微機保護的原理與試驗大全

1、輸電線路的電流、電壓微機保護（一）目的1學習電力系統(tǒng)中微機型電流、電壓保護時間、電流、電壓整定值的調(diào)整方法。2研究電力系統(tǒng)中運行方式變化對保護的影響。3了解電磁式保護與微機型保護的區(qū)別。4熟悉三相一次重合閘與保護配合方式的特點。（二）原理關于三段式電流保護和電流電壓聯(lián)鎖保護的基本原理可參考第三章有關內(nèi)容，以下著重介紹本試驗臺關于微機保護的原理。 1微機保護的硬件微型機保護系統(tǒng)的硬件一般包括以下三大部分。（1）模擬量輸入系統(tǒng)（或稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）。包括電壓的形成，模擬濾波，多路轉(zhuǎn)換（MPX）以及模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）等功能塊,完成將模擬輸入量準確的轉(zhuǎn)換為所需要的數(shù)字量的任務。（2）CPU主系統(tǒng)。包括微

2、處理器（80C196KC），只讀存儲器（EPROM），隨機存取存儲器（RAM）以及定時器等。CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM的原始數(shù)據(jù)進行分析處理，以完成各種繼電保護的功能。（3）開關量（或數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)。由若干并行接口適配器（PIO），光電隔離器件及有觸點的中間繼電器組成，以完成各種保護的出口跳閘，信號報警，外部接點輸入及人機對話等功能。微機保護的典型結(jié)構(gòu)圖5-1所示。PT交流接口模擬濾波CT多路轉(zhuǎn)換開關A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8255 PIO光電隔離出口I/O顯示器/鍵盤輸入輸出系統(tǒng)80C196 KCERROME2PROM RMACPU系統(tǒng)電壓形成交流接口

3、模擬濾波電壓形成圖5-1 微機保護典型硬件結(jié)構(gòu)圖2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微機保護要從被保護的電力線路或設備的電流互感器電壓互感器或其他變換器上獲取的有關信息，但這些互感器的二次數(shù)值輸出范圍對典型的微機電路卻不適用，故需要變換處理。在微機保護中通常要求模擬輸入的交流信號為±5V電壓信號，因此一般采用中間變換器來實現(xiàn)變換。交流電流的變換一般采用電流中間變換器并在其二次側(cè)并電阻以取得所需要的電壓的方式。對微機保護系統(tǒng)來說，在故障初瞬電壓、電流中可能含有相當高的頻率分量（例如2KHZ以上），而目前大多數(shù)的微機保護原理都是反映工頻量的，為此可以在采樣前用一個低通模擬濾波器（ALF）將高頻分量濾掉。對于反

4、映兩個量以上的繼電器保護裝置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，因而對每個模擬量設置一套電壓形成。但由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器價格昂貴，通常不是每個模擬量通道設一個A/D，而是公用一個，中間經(jīng)模擬轉(zhuǎn)換開關（MPX）切換輪流由公用的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入給微機。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器或稱ADC）。由于計算機只能對數(shù)字量進行運算，而電力系統(tǒng)中的電流。電壓信號均為模擬量，因此必須采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬量變?yōu)殡x散的數(shù)字量。模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以認為是一編碼電路。它將輸入的模擬量UA相當于模擬參考量UR經(jīng)一編碼電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量D輸出。3輸入輸出回路PB0PB1J-E+E+5VH1圖5-2 裝

5、置開關量輸出回路接線圖（1）開關量輸出回路開關量輸出主要包括保護的跳閘以及本地和中央信號等。一般都采用并行的輸出口來控制有觸點繼電器（干簧或密封小中間繼電器）的方法，但為了提高抗干擾能力，也經(jīng)過一級光電隔離，如圖5-2所示。（2）定值輸入回路對于某些保護裝置，如果需要整定的項目很有限，則可以在裝置面板上設置定值插銷或撥輪開關，將整定值的數(shù)碼的每一位象接點那樣輸入。對于比較復雜的保護裝置，如果需要整定的項目很多時，可以將定值由面板上的鍵盤輸入，并在裝置內(nèi)設置固化電路，將輸入定值固化在E2PROM中。本裝置采用鍵盤輸入方式設置定值，整定方法詳見附錄二中的有關使用說明。4CPU系統(tǒng)選擇什么級別的CP

