泵站計(jì)算機(jī)技術(shù)-繼電保護(hù)

泵站計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)武漢大學(xué)黎文安2/6/20231前言

在上世紀(jì)70年代，我國(guó)大規(guī)模的新建了各種規(guī)模的泵站。但三十多年來，這些泵站的設(shè)備一直未得到很好的更新改造。尤其是在電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期，泵站的自動(dòng)化技術(shù)一直未能隨著世界先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，而是出于嚴(yán)重滯后的狀態(tài)。直到2000年以后，泵站的改造工作才大面積展開，這其中就包括泵站自動(dòng)化設(shè)備的投入和改造。

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由于幾十年來，我國(guó)的泵站基本上談不上自動(dòng)化，所以這方面的人才匱乏，與之相應(yīng)的技術(shù)資料和培訓(xùn)資料也極其稀少。鑒于目前的現(xiàn)狀和水利行業(yè)對(duì)泵站自動(dòng)化培訓(xùn)的迫切需要，我們組織相關(guān)人員編寫了這本培訓(xùn)教材。

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泵站自動(dòng)化技術(shù)涉及的知識(shí)面很廣，它包含了電氣技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、泵站調(diào)度運(yùn)行等多個(gè)方面，具體內(nèi)容有：電氣回路、電氣控制、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)控制、微機(jī)保護(hù)、防雷與接地、PLC系統(tǒng)、智能儀表、軟件系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)等。

2/6/20234什么是自動(dòng)化

機(jī)器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或控制的過程，其目標(biāo)是“穩(wěn)，準(zhǔn)，快”。自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面。采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此，自動(dòng)化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)志。2/6/20235自動(dòng)化（Automation）是指工具或生產(chǎn)過程不依賴或少量依賴人的干預(yù)而主要依靠預(yù)設(shè)指令和程序自動(dòng)完成工作的過程。2/6/20236

采用具有自動(dòng)控制，能自動(dòng)調(diào)節(jié)、檢測(cè)、加工的機(jī)器設(shè)備、儀表，按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行作業(yè)的技術(shù)措施。其目的在于增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本和勞動(dòng)強(qiáng)度、保障生產(chǎn)安全等。自動(dòng)化程度已成為衡量現(xiàn)代國(guó)家科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。2/6/20237自動(dòng)化是一門涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)。作為一個(gè)系統(tǒng)工程，它由5個(gè)單元組成：①程序單元。決定做什么和如何做。②作用單元。施加能量和定位。③傳感單元。檢測(cè)過程的性能和狀態(tài)。

④制定單元。對(duì)傳感單元送來的信息進(jìn)行比較，制定和發(fā)出指令信號(hào)。⑤控制單元。進(jìn)行制定并調(diào)節(jié)作用單元的機(jī)構(gòu)。2/6/20238泵站綜合自動(dòng)化的任務(wù)測(cè)量控制保護(hù)優(yōu)化運(yùn)行信號(hào)傳輸遠(yuǎn)程調(diào)度2/6/20239學(xué)習(xí)內(nèi)容計(jì)算機(jī)技術(shù)——工業(yè)控制機(jī)（IPC）

數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)通信

I/OPLCPLC基礎(chǔ)

PLC體系結(jié)構(gòu)常用PLC——三菱、施耐德2/6/202310繼電保護(hù)繼電保護(hù)基本概念互感器、繼電器電流保護(hù)變壓器保護(hù)微機(jī)保護(hù)2/6/202311勵(lì)磁結(jié)構(gòu)工作原理直流防雷與過電壓保護(hù)基本概念一次防雷二次防雷2/6/202312傳感器傳感器基本知識(shí)泵站常用傳感器計(jì)算機(jī)軟件工業(yè)控制軟件基本知識(shí)組態(tài)軟件2/6/202313第19章

繼電保護(hù)基礎(chǔ)

繼電保護(hù)概述互感器繼電器過電流保護(hù)

變壓器保護(hù)零序保護(hù)2/6/20231419.1繼電保護(hù)概述繼電保護(hù)裝置（relayprotectordecvice）——是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并發(fā)出使斷路器跳閘的命令或指示信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。2/6/20231519.1.1繼電保護(hù)裝置的任務(wù)

1）自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除。2）當(dāng)電氣元件不正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置迅速發(fā)出預(yù)告信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘。

2/6/20231619.1.2對(duì)繼電保護(hù)的基本要求

1）選擇性——故障發(fā)生以后，保護(hù)裝置使離故障點(diǎn)最近的斷路器跳閘。2）速動(dòng)性——迅速將故障切除?？焖俦Ｗo(hù)的動(dòng)作時(shí)間為：0.08″~0.12″最快的為：0.02″~0.04″斷路器的動(dòng)作時(shí)間為：0.1″~0.15″最快的可達(dá)：0.05″~0.06″故障切除時(shí)間=保護(hù)動(dòng)作時(shí)間+斷路器動(dòng)作時(shí)間3）靈敏性——在保護(hù)范圍內(nèi)，無論短路的位置和形式怎樣，保護(hù)裝置都能敏捷而正確地反應(yīng)。用靈敏系數(shù)Km表示（或Klm）。4）可靠性——在保護(hù)范圍以內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)該拒動(dòng)或誤動(dòng)。

2/6/20231719.1.3繼電保護(hù)原理的一般概念

（1）Id↗>IF——過電流保護(hù)（2）Ud↘<UF——低電壓保護(hù)（3）Zd<ZF——阻抗保護(hù)（距離保護(hù)）（4）UI的方向變化——電流方向保護(hù)（5）分量的變化——零序保護(hù)、負(fù)序保護(hù)繼電保護(hù)就是由這些參數(shù)的變化而引出的不同原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。保護(hù)裝置的主要元件是繼電器。

2/6/20231819.1.4繼電器的類型（1）按反應(yīng)的電量分：

LJ、YJ、ZKJ、GJ（2）按作用的原理分：電磁型、感應(yīng)型、整流型、晶體管型、集成電路型、計(jì)算機(jī)保護(hù)（數(shù)字型）

2/6/20231919.1.5繼電保護(hù)的分類

泵站供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)會(huì)引起電流增大、電壓降低以及電流與電壓相位的變化等，因此，絕大多數(shù)的保護(hù)裝置都是以反應(yīng)這些物理量變化為基礎(chǔ)，利用正常運(yùn)行與故障時(shí)各物理量的差別來實(shí)現(xiàn)。

