出。年第三代微機保護推出。l 9999年第四代微機保護推出年第四代微機保護推出微機保護的優(yōu)點l 硬件可以標(biāo)準(zhǔn)化硬件可以標(biāo)準(zhǔn)化l 體積更小，占地少體積更小，占地少l 可方便實現(xiàn)各種原理的保護可方便實現(xiàn)各種原理的保護l 用數(shù)學(xué)方法比繼電器特性方法易于提高保護性能用數(shù)學(xué)方法比繼電器特性方法易于提高保護性能l 程序可自適應(yīng)運行狀態(tài)而自動改變定值和特性程序可自適應(yīng)運行狀態(tài)而自動改變定值和特性l 有軟硬件實時自檢能力有軟硬件實時自檢能力l 故障及事件記錄，有利于事后分析故障及事件記錄，有利于事后分析l 通信功能通信功能微機

29、保護的缺點l 與傳統(tǒng)保護有根本性的背離與傳統(tǒng)保護有根本性的背離l 使用者維護較難使用者維護較難l 對硬件和軟件都要求高度可靠對硬件和軟件都要求高度可靠l 在操縱和維護中用戶較難掌握在操縱和維護中用戶較難掌握l 計算機技術(shù)發(fā)展很快，硬件容易過時計算機技術(shù)發(fā)展很快，硬件容易過時幾種保護性能比較電磁型電磁型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體型微機型微機型動作速度動作速度慢慢快快快快選擇性選擇性復(fù)雜復(fù)雜比電磁型簡比電磁型簡單單簡單簡單輸入波形異常輸入波形異常性能好性能好可能誤動需可能誤動需加模擬濾波加模擬濾波加模擬和加模擬和數(shù)字濾波數(shù)字濾波幾種保護性能比較電磁型電磁型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體型微機型微機型自動改定值自動改定值難難難

30、難方便方便可靠性可靠性高高附加檢測系統(tǒng)附加檢測系統(tǒng)實時檢測實時檢測系統(tǒng)系統(tǒng)耐浪涌耐浪涌強強弱弱較強較強幾種保護性能比較電磁型電磁型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體型微機型微機型檢測監(jiān)視檢測監(jiān)視復(fù)雜復(fù)雜較容易較容易簡單簡單盤面積盤面積大大大大小小經(jīng)濟性經(jīng)濟性單價低單價低同電磁型同電磁型性價比高性價比高第一代微機保護l 采用采用68096809微處理機微處理機l 一塊一塊CPUCPUl 1212位位A/DA/D采樣采樣l RS232RS232通信通信l 保護功能保護功能l 無無“四遙四遙”功能功能硬件結(jié)構(gòu)圖模件布置圖第二代微機保護l 80318031單片機單片機l VFCVFC技術(shù)技術(shù)l 5 5個個CPUCPU模塊

31、模塊l 保護功能保護功能l RS232RS232通信通信l 總線不出插件總線不出插件l 無無“四遙四遙”功能功能什么是什么是VFCVFC技術(shù)？技術(shù)？ADCVFC嗎？嗎？ l VFCVFC是壓頻轉(zhuǎn)換器，是壓頻轉(zhuǎn)換器，ADCADC是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，ADCADC的的一種結(jié)構(gòu)就是采用壓頻變換過程一種結(jié)構(gòu)就是采用壓頻變換過程l VFCVFC是將模擬電壓變成對應(yīng)頻率的脈沖信號，然是將模擬電壓變成對應(yīng)頻率的脈沖信號，然后計頻，可以換算成相應(yīng)的電壓數(shù)值，這就是使后計頻，可以換算成相應(yīng)的電壓數(shù)值，這就是使用用VFCVFC進(jìn)行進(jìn)行ADCADC的原理。的原理。 ADCADC還有其他方法所以還有其他方法所以