6、U才能滿足微機保護的需求，關鍵的問題是速度。也就是說，CPU能否在兩個相鄰采樣間隔內(nèi)完成必須完成的工作。本微機保護采用美國INTEL公司高檔16位微處理器80C 196KC作為中央處理器。在80C 196KC的內(nèi)部集成了8路10位單極性A/D6通道高速輸出（HSO）和2通道高速輸入（HIS）4通道16位定時器全雙工串行通訊接口多路并行I/O口512字節(jié)片內(nèi)寄存器等，集成度高功能強大，極其利于構(gòu)成各種高性能控制器。5微機保護的軟件在DJZ-實驗保護臺中，微機保護裝有無時限速斷電流保護，帶時限電流速斷保護，定時限過電流保護以及電流電壓聯(lián)鎖速斷保護。在DJZ-變壓器微機試驗臺中，裝有變壓器差動保護和

7、變壓器速切保護兩種。保護的軟件是根據(jù)常規(guī)保護的原理，結(jié)合微機計算機的特點來設計的，具有以下幾個功能：（1）正常運行時，裝置可以測量電流（電壓），起到類似電流、電壓表的作用，同時還起到監(jiān)視裝置是否正常工作的作用。（2）被保護元件（變壓器及線路）故障時，它能正確地區(qū)分保護區(qū)內(nèi)、外故障，并能有效地躲開勵磁涌流的影響。（3）它具有較完善的自檢功能，對裝置本身的元件損壞及時發(fā)出信號。（4）有軟件自恢復的功能。電流電壓保護軟件基本框圖如圖5-3所示。初始化Pu初數(shù)據(jù)采集及電量參數(shù)計算I段保護投入？有過電流故障？低壓閉鎖投入？測量電壓低于整定值？故障時間到？有鍵入信號？Y段出口段保護模塊段保護模塊讀鍵盤信息

8、顯 示重合閘投入？重合閘條件滿足？重合閘時間到？發(fā)重合閘指令讀鍵盤信息YNYNNNNYNNNY圖5-3 DJZ-III試驗臺微機保護裝置電流電壓保護軟件流程圖（三）實驗內(nèi)容電流、電壓微機保護實驗內(nèi)容與第三章的實驗內(nèi)容近似，可參考。下面列出微機保護實驗的有關內(nèi)容。1三段式電流微機保護實驗1）電流速斷保護靈敏度檢查實驗（1）DJZ-III試驗臺的常規(guī)繼電器和微機保護裝置都沒有接入電流互感器TA回路，在實驗之前應該接好線才能進行試驗，實驗用一次系統(tǒng)圖參閱圖3-1，實驗原理接線圖如圖5-4所示。按原理圖完成接線，同時將變壓器原方CT的二次側(cè)短接。（2）將模擬線路電阻滑動頭移動到0處。（3）運行方式選擇

9、，置為“最小”處。（4）合上三相電源開關，直流電源開關，變壓器兩側(cè)的模擬斷路器1KM、2KM，調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使臺上電壓表指示從0V慢慢升到100V為止，注意此時的電壓應為變壓器二次側(cè)電壓，其值為100V。（5）合上微機裝置電源開關，根據(jù)第三章中三段式電流整定值的計算和附錄二中所介紹的微機保護箱的使用方法，設置有關的整定，同時將微機保護的I段（速斷）投入，將微機保護的II、III段（過流、過負荷）退出。（6）此時A相、B相、C相負載燈全亮。（7）因用微機保護，則需將LP1接通（微機出口連接片投入）。（8）任意選擇兩相短路，如果選擇AB相，合上AB相短路模似開關。（9）合上故障模擬斷路器3KM，

10、模擬系統(tǒng)發(fā)生兩相短路故障，此時負荷燈部分熄滅，臺上電流表讀數(shù)大于保護整定值，故應由保護動作跳開模擬斷路器，從而實現(xiàn)保護功能。將動作情況和故障時電流測量幅值記錄于表5-1中。表5-1 電流速斷保護靈敏度檢查實驗數(shù)據(jù)記錄表短 路 阻 抗 /1245678910最大運行方式AB相 短路段動作情況111000000短路電流/A8.797.325.464.984.424.003.643.283.10BC相短路段動作情況111000000短路電流/A8.967.405.705.104.484.173.773.523.21CA相短路段動作情況111100000短路電流/A9.137.615.615.214.