2/6/202320(1)按被保護(hù)的對(duì)象分類。輸電線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)等。(2)按保護(hù)原理分類。根據(jù)所反應(yīng)物理量不同，可構(gòu)成不同類型的保護(hù)。例如，反應(yīng)電流量變化的為電流保護(hù)，反應(yīng)電壓量變化的為電壓保護(hù)，既反應(yīng)電流又反應(yīng)相角改變的為過電流方向保護(hù)等。此外還有距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、零序保護(hù)等。

2/6/202321(3)按保護(hù)所反應(yīng)故障類型分類。有相間短路保護(hù)、接地故障保護(hù)、匝間短路保護(hù)、斷線保護(hù)、失步保護(hù)、失磁保護(hù)及過勵(lì)磁保護(hù)等。(4)按繼電保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)技術(shù)或根據(jù)保護(hù)所采用的繼電器分類。有機(jī)電型保護(hù)(如電磁型保護(hù)和感應(yīng)型保護(hù))、整流型保護(hù)及微機(jī)型保護(hù)等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，目前微機(jī)保護(hù)在大中型泵站電氣保護(hù)中得到廣泛的應(yīng)用。

2/6/20232219.1.6繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向與趨勢(shì)

繼電保護(hù)技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)和大型電力裝置的發(fā)展而興起，并與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、特別是微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制理論密切相關(guān)的一門科學(xué)，現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)保護(hù)、控制功能特性的要求不斷提高，更加促進(jìn)了它的發(fā)展。集成化數(shù)字化利用光導(dǎo)纖維作為信息通道微型計(jì)算機(jī)保護(hù)技術(shù)

2/6/202323微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)一、高速數(shù)據(jù)處理芯片的應(yīng)用微機(jī)保護(hù)的巨大優(yōu)越性不容置疑，并已被普遍接受。隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。我國(guó)的微機(jī)保護(hù)裝置硬件設(shè)計(jì)經(jīng)歷了從8位微處理器、16位微處理器到32位微處理器的幾個(gè)發(fā)展階段。為提高微機(jī)保護(hù)的抗干擾能力，提出了總線不出板、總線不出芯片的設(shè)計(jì)思想。

2/6/202324電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高。除了保護(hù)的基本功能外，還要求大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間、快速的數(shù)據(jù)處理功能、強(qiáng)大的通信能力、與其他保護(hù)或控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級(jí)語言的編程等。目前，國(guó)外和國(guó)內(nèi)已研制出以32位數(shù)字信號(hào)處理器為硬件基礎(chǔ)的保護(hù)、控制、測(cè)量、一體化的微機(jī)保護(hù)綜合控制裝置。

2/6/202325二、微機(jī)保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)化

為了適應(yīng)變電站自動(dòng)化的要求，微機(jī)保護(hù)的對(duì)外通信能力不斷地加強(qiáng)，從現(xiàn)場(chǎng)總線到嵌人式以太網(wǎng)的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展已跨越了幾個(gè)階段。變電站內(nèi)分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)可靠性和性能的不斷提高，以及方便靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，使微機(jī)保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化的潛在優(yōu)勢(shì)日益明顯，使網(wǎng)絡(luò)化硬件設(shè)計(jì)的思想開始深入到保護(hù)裝置內(nèi)部。

2/6/202326三、保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化

保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的智能終端。它可以從電力網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行、故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將所獲得的被保護(hù)信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)中心或任一終端。因此每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不僅可以完成繼電保護(hù)功能，而且在無故障運(yùn)行情況下還可以完成測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信的功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化。

2/6/202327四、繼電保護(hù)的智能化

2/6/20232819.2互感器

互感器分為電壓互感器和電流互感器，它的主要用途是：(1)將二次回路與一次回路隔離，以保證操作人員和二次設(shè)備的安全。(2)將被測(cè)量或被保護(hù)組件的運(yùn)行工況參數(shù)，變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)值，以減少測(cè)量?jī)x表和繼電器的規(guī)格品種，使儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化。為了人身和設(shè)備的安全，互感器的副線圈都應(yīng)接地，可以防止當(dāng)互感器絕緣損壞時(shí)，在儀表和繼電器上出現(xiàn)危險(xiǎn)的高電壓。

2/6/20232919.2.1電壓互感器

2/6/202330示意圖2/6/202331電壓互感器的型式2/6/202332一、原理及結(jié)構(gòu)形式電壓互感器(TV)是隔離高電壓，供繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和測(cè)量?jī)x表獲取一次電壓信息的傳感器，是一種特殊型式的變換器。

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電壓互感器按結(jié)構(gòu)形式分為電磁式電壓互感器、電容式電壓互感器、光電式互感器。1)電磁式電壓互感器。(1)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，暫態(tài)響應(yīng)特性較好．

(2)缺點(diǎn)：因鐵芯的非線性特性，容易產(chǎn)生鐵磁諧振，引起測(cè)量不準(zhǔn)確和造成電壓互感器的損壞。

2/6/2023342)電容式電壓互感器(CVT)。

(1)優(yōu)點(diǎn)：沒有諧振問題，裝在線路上時(shí)可以兼作高頻信道的結(jié)合電容器。(2)缺點(diǎn)：暫態(tài)響應(yīng)特性較電磁式差。

2/6/202335電容式電壓互感器原理接線C1-高壓電容；C2-中壓電容；T-中間變壓器ZD-阻尼器；L-補(bǔ)償電抗器；F-氧化鋅避雷器；Ll-排流線圈；P-保護(hù)間隙；S-接地開關(guān)

2/6/202336(3)光電式互感器。無飽和，高精度，線性度好，體積小，重量輕，可靠性、安全性高等。光電互感器的采集器單元(包括電流電壓傳輸變換和信號(hào)處理等)與電力設(shè)備的高電壓部分等電位，高低壓之間全部使用光纖連接，將一次電流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰妷盒盘?hào)，就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過光纖傳輸給保護(hù)、測(cè)量和監(jiān)控等設(shè)備使用。