32、ADCVFCADCVFC 硬件結(jié)構(gòu)圖模件布置圖第三代微機保護l 專業(yè)單片機專業(yè)單片機l VFCVFC技術(shù)技術(shù)l 5 5個個CPUCPU模塊模塊l 保護功能保護功能l LON LON 網(wǎng)網(wǎng)l 總線不出芯片總線不出芯片l “四遙四遙”功能功能第三代微機保護l Intel 80196Intel 80196（8029680296）單片機）單片機l VFCVFC技術(shù)（技術(shù)（A/DA/D技術(shù)）技術(shù)）l 多多CPUCPU模塊模塊l 保護功能保護功能l LONLON網(wǎng)（網(wǎng)（CAN CAN 網(wǎng)）網(wǎng)）l 總線不出單板總線不出單板l “四遙四遙”功能功能前三代微機保護存在的問題l 資源小，冗余度不夠資源小，冗余度不

33、夠l 匯編語言編程，不利于擴展和維護，匯編語言編程，不利于擴展和維護，繼承性差繼承性差l 整體可靠性低整體可靠性低l 運算速度慢運算速度慢l 信息處理能力低信息處理能力低第四代微機保護l 采用采用3232位微處理機（位微處理機（Motorola 68332Motorola 68332） l 大資源大平臺設(shè)計大資源大平臺設(shè)計l 1414位位A/DA/Dl 以太網(wǎng)以太網(wǎng)l 邏輯可編程邏輯可編程l 保護功能保護功能l “四遙四遙”功能功能第四代微機保護特點l 軟硬件系列化、模塊化設(shè)計軟硬件系列化、模塊化設(shè)計l 裝置系列化設(shè)計裝置系列化設(shè)計l 基于統(tǒng)一設(shè)計的硬件平臺基于統(tǒng)一設(shè)計的硬件平臺l 軟件統(tǒng)一平

34、臺，模塊化設(shè)計，增強可靠性軟件統(tǒng)一平臺，模塊化設(shè)計，增強可靠性l 高級語言軟件設(shè)計高級語言軟件設(shè)計l 以齊套變電站內(nèi)保護、控制設(shè)備為目標(biāo)以齊套變電站內(nèi)保護、控制設(shè)備為目標(biāo)第四代微機保護特點高起點、大資源高起點、大資源的硬件平臺的硬件平臺l 突破傳統(tǒng)保護設(shè)計概念的局限突破傳統(tǒng)保護設(shè)計概念的局限l 易于產(chǎn)品功能的擴展易于產(chǎn)品功能的擴展l 高級語言編程，軟件模塊化高級語言編程，軟件模塊化l 借鑒國際產(chǎn)品優(yōu)點，與先進(jìn)技術(shù)同步發(fā)展借鑒國際產(chǎn)品優(yōu)點，與先進(jìn)技術(shù)同步發(fā)展l 為產(chǎn)品通用化提供條件為產(chǎn)品通用化提供條件第四代微機保護特點高起點、大資源高起點、大資源的硬件平臺的硬件平臺 摩托羅拉摩托羅拉3232位單

35、片機技術(shù)，位單片機技術(shù)，大容量RAM（1M字節(jié)）、FlashRAM(1M字節(jié)）、ROM（256K字節(jié)使產(chǎn)品的穩(wěn)定性和運算速度得到保證使產(chǎn)品的穩(wěn)定性和運算速度得到保證 保護采用保護采用1414位的位的A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 測量模塊測量模塊A/DA/D轉(zhuǎn)換精度高達(dá)轉(zhuǎn)換精度高達(dá)2424位位 配以大容量的配以大容量的RAMRAM和和Flash MemoryFlash Memory，可記錄，可記錄8 8至至5050個錄波報告，記錄的事件數(shù)不少于個錄波報告，記錄的事件數(shù)不少于10001000條條第四代微機保護特點高起點、大資源高起點、大資源的硬件平臺的硬件平臺 快速內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，消除通信瓶頸快速內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，