11、504.133.893.533.251245678910正常運行方式AB相 短路段動作情況110000000短路電流/A6.445.604.484.003.853.503.103.092.85BC相短路段動作情況110000000短路電流/A6.555.604.484.003.853.503.103.092.85CA相短路段動作情況110000000短路電流/A6.825.794.584.173.943.693.293.243.051245678910最小運行方式AB相 短路段動作情況10000000短路電流/A5.865.104.143.833.633.312.962.892.75BC相短路

12、段動作情況100000000短路電流/A5.725.054.213.823.73.433.002.982.78CA相短路段動作情況110000000短路電流/A6.145.284.253.923.713.393.103.052.96（10）斷開故障模擬斷路器，當微機保護動作時，需按微機保護箱上的“信號復位”按鈕，重新合上模擬斷路器，負載燈全亮，即恢復模擬系統(tǒng)無故障運行狀態(tài)。（11）按表5-1中給定的電阻值移動短路電阻的滑動接頭，重復步驟（9）和（10）直到不能使I段保護動作，再減小一點模擬線路電阻，若故障時保護還能動作，記錄此時的短路電流和滑線變阻器的阻值，記入表5-1中（1代表保護動作，0代

13、表保護不動作）。（12）改變系統(tǒng)運行方式，分別置于“最大”、“正?！边\行方式，重復步驟（6）至（11），記錄實驗數(shù)據(jù)填入表5-1中。（13）分別改變短路形式為BC相和CA相，重復步驟（6）至（12）。（14）實驗結(jié)束后，將調(diào)壓器輸出調(diào)回零，斷開各種短路模擬開關，斷開模擬斷路器，最后斷開所有實驗電源開關。2）帶時限電流速斷保護靈敏度檢查實驗實驗步驟與實驗1）完全相同，只是將微機保護的I、III段退出，只將II段投入，同時為減少實驗次數(shù)，可將短路電阻初始位置設為5處。關于III段（過負荷）保護范圍的檢查，請參考以上實驗步驟，自己設計實驗，這里不贅述，此外三相短路實驗對三段式電流保護范圍的檢查步驟同

14、上，這里也不重復，請大家自行設計。3）過電流保護范圍檢驗實驗步驟參考以上實驗。4）三相短路時三段式保護各段范圍檢查步驟參考以上實驗。5）同站間保護配合實驗為了觀察同站間微機保護的配合，根據(jù)本試驗臺的硬件設置情況，必須斷開所有微機保護的出口分閘回路，改用常規(guī)過電流保護分開故障線路的摸擬斷路器。（1）常規(guī)保護按完全星形兩段式接線圖接好（只需使用常規(guī)過電流保護，且整定時間稍大于微機保護III段動作時間）。同站保護配合實驗原理接線圖如圖5-5所示：圖5-5 同站間保護配合實驗原理接線圖（2）把常規(guī)保護各元件的整定值按I、III段整定，且時間繼電器整定時間要比微機保護III段的整定時間多12秒。（3）合

15、上三相電源開關，直流電源開關。（4）合上微機裝置電源開關，按實驗1）中所述方法整定有關整定值，退出低壓啟動和重合閘功能，將保護I、II、 III段均投入。（5）將模擬線路電阻滑動頭移到5W處。（6）系統(tǒng)運行方式選擇，置于“最大”，將微機出口LP1退出，將常規(guī)出口LP2投入。（7）合上模擬斷路器。（8）調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使臺上電壓表指示從0V慢慢升到100V。，負載燈全亮。（9）合上SA、SB、SC短路模擬開關。（10）合上故障模擬斷路器3KM，模擬系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障。此時負荷燈全部熄滅，微機I段保護首先動作，顯示“Sd-´´´”（´´´

16、;為測量的故障電流幅值大?。瑫r“I段動作”指示燈點亮，因LP1開路會導致模擬斷路器不能分斷，隨后微機II段保護動作，顯示“GL-´´´”，同時“II段動作”指示燈點亮，但因本試驗臺微機保護I、II、III段出口共用LP1，所以此時，模擬斷路器仍不能分斷，再延時一會就會有微機段保護動作，顯示“FH-´´´”，同時“III段動作”指示燈點亮，但因共用一個出口且LP1并沒有投入，所以微機保護不能將故障切除。但因為常規(guī)保護III段投入了，且常規(guī)保護III段動作時間整定比微機保護III段動作時間稍長，所以常規(guī)保護III段將在微機保護III段

17、動作之后動作切除故障（此處加入常規(guī)保護III段，是為配合本實驗，因微機I、II、III段共用一個出口LP1，將其退出之后，本試驗臺就沒有任何保護，當短路故障發(fā)生后，因電流較大，怕故障長時間不能切除而燒損設備，故投入常規(guī)保護III段以作后備）。（11）也可通過查詢故障顯示畫面順序確定故障發(fā)生的先后順序。（12）斷開故障模擬斷路器，按微機保護裝置上的“信號復位”按鈕，重新合上模擬斷路器，即恢復模擬系統(tǒng)的無故障運行。（13）改變故障短路點和系統(tǒng)運行方式，比較實驗現(xiàn)象有何不同。并記錄實驗數(shù)據(jù)于下表：短路電阻/W短路電流345678段動作情況100000段動作情況1111110段動作情況111111動作