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二、電壓互感器的變比及誤差

以電磁式電壓互感器為例分析電壓互感器變比及誤差。電磁感應(yīng)式電壓互感器的結(jié)構(gòu)原理、接線和工作特性與變壓器相似，主要區(qū)別在于互感器容量很小。

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電壓互感器的額定變比，就是一次、二次額定電壓之比。即

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電壓誤差為副邊測(cè)量電壓所求得的數(shù)值(U2Ku)與原邊實(shí)際電壓值(U1)的差，與原邊實(shí)際電壓U1之比的百分值表示,即

角誤差是指電壓互感器一次電壓向量與反向二次電壓向量之間的夾角。

2/6/202340

電壓互感器的誤差與其勵(lì)磁電流、二次負(fù)荷、功率因數(shù)以及電壓波形有關(guān)。對(duì)于測(cè)量用電壓互感器的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度級(jí)有：O.1、O.2、0.5、1.O、3.0五個(gè)等級(jí)，繼電保護(hù)用電壓互感器的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度級(jí)有3P和6P兩個(gè)等級(jí)。

2/6/202341測(cè)量用電壓互感器的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度級(jí)2/6/202342保護(hù)用電壓互感器的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度級(jí)2/6/202343三、電壓互感器的接線圖

最常用的接線——星形接線2/6/2023442/6/2023452/6/2023462/6/20234719.2.2電流互感器

電流互感器作用就是把大電流按比例降到可以用儀表直接測(cè)量的數(shù)值，以便用儀表直接測(cè)量，并作為各種繼電保護(hù)的信號(hào)源。由于其一次、二次繞組之間有足夠的絕緣，從而保證所有低壓設(shè)備與高電壓相隔離。電流互感器二次繞組必須與儀表、繼電器的電流繞組串聯(lián)。

2/6/202348電流互感器的結(jié)構(gòu)原理普通電流互感器原理結(jié)構(gòu)圖2/6/202349穿心式電流互感器原理結(jié)構(gòu)圖穿心式電流互感器原理結(jié)構(gòu)圖2/6/202350多抽頭電流互感器原理圖2/6/202351不同變比電流互感器原理圖2/6/2023522/6/2023532/6/2023542/6/2023552/6/2023562/6/202357

一、電流互感的特點(diǎn)

(1)由于接在電流互感器二次側(cè)的儀表和繼電器電流繞組的阻抗很小，因此電流互感器正常運(yùn)行時(shí)相當(dāng)于二次繞組處于短路狀態(tài)的變壓器。(2)電流互感器的一次繞組串聯(lián)在電路中，匝數(shù)很少，因此電流互感器一次繞組中的電流取決于主電路中的負(fù)荷電流，與電流互感器的二次負(fù)荷無關(guān)。(3)電流互感器在運(yùn)行中不容許二次側(cè)開路。

2/6/202358二、電流互感的接線方式1）三相星形接線

III。+2/6/202359三個(gè)電流互感器二次線圈同名端接成星形三個(gè)電流繼電器亦接成星形兩個(gè)星形的中性點(diǎn)利用中性線連到一起

在星形接線中，通過繼電器的電流就是電流互感器二次側(cè)的電流。接線系數(shù)——流過電流繼電器線圈的電流與電流互感器二次電流的比值。用Kjx表示。在三相星形接線中，Kjx=1.0

2/6/202360按三相星形接線方式，保護(hù)裝置可以反應(yīng)各種類型的短路故障（三相短路、兩相短路和單相接地短路）。它的缺點(diǎn)是費(fèi)用較高（需要三個(gè)互感器、三個(gè)繼電器、四根連接導(dǎo)線）。必須指出，這種接線方式必須有中性線。

2/6/202361如果沒有中性線，當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生單相接地短路時(shí)（例如B相），故障相的二次電流沒有正常通路，只得通過A、C相電流互感器二次線圈流回。由于電流互感器二次線圈本身的阻抗很大，所以B相電流互感器將會(huì)達(dá)到不能容許的過負(fù)荷。

如果有中性線，則B相電流將只流過故障一相的繼電器與中性線相成回路。

2/6/2023622）二相星形（不完全星形）接線

II+2/6/202363在正常及三相短路時(shí)，中性線中通過電流，也就是說，這時(shí)中性線中電流在數(shù)值上就等于B相電流Ib。這種接線方式的接線系數(shù)兩個(gè)電流互感器一般裝設(shè)在A相及C相上。

缺點(diǎn)：在未裝電流互感器的中間相發(fā)生單相接地時(shí)，故障電流不流經(jīng)電流互感器和繼電器，因而保護(hù)不動(dòng)作。

2/6/20236419.3繼電器繼電保護(hù)要借助于其內(nèi)部各個(gè)繼電器去完成預(yù)定的任務(wù)，繼電器是繼電保護(hù)的基本組件。

繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。

2/6/202365繼電器是一種能根據(jù)某物理量的變化而自動(dòng)動(dòng)作的電器，當(dāng)控制它的物理量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，它能使被控制的物理量發(fā)生突然變化，在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。

2/6/20236619.3.1繼電器(relay)的工作原理和特性

繼電器是一種當(dāng)輸入量(如電壓、電流、溫度等)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器。

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繼電器種類很多，總體看，根據(jù)繼電器所反應(yīng)物理量的種類不同，可分為電氣量(如電流、電壓、頻率、阻抗、功率等)繼電器及非電氣量(如瓦斯、溫度、轉(zhuǎn)速、壓力等)繼電器兩大類。繼電器具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)量和通信等裝置中。

2/6/20236819.3.2電磁式繼電器的工作原理和特性

2/6/202369一、動(dòng)作原理

繼電器的主要組成部分：①鐵心②銜鐵③線圈④接點(diǎn)（動(dòng)接點(diǎn)、固定接點(diǎn)）⑤反作用彈簧⑥止檔

2/6/202370

式中：K1、K2——比例常數(shù)2/6/202371二、繼電特性

當(dāng)Ij<Idz時(shí)→繼電器根本不動(dòng)作當(dāng)Ij》Idz時(shí)→繼電器突然迅速動(dòng)作當(dāng)電流減小到Ij《Ifh時(shí)，→繼電器立即突然的返回原位。