36、消除通信瓶頸 豐富的豐富的I/OI/O資源資源 3232組定值組定值 冗裕設(shè)計，提高裝置安全性冗裕設(shè)計，提高裝置安全性CPU模件設(shè)計9090年前年前9595年前年前STS360STS360處理器位數(shù)處理器位數(shù)8 8位位8 81616位位3232位位處理器模式處理器模式單板機單板機單片機單片機單片機單片機存儲器模式存儲器模式緊湊式電池緊湊式電池RAMRAM緊湊式電池緊湊式電池RAMRAM開放式開放式Flash Flash MemoryMemory第四代微機保護特點嵌入式實時多任務(wù)軟件平臺嵌入式實時多任務(wù)軟件平臺 良好的開發(fā)環(huán)境為分工協(xié)作、設(shè)計高可靠性的軟良好的開發(fā)環(huán)境為分工協(xié)作、設(shè)計高可靠性的軟

37、件提供了保障件提供了保障 軟件功能徹底模塊化軟件功能徹底模塊化 采用采用C C語言編程的功能軟件獨立于硬件之外語言編程的功能軟件獨立于硬件之外, ,具備具備很強的移植性很強的移植性, ,可繼承性可繼承性第四代微機保護特點高效率的圖形化邏輯可編程技術(shù)高效率的圖形化邏輯可編程技術(shù) 利用圖形化邏輯可編程技術(shù)形成保護及自動化功利用圖形化邏輯可編程技術(shù)形成保護及自動化功能的過程：能的過程： 邏輯圖的輸入 解析邏輯圖 邏輯圖的執(zhí)行第四代微機保護特點第四代微機保護特點 邏輯圖執(zhí)行效率邏輯圖執(zhí)行效率 邏輯運算速度達(dá)到：邏輯運算速度達(dá)到： 300300個邏輯門個邏輯門/ms/ms 各具特點的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各

38、具特點的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)l VFCVFC技術(shù)的優(yōu)點：多技術(shù)的優(yōu)點：多CPUCPU共享采樣數(shù)據(jù)共享采樣數(shù)據(jù)l VFCVFC的局限性：的局限性： 1. 1.穩(wěn)定性較差穩(wěn)定性較差 2. 2.精度難以提高精度難以提高 3. 3.采樣率受限制采樣率受限制各具特點的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各具特點的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)A/DA/D的優(yōu)點的優(yōu)點l 精度高，精度高，1414位位l 穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好l 可提高采樣率可提高采樣率l 器件有較大的選擇余地器件有較大的選擇余地l 解決了多解決了多CPUCPU共享共享A/DA/D采樣數(shù)據(jù)的難題采樣數(shù)據(jù)的難題 有源、無源濾波有源、無源濾波l 高精度高精度l 極好的濾波特性極好的

39、濾波特性l 保證各采樣通道間相移一致保證各采樣通道間相移一致AD精度與精確工作電流的關(guān)系第四代微機保護特點 根據(jù)繼電保護、測量根據(jù)繼電保護、測量/ /計量功能的不同運行特計量功能的不同運行特點和要求，分別設(shè)計不同原理的交流采集系點和要求，分別設(shè)計不同原理的交流采集系統(tǒng)統(tǒng) 保護采用低功耗、高穩(wěn)定性的保護采用低功耗、高穩(wěn)定性的A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 測量測量/計量功能采用計量功能采用-型專用測量型專用測量A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度達(dá)器，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度達(dá)2424位以上，可形成包括位以上，可形成包括電度量在內(nèi)的各種測量電度量在內(nèi)的各種測量/ /計量值。計量值。 （U U、I0.2%I0.2%

40、；P P、Q Q、kWhkWh、kVrh 0.5% kVrh 0.5% ）第四代微機保護特點運行過程全息再現(xiàn)運行過程全息再現(xiàn) 記錄保護內(nèi)部各元件動作行為和錄波數(shù)據(jù)記錄保護內(nèi)部各元件動作行為和錄波數(shù)據(jù) 記錄各元件動作時內(nèi)部各計算值記錄各元件動作時內(nèi)部各計算值 可將數(shù)據(jù)在分析軟件上進(jìn)行事件分析、反演可將數(shù)據(jù)在分析軟件上進(jìn)行事件分析、反演 支持遠(yuǎn)程診斷支持遠(yuǎn)程診斷l(xiāng) 可將數(shù)據(jù)在可將數(shù)據(jù)在SviewSview分析軟件上進(jìn)行事件分析分析軟件上進(jìn)行事件分析l 可將數(shù)據(jù)在可將數(shù)據(jù)在PCPC機保護平臺上反演機保護平臺上反演第四代微機保護特點嵌入式以太網(wǎng)及嵌入式以太網(wǎng)及TCP/IPTCP/IP技術(shù)技術(shù) 高性能、