18、電流Id/ A5.324.854.414.213.773.64（14）實驗結(jié)束后，將調(diào)壓器輸出調(diào)回零，斷開短路模擬開關，斷開模擬斷路器，最后斷開所有實驗電源開關。注意：為了獲得比較理想的實驗效果，可以適當延長各段保護時間整定值間的差值大小。2電流電壓聯(lián)鎖微機保護實驗本次實驗在最小運行方式下模擬線路30%處三相短路實驗。（1）按圖5-4所式原理接線圖完成實驗接線。（2）將臺面上部的LP1接通（微機出口連接片投入），將LP2斷開（常規(guī)出口連接片不投入）。（3）將線路電阻滑動頭移動到3處。 （4）系統(tǒng)運行方式選擇開關置于“最小”位置處。（5）合上實驗三相電源開關，直流電源開關，并將線路模型中的PT測

19、量接入微機保護裝置中的微機PT輸入。（6）合上微機裝置電源開關，根據(jù)實驗1中介紹的方法設置有關整定值，將三段電流保護全部投入，將保護裝置的低電壓起動值設置為30V，并將低壓閉鎖功能投入，將重合閘功能退出。（7）合上模擬斷路器，調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使屏上電壓表指示從0V慢慢上升到100V為止。負荷燈全亮。（8）合上SA、SB、SC短路模擬開關。（9）合上故障模擬斷路器3KM，模擬系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障。此時，負荷燈全熄，雖然微機保護測量電流幅值大于I段整定值，但由于其電壓測量值高于低電壓起動元件的設置值，所以，I段保護不會動作（“I段動作”指示燈不會點亮），只有延時一會后，在II段保護延時時間到達后裝

20、置才會發(fā)跳閘命令斷開模擬斷路器，同時顯示屏顯示“GLXXX”，并點亮“II段動作”指示燈。注意：為了獲得明顯的效果，可適當?shù)丶娱LII段保護動作延時時間的整定值大小。(10) 斷開故障模擬斷路器，按微機保護裝置上的“信號復位”按鈕，重新合上模擬斷路器，即恢復模擬系統(tǒng)無故障運行方式。(11)修改微機保護單元箱中低壓起動值，將其改為60V，再重復步驟（9）的實驗過程，此時應該由I段保護動作，并發(fā)命令斷開模擬斷路器，同時保護單元箱上顯示屏顯示“SdXXX”，并點亮“I段動作”指示燈。（12）改變微機保護單元箱中低電壓啟動值為不同數(shù)值，重復步驟（9）和（10），將實驗數(shù)據(jù)填入下表。整定電壓/V短路電流4

21、86050607080段動作情況不動作動作段動作情況動作動作動作電流Id/ A5.48A5.75A(13) 實驗結(jié)束后，將調(diào)壓器輸出調(diào)回零，斷開直流電源，斷開短路模擬開關，斷開模擬斷路器，最后斷開所有實驗電源開關。3微機重合閘實驗本次實驗改為最小運行方式下三相短路實驗。（1）本實驗接線與實驗2中的一樣。（2）將臺面上部的LP1接通（微機出口連接片投入），將LP2斷開（常規(guī)出口連接片不投入）。（3）將線路電阻滑動頭移動到3處。（4）系統(tǒng)運行方式選擇開關置于“最小”位置處。（5）合上三相電源開關，直流電源開關。（6）合上微機裝置電源開關，根據(jù)前幾次實驗的中介紹方法確定整定值的大小，將三段電流保護全

22、部投入，保護裝置的低電壓值設為60V，并將低壓閉鎖和重合閘功能均投入。（7）合上模擬斷路器，將調(diào)壓器輸出從屏上電壓表指示0V慢慢上升到100V為止，負載燈全亮，。讓其在正常狀態(tài)下運行約10秒鐘。（8）合上SA、SB、SC短路模擬開關。（9）短時間合上故障模擬斷路器3KM，模擬系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障。此時，負載燈全熄，保護單元箱I段保護動作，發(fā)命令斷開模擬斷路器，同時顯示屏顯示“SdXXX”，并點亮“I段動作”指示燈；等待一會后（等待時間由裝置中設置的重合閘時間確定），微機裝置會發(fā)命令將斷開的模擬斷路器再次合上，同時顯示屏顯示為“-CH-”，若此時故障模擬斷路器仍然處在合閘狀態(tài)，則保護裝置會迅速再