2/6/202372無論起動(dòng)和返回，繼電器的動(dòng)作都是明確干脆的，它不可能停留在某一個(gè)中間位置，這種特性稱為“繼電特性”。

2/6/202373返回系數(shù)——返回電流與起動(dòng)電流的比值。

kfh——返回系數(shù)。kfh<1

2/6/202374IjU出IjU出＋－2/6/20237519.4電流保護(hù)

電流保護(hù)是反應(yīng)與電流上升的保護(hù)。2/6/20237619.4.1過電流保護(hù)

~lt1tt3t2ΔtΔtd3d2d12/6/202377一、動(dòng)作原理及時(shí)限特性

階梯型時(shí)限特性

一個(gè)很重要的缺點(diǎn)：愈靠近電源處短路時(shí)，切除故障的時(shí)間愈長(zhǎng)

2/6/202378二、過電流保護(hù)的組成

DLCTILJSJXJt信號(hào)+++2/6/202379LH——電流互感器，把大電流變成小電流起動(dòng)元件——LJ延時(shí)元件——時(shí)間繼電器，建立一定延時(shí)信號(hào)元件——給出信號(hào)

2/6/202380三、過電流保護(hù)的整定及檢驗(yàn)

整定：LJ的動(dòng)作值應(yīng)定為多少？檢驗(yàn)：Km（靈敏度）動(dòng)作值的整定原則：（1）在正常情況下，保護(hù)應(yīng)不動(dòng)作，即躲開最大負(fù)荷電流。（2）故障切除后，上一級(jí)保護(hù)應(yīng)能可靠返回。

2/6/202381所以

（注：用大寫字母表示沒有通過電流互感器變化的電流）

2/6/202382LJ不能返回U出IfhIdzIFmaxU出IFHIDZIFmaxLJ能返回

IFH>FFmax

2/6/202383靈敏性的校驗(yàn)

對(duì)于反應(yīng)于數(shù)值上升而動(dòng)作的過量保護(hù)裝置，靈敏度的含義是：（或用Km表示）

2/6/202384

式中：故障參數(shù)（如電流、電壓、阻抗等）的計(jì)算值，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理地采用最不利于保護(hù)動(dòng)作的系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障類型來選定，但不必考慮可能性很小的特殊情況。

2/6/202385對(duì)于電流保護(hù)而言

主保護(hù)，一般Km=1.5后備保護(hù)，一般Km=1.25

2/6/202386式中：——最小運(yùn)行方式下保護(hù)范圍末端的兩相短路電流。

最小運(yùn)行方式是指：（1）系統(tǒng)容量最?。唬?）并聯(lián)變壓器最少；（3）保護(hù)范圍在末端短路——阻抗最大；（4）兩相短路。

2/6/202387優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單可靠缺點(diǎn)：（1）動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)；（2）靈敏度低（低）。所以，這種保護(hù)一般用于低于（3萬伏以下）

2/6/20238819.4.2電流速斷保護(hù)

僅反應(yīng)于電流增大而瞬間動(dòng)作的電流保護(hù)。電流速斷保護(hù)與過電流保護(hù)的區(qū)別在于動(dòng)作電流是按躲過被保護(hù)線路末端最大短路電流整定的，使保護(hù)裝置在本線路以外發(fā)生短路時(shí)不動(dòng)作，因而在時(shí)限上無須再與下一級(jí)線路相配合。

2/6/202389電流速斷保護(hù)動(dòng)作特性的分析

~A21BClIdDd-1d-2d-4最大運(yùn)行方式ⅠⅡd-3最小運(yùn)行方式2/6/202390保護(hù)2為例：d—1點(diǎn)短路時(shí)——保護(hù)2應(yīng)瞬間動(dòng)作；d—2點(diǎn)短路時(shí)——保護(hù)2不應(yīng)動(dòng)作，而保護(hù)1應(yīng)瞬間動(dòng)作。但實(shí)際上，d—1點(diǎn)和d—2點(diǎn)短路時(shí)，從保護(hù)2安裝處所流過的短路電流的數(shù)值幾乎是一樣的，因此，希望d—1點(diǎn)短路時(shí)速斷保護(hù)2動(dòng)作，而d—2點(diǎn)短路時(shí)又不動(dòng)作的要求就不可能同時(shí)得到滿足。同理，保護(hù)1也無法區(qū)別d—3點(diǎn)和d—4點(diǎn)的短路。

2/6/202391解決的辦法：（1）優(yōu)先保證動(dòng)作的選擇性。（2）當(dāng)快速切除故障是首要條件時(shí)，就采用無選擇性的速斷保護(hù)。以下只講有選擇性的電流速斷保護(hù)。

2/6/202392三相短路電流為：式中：——系統(tǒng)等效電源的相電勢(shì)；

Zd——短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗；

Zs——保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗。由上式可繪出的變化曲線

2/6/202393整定計(jì)算原則：對(duì)保護(hù)1來講，其起動(dòng)電流必須整定得大于d-4點(diǎn)短路時(shí)，可能出現(xiàn)的最大短路電流，即在最大運(yùn)行方式下變電所C母線上三相短路時(shí)的電流，即：

引入可靠系數(shù)，KK′=1.2～1.3，則上式即可寫為

對(duì)保護(hù)2來講

2/6/202394靈敏性：用保護(hù)范圍的大小來衡量，此保護(hù)范圍通常用線路全長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)來表示。當(dāng)系統(tǒng)為最大運(yùn)行方式時(shí)，電流速斷保護(hù)的范圍最大，當(dāng)出現(xiàn)其它運(yùn)行方式或兩相短路時(shí)，速斷保護(hù)范圍都要減小，當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的兩相短路時(shí)，電流速斷的保護(hù)范圍最小。

2/6/202395電流速斷保護(hù)的單相原理接線

DLCTILJZJXJ中間繼電器信號(hào)＋－＋＋2/6/202396中間繼電器的作用：（1）電流繼電器的觸點(diǎn)容量較小，不能只接接通斷路器的跳閘線圈，故應(yīng)先起動(dòng)中間繼電器，然后再由中間繼電器的觸點(diǎn)（容量大）去跳閘。（2）當(dāng)線路上裝有管型避雷器時(shí)，利用中間繼電器來增大保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間，以防止管型避雷器放電時(shí)引起速斷保護(hù)誤動(dòng)作。2/6/202397優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單可靠、動(dòng)作迅速缺點(diǎn)：（1）不能保護(hù)線路的全長(zhǎng)；（2）保護(hù)范圍直接受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響。