41、可靠、靈活、通用高性能、可靠、靈活、通用 采用采用IEC870-5-103IEC870-5-103標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，達(dá)標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，達(dá)到不同制造商產(chǎn)品的互操作性到不同制造商產(chǎn)品的互操作性 支持遠(yuǎn)方診斷支持遠(yuǎn)方診斷幾種通信網(wǎng)絡(luò)的比較簡單串行口簡單串行口現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線以太網(wǎng)以太網(wǎng)波特率波特率10k10k100k100k10M10M第四代微機保護特點開放性設(shè)計開放性設(shè)計l 豐富而靈活的通信資源豐富而靈活的通信資源l 充分考慮與現(xiàn)有變電站自動化系統(tǒng)接口充分考慮與現(xiàn)有變電站自動化系統(tǒng)接口l 通信口配置通信口配置l 配置配置1 1以太網(wǎng)接口以太網(wǎng)接口l 配置配置2 2RS232/485 RS232/485/

42、422RS232/485 RS232/485/422l 配置配置3 3 RS232/485 LonWork RS232/485 LonWorkl 配置配置4 4 RS232/485 CANBUS RS232/485 CANBUSl 媒介媒介銅導(dǎo)線或銅導(dǎo)線或 光纖光纖l 支持集中打印或取消打印機支持集中打印或取消打印機第四代微機保護特點測量與控制功能測量與控制功能l 事件上傳事件上傳l 遙控壓板投退操作遙控壓板投退操作l 遠(yuǎn)方讀取、修改定值遠(yuǎn)方讀取、修改定值l 切換運行定值區(qū)切換運行定值區(qū)l 遙測、遙信及遙控跳、合閘遙測、遙信及遙控跳、合閘l 裝置工況監(jiān)視等裝置工況監(jiān)視等第四代微機保護特點“工程

43、化工程化”的設(shè)計理念的設(shè)計理念 裝置整體高可靠性設(shè)計裝置整體高可靠性設(shè)計l 軟件、硬件平臺化設(shè)計軟件、硬件平臺化設(shè)計l 高等級、品質(zhì)保證的元器件選用高等級、品質(zhì)保證的元器件選用l 密閉結(jié)構(gòu)密閉結(jié)構(gòu)/ /背插式結(jié)構(gòu)的機箱設(shè)計背插式結(jié)構(gòu)的機箱設(shè)計l 高標(biāo)準(zhǔn)的電磁兼容性能高標(biāo)準(zhǔn)的電磁兼容性能l 組屏可不加抗干擾模件組屏可不加抗干擾模件第四代微機保護特點 人性化設(shè)計人性化設(shè)計l 液晶顯示操作液晶顯示操作l 表格、波形方式輸出表格、波形方式輸出l 支持多種調(diào)試與分析手段，方便的調(diào)試軟支持多種調(diào)試與分析手段，方便的調(diào)試軟件件l 完整的功能配置，安裝不需任何附件完整的功能配置，安裝不需任何附件l 優(yōu)美工業(yè)造型優(yōu)美工業(yè)造型第四代微機保護特點 免調(diào)試概念設(shè)計免調(diào)試概念設(shè)計l 高精度、高穩(wěn)定器件保證高精度、高穩(wěn)定器件保證l 無可調(diào)節(jié)元件，無需現(xiàn)場對采樣精度調(diào)整無可調(diào)節(jié)元件，無需現(xiàn)場對采樣精度調(diào)整l