23、發(fā)出跳閘命令將模擬斷路器永久分開，并不再進行重合閘操作，同時，微機保護裝置顯示改為“GS-XXX”；若重合閘發(fā)生時，故障模擬斷路器已經(jīng)處于斷開狀態(tài)，則可使重合閘操作成功。重合閘操作成功后約10秒鐘，再進行故障實驗，則動作情景同上所述。（10）對永久性故障，在加速跳閘后，斷開故障模擬斷路器，復位微機裝置上的“信號復位”按鈕，重新合上模擬斷路器恢復無故障運行。（11）根據(jù)下表中給定的短路電阻值重新設置短路電阻滑動觸頭的位置，重復步驟（9）和（10），將實驗數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)記錄在下表中。短路電阻/W短路電流3468段動作情況動作不動作不動作不動作段動作情況不動作動作 動作動作段動作情況不動作動作電流Id/

24、A5.67A5.05A4.29A3.73A永久性故障時動作情況GS-5.67 (12) 實驗結(jié)束后，將調(diào)壓器輸出調(diào)回零，斷開短路模擬開關，斷開模擬斷路器，最后斷開所有實驗電源開關。4微機保護與重合閘繼電器配合實驗本次實驗選擇最大運行方式下模擬線路三相短路實驗。（1）按圖5-4完成實驗接線。（2）將臺面上部的LP1接通（微機出口連接片投入）。（3）將線路電阻滑動頭移到3W處。（4）系統(tǒng)運行方式選擇開關置于“最大”位置處。（5）合上三相電源開關。（6）合上微機裝置電源開關，根據(jù)前幾次實驗中介紹方法確定整定值，將三段電流保護全部投入，將保護裝置的低電壓起動值設置為60V，并將低壓閉鎖和選擇外接重合閘

25、繼電器功能均投入，將微機重合閘功能退出，并將重合閘繼電器功能選擇開關投入“ON”位置。（7）合上直流電源開關；合上模擬斷路器，將調(diào)壓器輸出從屏上電壓表指示0V慢慢升到100V，此時100V電壓仍為變壓器二次側(cè)線電壓，負荷燈全亮，讓系統(tǒng)在正常狀態(tài)下運行約30秒鐘，讓重合閘繼電器充電電容充電，直到重合閘繼電器充電指示燈變亮。（8）合上SA、SB、SC短路模擬開關。（9）短時合上故障模擬斷路器3KM，模擬系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障。此時負荷燈全熄，保護單元箱I段動作，發(fā)命令斷開模擬斷路器，同時顯示屏顯示“Sd-´´´”，并短時間點亮“I段動作”指示燈，等待一段時間后（等待時間

26、由重合閘繼電器整定），重合閘繼電器會發(fā)出命令將斷開的模擬斷路器再次合上，若此時故障模擬斷路器仍然處在合閘狀態(tài)，則保護裝置會迅速再發(fā)出跳閘命令將模擬斷路器永久分開，并不再進行重合閘操作，同時，微機保護裝置顯示改為“GS-´´´”；若重合閘發(fā)生時，故障模擬斷路器已經(jīng)處于斷開狀態(tài)，則可使重合閘操作成功。重合閘操作成功后約30秒，再進行故障實驗，則動作情景同上所述。（10）對永久性故障，在加速跳閘后，斷開故障模擬斷路器，復位微機裝置上的“信號復位”按鈕，重新合上模擬斷路器恢復無故障運行。（11）根據(jù)下表中給定的短路電阻值重新設置短路電阻滑動觸頭的位置，重復步驟（9）和（1

27、0），將實驗結(jié)果記錄下表中。 （12）實驗結(jié)束后，將調(diào)壓器輸出調(diào)到零，斷開短路模擬開關和模擬斷路器，斷開所有實驗電源開關。短路電阻/W短路電流368678段動作情況100段動作情況011段動作情況000動作電流Id/ A5.71A4.423.71A永久性故障時動作情況GS GS GS輸電線路距離保護（一）實驗目的1熟悉阻抗繼電器原理、特性及調(diào)整整定值方法。2掌握阻抗繼電器在線路距離保護中的應用和實現(xiàn)方法以及與重合閘繼電器的配合方式。3了解不同的運行方式對距離保護的影響。4了解同一變電站阻抗保護各段之間配合的動作過程。（二）基本原理隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)了容量大、電壓高或結(jié)構(gòu)復雜的網(wǎng)絡，這時簡