2/6/202398系統(tǒng)運(yùn)行方式變化對(duì)電流速斷保護(hù)的影響

~A12LIdI′dz.2最大運(yùn)行方式最小運(yùn)行方式ⅡⅠ2/6/20239919.4.3限時(shí)電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)因照顧了選擇性，而使其不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)。因此，須考慮增設(shè)第二套電流速斷保護(hù)，其保護(hù)范圍要包括線路全長(zhǎng)，甚至要延伸到下一線路的一部分。為了保證選擇性，第二套速斷必須帶有一定的時(shí)限，以便和下段線路無時(shí)限電流速斷相配合，這個(gè)帶短延時(shí)（short-delay）的電流速斷，即為延時(shí)電流速斷保護(hù)（即限時(shí)電流速斷保護(hù)）。

2/6/2023100一、整定計(jì)算

為了讓限時(shí)速斷的動(dòng)作時(shí)限盡量縮短，它的保護(hù)范圍應(yīng)不超過下一條線路速斷保護(hù)的范圍，而動(dòng)作時(shí)限則比下一條線路的速斷保護(hù)高出一個(gè)時(shí)間階段（以△t表示）。

2/6/2023101~A21BCB/B//AA/A//LI＇dz.A′IdI＂da.AI＂da.BM2/6/2023102設(shè)保護(hù)B裝有電流速斷，其起動(dòng)電流為，保護(hù)A的限時(shí)電流速斷不應(yīng)超出保護(hù)B的電流速斷的范圍，因此在單側(cè)電源供電的情況下，它的起動(dòng)電流應(yīng)整定為：引入可靠系數(shù)：一般取2/6/2023103二、動(dòng)作時(shí)限的選擇

式中：△t=0.35~0.6秒，通常取△t=0.5秒。

~ABCDLttA/ΔtΔttA//tB//tB/2/6/2023104三、靈敏性的校驗(yàn)

為了能夠保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，限時(shí)電流速斷保護(hù)必須在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路時(shí)，具有足夠的反應(yīng)能力。對(duì)于保護(hù)A的限時(shí)速斷而言，應(yīng)采用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下線路A-B末端發(fā)生兩相短路時(shí)的短路電流作為故障的計(jì)算值來檢驗(yàn)靈敏性，設(shè)B的兩相短路電流值為，則

要求：Km》1.3~1.5

2/6/2023105四、限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線

DLCTtI＋信號(hào)＋＋－2/6/202310619.4.4三段式電流保護(hù)電流速斷、限時(shí)電流速斷和過電流保護(hù)都是反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的保護(hù)裝置。它們之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來選擇起動(dòng)電流。即：速斷和限時(shí)速斷是按照躲開某一點(diǎn)的最大短路電流來整定，而過電流保護(hù)則是按照躲開最大負(fù)荷電流來整定。

2/6/2023107由于電流速斷不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，限時(shí)電流速斷全能保護(hù)線路全長(zhǎng)，但不能作為下段線路的后備保護(hù)，因此，還必須采用過電流保護(hù)作為本線路和下段線路的后備保護(hù)。

2/6/2023108

由電流速斷、限時(shí)電流速斷和過電流保護(hù)相配合構(gòu)成的一套保護(hù)，叫做三段式電流保護(hù)。它可以保證有選擇地快速切除線路上短路故障。

2/6/2023109一、接線圖具有電流速斷、限時(shí)電流速斷和過電流保護(hù)的單相原理接線圖

DLLHI1信號(hào)+I2I3t1t2信號(hào)信號(hào)++++++++－－－2/6/2023110二、時(shí)限配合L54321~ABCDDtt3/t4/t1/t4//t4///t2/t3//t3///LIDI/dz.4I//dz.4I/dz..3I//dz..3I/dZ.1I/dz22/6/2023111在電網(wǎng)的最末端——用瞬間動(dòng)作的過電流保護(hù)即可滿足要求，其起動(dòng)電流按躲開電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)的最大電流整定，與電網(wǎng)中其它保護(hù)在定值和時(shí)限上都沒有配合關(guān)系。

2/6/2023112在電網(wǎng)的倒數(shù)第二級(jí)上，保護(hù)2應(yīng)首先考慮用0.5秒的過電流保護(hù)，如果在電網(wǎng)中對(duì)線路C-D上的故障沒提出瞬時(shí)切除的要求，則保護(hù)2只裝設(shè)一個(gè)0.5秒的過電流保護(hù)是允許的，如果要求線路C-D上的故障必須快速切除，則可增加一個(gè)電流速斷，此時(shí)保護(hù)2就是一個(gè)速斷加過電流的兩段式保護(hù)。

2/6/2023113保護(hù)3，其過電流保護(hù)由于要和保護(hù)2配合，因此動(dòng)作時(shí)限要速定為1~1.2秒。一般在這種情況下，就需要考慮增設(shè)電流速斷或同時(shí)增設(shè)電流速斷和限時(shí)電流速斷，此時(shí)保護(hù)3可能是兩段式也可能是三段式。

2/6/2023114越靠近電源端，則過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限就越長(zhǎng)，因此，一般都需要裝設(shè)三段式的保護(hù)。

2/6/2023115三、動(dòng)作情況分析

后備保護(hù)：（1）近后備保護(hù)——作為本段的后備保護(hù)（2）遠(yuǎn)后備保護(hù)——作為下一級(jí)的后備保護(hù)后備保護(hù)（指過電流保護(hù)）至少要保護(hù)到下一段線路的末端，即可以作為遠(yuǎn)后備保護(hù)。

2/6/2023116優(yōu)點(diǎn)：（1）采用三段式電流保護(hù)，保護(hù)的速動(dòng)性提高了，無論哪一點(diǎn)短路，都能有選擇地快速切除故障，保護(hù)時(shí)間最多0.5秒（不拒動(dòng)的前提下）（2）簡(jiǎn)單，可靠

2/6/2023117缺點(diǎn)：（1）靈敏度低。（2）保護(hù)范圍的大小受系統(tǒng)運(yùn)行方式和短路類型的影響。（3）只能用在單電源放射式網(wǎng)絡(luò)中。

2/6/202311819.4.5低壓閉鎖過電流保護(hù)

對(duì)于電流保護(hù)而言，

∵按規(guī)定，過電流保護(hù)應(yīng)滿足Km≥1.5。

∴IDZ↑→Km↓,

欲使Km↑則→IDZ↓2/6/2023119

當(dāng)過電流保護(hù)的靈敏度達(dá)不到上述要求時(shí)，可采用低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)裝置，以提高靈敏度。定義：低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)也稱為低電壓鎖閉過電流保護(hù)。

2/6/2023120一、原理接線圖

DLI>+信號(hào)+t+－U<2/6/2023121二、整定計(jì)算

正常運(yùn)行時(shí)，不管線路負(fù)荷電流有多大，母線電壓總是接近于額定電壓，低壓繼電器的舌片被吸動(dòng)，常閉接點(diǎn)處于斷開狀態(tài)。這時(shí)，即使電流繼電器動(dòng)作，保護(hù)裝置也不會(huì)啟動(dòng)。

2/6/2023122因此，在整定電流繼電器的動(dòng)作電流時(shí)，可以不按躲開最大負(fù)荷電流IL.max（IL.max為計(jì)算負(fù)荷I30的1.5~3倍）來整定，而只按正常負(fù)荷電流IE（即計(jì)算電流I30）進(jìn)行計(jì)算，即：

2/6/2023123式中：IE——正常負(fù)荷電流（計(jì)算電流）；Kk——可靠系數(shù)（confidencefactor），一般取1.15~1.25；Kfh——返回系數(shù)（returningfactor），一般小于0.85。

2/6/2023124可見：采用低電壓繼電器閉鎖→IDZ↓→Km↑

2/6/2023125短路時(shí)，線路有很大的短路電流，母線電壓隨之下降，低電壓繼電器Z形舌片被釋放，常閉接點(diǎn)關(guān)合，此時(shí)低電壓繼電器才為啟動(dòng)動(dòng)作，可見低電壓繼電器的動(dòng)作電壓系指使繼電器動(dòng)作的最大電壓。它應(yīng)按躲開最小工作電壓Umin來整定，故低電壓繼電器動(dòng)作電壓應(yīng)整定為：

2/6/2023126式中：Umin——母線允許的最小工作電壓，通常為額定電壓的90~95%；Kk——可靠系數(shù)，通常Kk=1.1~1.2；Kfh——低電壓繼電器的返回系數(shù)。

2/6/2023127UDZUFHUminUEU出U入上圖中：UDZ——?jiǎng)幼麟妷?；UFH——返回電壓；

Umin——最小工作電壓；UE——正常工作電壓。2/6/2023128三、靈敏度校驗(yàn)

對(duì)于低壓閉鎖而言

（一般取Km≥1.25）式中：

UDZ——低壓閉鎖裝置的一次側(cè)動(dòng)作電壓；

Uresmax——被保護(hù)區(qū)末端短路，流通三相最大短路電流時(shí)，保護(hù)裝置安裝處母線的最大剩余電壓（residualvoltage）。

2/6/2023129注意：低壓閉鎖電流保護(hù)的主體仍然是電流保護(hù)。

2/6/202313019.5變壓器保護(hù)變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。內(nèi)部故障有：相間短路、繞組匝間短路和單相接地（碰殼）短路等。外部故障有：變壓器引出線的相間短路和接地（對(duì)變壓器外殼）短路。變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)有：外部短路和過負(fù)荷引起的過電流、油面過低和油溫過高等。

2/6/2023131根據(jù)上述故障情況，變壓器一般應(yīng)裝設(shè)以下保護(hù)：

1)瓦斯保護(hù)——防御變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低，瞬時(shí)作用于信號(hào)或跳閘；２）差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)——防御變壓器的內(nèi)部故障和引出線的相間短路、接地短路，瞬時(shí)作用于跳閘；

2/6/2023132３）過電流保護(hù)——防御外部短路而引起的過電流，并作為上述保護(hù)的后備保護(hù)，帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘；４）過負(fù)荷保護(hù)——防御因過載而引起的過電流。這種保護(hù)只有在變壓器確有可能過載時(shí)才裝設(shè)，一般作用于信號(hào)。５）溫度信號(hào)——監(jiān)視變壓器溫度升高和油冷卻系統(tǒng)的故障，作用于信號(hào)。

2/6/202313319.5.1變壓器的瓦斯保護(hù)裝置

2/6/2023134A、B——上、下油杯C、D——永久磁鐵E、F——固定接點(diǎn)G——擋板Q——容器油流方向2/6/2023135正常狀態(tài)時(shí)正常狀態(tài)時(shí)：整個(gè)容器Ｑ內(nèi)充滿變壓器油，Ａ和Ｂ受油的浮力作用向左上方傾斜，繼電器Ｅ、Ｆ斷開。

2/6/2023136輕微故障（輕瓦斯）時(shí)當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障（輕瓦斯）時(shí)：產(chǎn)生的氣體聚集在容器Ｑ的上部，迫使油面相應(yīng)降低，此時(shí)上油杯Ａ下降，帶動(dòng)動(dòng)接點(diǎn)Ｃ與磁力接點(diǎn)Ｅ接通，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2/6/2023137嚴(yán)重故障（重瓦斯）時(shí)當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障（重瓦斯）時(shí)：聯(lián)結(jié)管內(nèi)產(chǎn)生油流，其流向如圖中所示，達(dá)到一定流速時(shí)，使沖動(dòng)擋板Ｇ動(dòng)作，并帶動(dòng)下油杯Ｂ下降，使動(dòng)接點(diǎn)Ｄ與磁力接點(diǎn)Ｆ接通，作用于變壓器斷路器跳閘。

2/6/2023138變壓器漏油時(shí)當(dāng)變壓器漏油時(shí)，容器Ｑ內(nèi)的油慢慢流盡，這時(shí)上油杯Ａ先降落，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，接著下油杯降落，使斷路器跳閘。