28、單的電流、電壓保護難于滿足電網(wǎng)對保護的要求。例如，對于高壓長距離重負荷線路，由于負荷電流大，線路末端短路時，短路電流的數(shù)值與負荷電流相差不大，故電流保護往往不能滿足靈敏度的要求；對于電流速斷保護，其保護范圍隨電網(wǎng)運行方式的變化而改變，保護范圍不穩(wěn)定，某些情況下甚至無保護區(qū)，所以如何使繼電保護的靈敏度不受（或少受）系統(tǒng)運行方式的影響，這就是系統(tǒng)發(fā)展對繼電保護提出的新要求。阻抗保護就是適應此要求的一種保護。1阻抗保護的基本原理所謂阻抗保護，就是指反應保護安裝處至短路故障點的距離，并根據(jù)這一距離的遠近而確定是否動作的一種保護裝置，其基本原理圖如圖6-1所示。KZABCk1k2Zk1Zk2圖6-1 距

29、離保護基本原理說明圖 系統(tǒng)正常工作時，保護安裝處測量到的電壓為Uw，它接近于額定電壓。保護安裝處測量到的電流為負荷電流IL，則比值Uw/IL=Zm，基本上是負荷阻抗ZL，其值較大，負荷阻抗角jk1較?。ㄒ话銥?040左右）。當圖6-1所示k1點短路時，保護安裝處測量到的電壓為k1點短路時的殘壓Uk1=Ik1Zk1，測量到的電流為Ik1，則比值Uk1/Ik1=Zk1。而當k2點短路時，則有 =ZAB+Zk2。后兩種狀態(tài)下的阻抗值均較小，而阻抗角為jk其值較大。顯然利用電壓和電流的比值，不但能清楚地判斷系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)和短路狀態(tài)，還能反映短路點到保護安裝處的電氣距離。短路點遠，Zk大。由于Zk只

30、與短路點到保護安裝處的電氣距離有關，因此，用構(gòu)成的保護，其保護范圍基本上不受運行方式變化的影響。這就克服了電流、電壓保護的靈敏度受系統(tǒng)運行方式影響的缺點。距離保護與電流保護一樣，也有一個保護范圍，短路發(fā)生在這一范圍內(nèi)，保護動作，否則不動作。這個保護范圍通常是用給定阻抗值的大小來實現(xiàn)的。這個給定的阻抗稱整定阻抗，用Zset表示。當線路發(fā)生短路時，距離保護測量到的阻抗Zm（正常時Zm=ZL，短路時Zm=Zk）小于整定阻抗，即Zm<Zset，則保護動作；若Zm>Zset，保護不動作。因此，距離保護實質(zhì)上是一種低量動作保護。2距離保護的時限特性目前廣泛應用的距離保護的動作時限具有階梯形時限

31、特性，這種動作時限特性與三段式電流保護的時限特性相同，一般也作成三階梯式，即有與三個動作范圍相應的三個動作時限：tI、tII、tIII。圖6-2示出了線路AB距離保護的時限特性。ZABZZBCZtKZ1KZ2ABClotItIItIItItII保護I段保護II段保護III段圖6-2 距離保護三段式階梯時限特性AIkTA ZkZIU¢sctTV2k1U¢mUmTV1圖6-3 阻抗繼電器構(gòu)成原理說明圖中：1比較電流；2輸出通常，距離保護的第段的保護范圍為本線路全長的80%85%，即=（0.80.85）ZAB，動作時限為t1»0s ，距離保護的第段要與下一線路的第I段相

32、配合，即=（0.80.85）（ZAB+），tII=0.5s，第II段的靈敏系數(shù)為Ksen=>1.25。距離保護的第段為本線路和相鄰線路的后備保護，其動作阻抗應躲過正常運行時的最小負荷，其動作時限tIII應大于下一變電站出線保護的最大動作時限一個Dt。3阻抗繼電器的基本構(gòu)成原理距離保護能否正確動作，取決于保護能否正確地測量從短路點到保護安裝處的阻抗，并使該阻抗與整定阻抗比較，這個任務由阻抗繼電器來完成。單相式阻抗繼電器接線原理圖如圖6-3所示。圖中，若k點三相短路，短路電流為Ik，由TV回路和TA回路引至比較電路的電壓分別為測量電壓U¢m和整定電壓U¢set。U

33、2;m為 （6-1）式中，KTV，KTV1電壓互感器TV和電壓變換器TV1的變化；Zk母線至短路點k的短路阻抗。若認為比較回路的阻抗無窮大時，則 （6-2）式中，Z1人為給定的模擬阻抗。比較式（6-1）和（6-2）可見，若假設KTVKTV1=KTA，則短路時，由于線路上流過同一電流Ik，因此，比較U¢m和U¢set的大小，就等于比較Zm和Z1的大小。如果U¢m>U¢set，則表示Zm>Z1，保護應不動作；如果U¢m<U¢set，則表示Zm<Z1，保護應動作。阻抗繼電器就是根據(jù)這一原理工作的。4阻抗繼電器的動作特

34、性為了便于分析輸電線路阻抗和阻抗繼電器整定阻抗之間的關系，可將二者均畫于同一阻抗復數(shù)平面上，如圖6-4所示?，F(xiàn)以線路BC上的保護2為例，線路的始端B位于坐標的原點，當不同地點發(fā)生短路時，保護2的測量阻抗在直線BC或BA上變化，即正方向短路時測量阻抗在第一象限，反方向短路時，測量阻抗在第三象限。正向測量阻抗與R軸的夾角為線路的阻抗角jL。假如保護2的整定阻抗Zset=0.85ZBC，并且整定阻抗角jset=jL，那么，Zset在復數(shù)平面上的位置必須在BC上。顯然，在Zset范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護都可以動作。因此，從原則上講，阻抗繼電器的保護范圍是在Zset范圍內(nèi)的直線上。但是，實際上阻抗繼電器的

35、保護范圍不能是一條直線，其原因有如下兩點。 1）短路點過渡電阻的影響當線路上發(fā)生非金屬性短路時，保護的測量阻抗將由短路阻抗Zk和過渡電阻，主要是電弧電阻Rarc組成，即Zm=Zk+Rarc=(Rk+Rarc)+jXk。由于電弧電阻的存在，即使短路點在保護范圍內(nèi)，但測量阻抗已不在直線上了。2）互感器角誤差的影響由于阻抗繼電器必須引入電流和電壓。這兩個量是經(jīng)TV和TA引來的，由于互感器存在角誤差d，當一次側(cè)測量阻抗角為jk時，二次側(cè)測量阻抗角將增加互感器的角誤差dTV、dTA，即 jm = jk ± dTA ± dTV這一因素的影響，將使阻抗繼電器的測量阻抗不能在一條直線上變化

36、。因此，為了保證阻抗繼電器在可能出現(xiàn)的故障情況下，都能正確動作，往往將阻抗繼電器的保護范圍擴大成一個面或圓的形式。當繼電器的保護范圍是圓時，測量阻抗如位于圓內(nèi)，則繼電器動作。故圓內(nèi)為動作區(qū)，圓外為不動作區(qū)。當測量阻抗剛好位于圓周上時，繼電器將處于臨界動作狀態(tài)，此時的測量阻抗稱為臨界動作阻抗，簡稱動作阻抗，以Zop表示。1QF13QF2ABC2QF4QFk1k2jXRACBj1Zmk1ZsctR12圖6-4 阻抗繼電器的特性圖圖中：2方向阻抗繼電器特性在圖6-4中，若以Zset為半徑，坐標圓點B為圓心，則得到圓1。在此情況下，不論短路發(fā)生在正方向（BC線路）還是反方向（BA線路），只要測量阻抗位

37、于圓內(nèi)，繼電器都能動作，這種繼電器稱為全阻抗繼電器，與之對應的圓稱為全阻抗繼電器特性圓。以整定阻抗Zset為直徑作圓時，這樣它的圓周通過B點，它的范圍只能從變電站B伸向變電站C，如圖6-4中圓2。反方向短路時，保護就不動作。由圓2所示的特性稱方向阻抗繼電器特性。方向阻抗繼電器的保護范圍跟阻抗繼電器的整定阻抗角jset很有關系，若jset與線路阻抗角j1相等，即jset=j1，則繼電器的動作阻最大（等于圓的直徑）亦即保護范圍最長，繼電器最靈敏。此時的整定阻抗角稱為阻抗繼電器的最大靈敏角，用jsen表示。由圖6-5所示的方向阻抗繼電器特性圓可見：1）當線路上發(fā)生帶過渡電阻較大的短路時，測量阻抗有可