2/6/2023139瓦斯保護(hù)的原理接線++++ZJXJWSJ－信號(hào)輕瓦斯信號(hào)重瓦斯信號(hào)AN2DL1DL2/6/2023140中間繼電器的自保持中間繼電器的自保持：當(dāng)瓦斯繼電器（WSJ）的下油杯受到氣體沖擊時(shí)，其接點(diǎn)可能振動(dòng)或閉和時(shí)間很短，為保證斷路器可靠跳閘，中間繼電器采用自保持的方法，即在WSJ的下接點(diǎn)瞬時(shí)閉合時(shí)，通過ZJ的一對(duì)常開接點(diǎn)將其本身鎖住，以保證斷路器得到可靠的跳閘電源。2/6/2023141AN為中間繼電器的復(fù)位按鈕。切換片QP的作用是在檢修或試驗(yàn)WSJ時(shí)將其切換到信號(hào)位置。2/6/2023142瓦斯保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)

動(dòng)作迅速，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種類型的故障。尤其對(duì)繞組的匝間短路，反應(yīng)最為靈敏。因?yàn)樵验g短路故障點(diǎn)的循環(huán)電流雖然很大，可能造成嚴(yán)重的過熱，但反映在外部電流的變化卻很小，各種反應(yīng)電流量的保護(hù)裝置都不能動(dòng)作。因此瓦斯保護(hù)對(duì)保護(hù)這種故障有特殊重要的意義。

2/6/2023143瓦斯保護(hù)的缺點(diǎn)不能反應(yīng)油箱外部套管和引出線的故障，還需要與其他保護(hù)裝置（例如電流速斷和過電流保護(hù)）配合使用。

2/6/202314419.5.2變壓器的差動(dòng)保護(hù)一、差動(dòng)保護(hù)的工作原理+I－IZJ+XJ信號(hào)+－CJd1d22/6/2023145

差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)變壓器兩側(cè)電流差額而動(dòng)作的保護(hù)裝置。

2/6/2023146將變壓器兩側(cè)的電流互感器串聯(lián)起來構(gòu)成環(huán)路，電流繼電器并聯(lián)在環(huán)路中，這樣，流入繼電器的電流等于兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流之差，即：

2/6/2023147適當(dāng)選擇變壓器兩側(cè)電流互感器的變比和接線，可使在正常運(yùn)行和外部短路（指兩電流互感器所包圍的范圍以外部分，如圖中的d1點(diǎn)），其二次側(cè)電流和大小相等，相位相同，流入電流繼電器內(nèi)的電流，保護(hù)裝置不動(dòng)作。

2/6/2023148當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路時(shí)（如圖中的d2點(diǎn)），對(duì)于單端電源供電的變壓器，則

于是

對(duì)于雙側(cè)電源供電的并聯(lián)運(yùn)行變壓器，則及

方向改變，于是，若該電流大于電流繼電器動(dòng)作電流，即

繼電器動(dòng)作，并瞬時(shí)作用于變壓器兩側(cè)的斷路器跳閘。

2/6/2023149二、變壓器差動(dòng)保護(hù)的特殊問題——不平衡電流1）變壓器兩側(cè)繞組接線方式不同產(chǎn)生電流相位的不同而產(chǎn)生的不平衡電流2/6/2023150變壓器差動(dòng)保護(hù)原理接線圖I-II-II-I2/6/2023151工廠降壓變壓器通常采用Y/△-11接線。變壓器兩側(cè)線路電流的相位差是30。。如果變壓器兩側(cè)電流互感器采用相同的接線方式。則其二次電流I1與I2的相位不同，此時(shí)即使I1與I2的數(shù)值相等，仍有一定不平衡電流流入繼電器，其大小為：2/6/2023152消除方法：將安裝在變壓器Y側(cè)電流互感器接成△形，而將安裝在變壓器△側(cè)的電流互感器接成Y形。

2/6/20231532）變壓器兩側(cè)電流互感器的變比不能選得完全合適而產(chǎn)生的不平衡電流

變壓器兩側(cè)電流互感器都選用定型產(chǎn)品，所以實(shí)際需要的計(jì)算變比與產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)變比不一致，從而在差動(dòng)回路中出現(xiàn)不平衡電流。

2/6/2023154例如：一個(gè)容量為S=31500千伏安、電壓為115/10.5千伏，Y/△接線的變壓器，計(jì)算結(jié)果如下：

2/6/20231552/6/2023156從上面計(jì)算可以看出，由于差動(dòng)回路電流不相等，在正常額定情況下就有不平衡電流流入差動(dòng)繼電器，其值為

消除方法：利用速飽和變流器的平衡線圈加以平衡。

2/6/20231573）在變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)的過渡過程中，將會(huì)產(chǎn)生很大的勵(lì)磁涌流。

2/6/2023158當(dāng)變壓器投入電網(wǎng)或電壓恢復(fù)時(shí)，變壓器鐵芯中的磁通不能突變，出現(xiàn)一個(gè)過渡過程，產(chǎn)生兩個(gè)磁通：周期分量和非周期分量。在初瞬間（t=0），兩個(gè)磁通極性相反，合成磁通等于零；但到第二個(gè)半周時(shí)，兩個(gè)磁通極性相同，合成磁通相加，使變壓器鐵芯中磁通達(dá)到最大值，若變壓器鐵芯中存在剩磁，合成磁通值還要大些，合成磁通將大于穩(wěn)態(tài)磁通的二倍以上。由于變壓器正常運(yùn)行在磁化曲線的彎曲點(diǎn)附近，這樣過渡過程產(chǎn)生的很大磁通使鐵芯飽和，勵(lì)磁電流可達(dá)變壓器額定電流的8～10倍，叫做勵(lì)磁涌流。

2/6/2023159勵(lì)磁涌流只通過變壓器的原繞組，不能反映到副繞組，因此，在差動(dòng)回路中將會(huì)產(chǎn)生很大的不平衡電流流入繼電器。

2/6/2023160消去方法：廣泛采用速飽和變流器消除它對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。這是利用勵(lì)磁涌流中非周期分量使速飽和變流器鐵芯飽和來阻止勵(lì)磁涌流流進(jìn)繼電器。

2/6/20231614）變壓器兩側(cè)電流互感器的型式和特性不同也會(huì)引起不平衡電流。不同類型或特性的互感器，其磁化特性不同。

2/6/20231625）變壓器分接頭的改變也會(huì)引起不平衡電流以調(diào)壓為目的而改變分接頭就等于改變變壓器的變比，這時(shí)，變壓器兩側(cè)電流的比值也隨之改變，因而產(chǎn)生新的不平衡電流。

2/6/2023163三、變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流的整定保護(hù)裝置的動(dòng)作電流必須滿足下列三個(gè)條件，并取其中最大者作為整定值。1）躲過變壓器空載投入或外部短路切除后電壓快速時(shí)的勵(lì)磁涌流，即

Idz=Kk

×IeB

式中：KK——可靠系數(shù)，取1~1.3；

KeB——變壓器額定電流。

2/6/20231642)當(dāng)差動(dòng)保護(hù)電流互感器二次回路斷線時(shí)保護(hù)不應(yīng)誤動(dòng)作；即：

Idz=Kk×IeB式中：Kk——可靠系數(shù)，取1.2~1.3

2/6/20231653）躲過外部短路時(shí)的最大不平衡電流，即：式中：Kk——可靠系數(shù)。取1.3；

K——電流互感器的同型系數(shù)。當(dāng)兩互感器型號(hào)不同時(shí)，K=1；當(dāng)兩互感器型號(hào)相同時(shí)，K=0.5；

△f——電流互感器的最大允許誤差，一般不超過10%，即=0.1；

2/6/2023166△U——變壓器調(diào)壓，即改變變比，兩側(cè)電流比值也隨之改變，產(chǎn)生不平衡電流，由調(diào)壓引起的相對(duì)誤差，一般不超過5%；△f′——速飽和變流器平衡線圈使用匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等而引起的相對(duì)誤差，一般也不超過5%；I(3)d.max——外部短路時(shí)，流過電流互感器一次側(cè)的作大穿越短路電流。

2/6/2023167第20章微機(jī)保護(hù)原理20.1概述

繼電保護(hù)是關(guān)系著電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展大致分為四個(gè)歷史階段：電磁型、晶體管型（又稱半導(dǎo)體型或分立元件型）、集成電路型、微型計(jì)算機(jī)型。目前，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)型繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用已越來越廣泛。

2/6/2023168微機(jī)型繼電保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)相比，微機(jī)繼電保護(hù)主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）改善和提高繼電保護(hù)的動(dòng)作特性和性能；（2）可靠性大為提高；

（3）內(nèi)部編程軟接線的方式大大降低了電氣二次線路的復(fù)雜性

2/6/2023169（4）可以充分利用CPU的資源，實(shí)現(xiàn)其他測(cè)量、管理、通訊等功能；（5）微機(jī)特有的記憶存櫧功能能很好的實(shí)現(xiàn)故障追憶，提高運(yùn)行管理效率；（6）自檢能力強(qiáng)，可以省去每年花費(fèi)大量人力物力而必須去做的繼電保護(hù)預(yù)防性試驗(yàn)，可以保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行；（7）擴(kuò)展能力強(qiáng)。

2/6/202317020.2微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的硬件構(gòu)成

20.2.1微機(jī)繼電保護(hù)裝置典型硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)型繼電保護(hù)裝置是微機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例之一。它是以微處理器（單片機(jī)）為核心，配以輸入、輸出通道，人機(jī)接口和通訊接口等。圖2.1給出了微機(jī)保護(hù)的典型硬件結(jié)構(gòu)圖。

2/6/2023171微機(jī)保護(hù)的典型硬件結(jié)構(gòu)圖圖2.1微機(jī)保護(hù)的典型硬件結(jié)構(gòu)圖2/6/202317220.2.2微機(jī)保護(hù)裝置的輸入輸出通道微機(jī)保護(hù)的輸入通道分為模擬量輸入通道和開關(guān)量輸入通道，輸出通道主要為繼電器邏輯回路。輸入通道主要完成電力系統(tǒng)的電壓、電流信號(hào)的采集和一次設(shè)備的狀態(tài)量采集（比如斷路器的運(yùn)行狀態(tài)）；而輸出通道主要完成保護(hù)跳閘信號(hào)、告警信號(hào)的輸出。

2/6/202317320.2.2.1模擬量輸入通道

目前，微機(jī)保護(hù)的模擬量采集均采用交流采樣技術(shù)。模擬量輸入通道主要由模擬量輸入變換回路、低通濾波器、采樣和A/D轉(zhuǎn)換器等幾個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。

2/6/2023174一、模擬量輸入變換回路

由一次回路的CT、PT的二次側(cè)輸入至微機(jī)保護(hù)器的信號(hào)，一般數(shù)值較大，不適合內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換的電平要求（一般A/D轉(zhuǎn)換回路的輸入電壓范圍為±2.5V、±5V或±10V）。

2/6/2023175

模擬量輸入變換回路的主要任務(wù)就是將輸入的電量進(jìn)一步變換，將二次電量值變得更小，同時(shí)將電流量變?yōu)殡妷毫?，以適合內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換的要求。同時(shí)，該變換回路還起著隔離外部干擾的作用。

2/6/2023176設(shè)計(jì)模擬量輸入變換回路要注意的幾點(diǎn)：①要保證各電流變換器之間、各電壓變換器之間及電流、電壓變換器之間的一次、二次側(cè)相位移保持一致；②變換器的鐵芯磁導(dǎo)率要選取得當(dāng)，保證工作的線性范圍；③變換器本身的損耗要??；④要保證在最大短路電流下，變換器的輸出不使A/D發(fā)生溢出。

2/6/2023177二、低通濾波器及采樣

由于計(jì)算機(jī)處理的是離散的時(shí)間信號(hào)，故輸入的連續(xù)模擬量必須要被采樣為離散的模擬量。同時(shí)，要使采樣值能準(zhǔn)確無誤的反映輸入的模擬量，采樣頻率必須遵循一定的要求，即采樣頻率必須大于原始輸入信號(hào)中最高頻率分量的頻率的2倍，這就是采樣定理。否則，采樣信號(hào)將出現(xiàn)頻率混疊，不能真實(shí)反映原始輸入信號(hào)。

2/6/2023178系統(tǒng)的故障電流、電壓信號(hào)中一般含有許多高頻分量。而常見的微機(jī)保護(hù)原理大多是基于工頻量的。這樣，為