38、能落在圓外，而不動作。如圖中k1點帶過渡電阻短路，測量阻抗落在圓外，繼電器不會動作。若過渡電阻較小時，繼電器會動作。2）在正常帶負荷的狀態(tài)下，由于負荷的功率因素角jL=3040°（cosj=0.80.9），負荷阻抗ZL反映在特性圓上如直線2所示。顯然，當負荷較大時，ZL=可能落入圓內(nèi)如C點，引起阻抗保護誤動作。A為臨界誤動作。jXZLCBjLZmk1R21RABC由上分析可見，為了提高耐過渡電阻的能力，以及提高躲負荷的能力，方向阻抗繼電器的特性如圖6-6所示較為理想。圖中A可以沿R移動，C點可沿x軸移動，以改變保護動作區(qū)域范圍。本試驗臺微機阻抗保護部分的阻抗特性采用了圖6-7的特性。

39、圖6-5 圓特性阻抗元件的分析jXR15°15°45°ACO圖6-6 多邊形阻抗保護動作微機保護的典型硬件結(jié)構(gòu)圖參見圖5-1。本試驗臺微機距離保護軟件基本框圖如圖6-7所示。初始化阻抗保護？Y數(shù)據(jù)采集及電量計算有突變量標志？NY負序分量計算N阻抗計算負序分量大于給定值？Y測量阻抗在段動作區(qū)內(nèi)？阻抗計算NY測量阻抗在段動作區(qū)內(nèi)？測量阻抗在段動作區(qū)內(nèi)？NYYN故障時間到？故障時間到？發(fā)段動作命令NYY發(fā)段動作命令發(fā)段動作命令顯 示讀鍵盤信息N有鍵入信號？YN重合閘投入？YN重合閘條件滿足？鍵入信號處理顯示信息YN重合閘時間到？Y發(fā)重合閘命令顯示信息圖6-7 微機距離保

40、護軟件基本框圖（三）實驗內(nèi)容DJZ-型試驗臺中的微機保護裝置可以實現(xiàn)三段式電流保護、三段式距離保護及變壓器差動保護。通過試驗臺上保護單元箱有關整定值的設置，即通過對E1和E2兩項整定值的不同設置可以選擇進行不同的實驗內(nèi)容。當E1設置為“ON”時，表示選擇進行“阻抗保護”實驗；當E2設置為“ON”時，表示選擇進行變壓器保護實驗；當E1和E2均設置為“OFF”時，表示選擇進行線路保護實驗。三段式距離保護為相間距離保護。阻抗特性采用多邊形特性，保護通過相電流差突變量元件啟動，采用負序方向元件把關。電流保護與距離保護共用同一滑線變阻器模擬該線路下任意一點短路。圖6-8 阻抗保護實驗一次系統(tǒng)圖12,4,

41、5W測量孔1KM1CTTM220/127VRS最小最大區(qū)內(nèi)區(qū)外PT測量移相器2KM2CTK11R2W3KMRd10W2R45WDXK3阻 抗 保 護本試驗臺阻抗保護實現(xiàn)方法是利用移相器改變PT副方電壓相量與電流相量間的相對關系，其一次原理圖如圖6-8所示。故障發(fā)生時，微機檢查出電壓、電流的幅值變化及他們間相角的差值情況，通過計算阻抗與給定的動作特征進行比較來確定是否有故障發(fā)生的。通常阻抗保護第I段保護本線路全長的80%85%；第II段保護本線路的全長，且延伸到下一段的部分，相當于125%；第III段為本線路和相鄰線路的后備，有一定裕量，相當于250%。由此可得阻抗整定值。由原理接線圖可見，模擬

42、線路電阻滑動頭與故障時基本阻抗模值相對應。如當模擬線路電阻滑動頭移至50%處時，表示模擬線路故障時的阻抗模值為5。將整定值表中的阻抗特性電阻分量設置為4，相間I段電抗分量定值設置為8，相間II段電抗分量定值設置為12.5，相間III段電抗分量定值設置為25，以下實驗都按此整定值。阻抗保護程序正常運行時，微機處于測量狀態(tài)，顯示屏循環(huán)顯示A、B、C三相電流幅值和AB、BC、CA相線電壓幅值；故障時，微機保護的測量阻抗在動作區(qū)域內(nèi)時，先在顯示屏上顯示故障類型和測量阻抗模值的大?。@示的前兩位為故障類型，后三位是測量阻抗模值的大小，中間使用符號“-”隔斷）。當故障持續(xù)時間到時，微機裝置根據(jù)測量阻抗和整

43、定值的設置情況確定選擇出口繼電器，并點亮相應的指示燈。若故障顯示的類型中第一位是“1”，則表示I段出口繼電器動作，同時“I段動作”指示燈亮；若故障顯示的類型中第一位是“2”，則表示II段出口繼電器動作，同時“II段動作” 指示燈亮；若故障顯示的類型中第一位是“3”，則表示III段出口繼電器動作，同時“III段動作” 指示燈亮。故障顯示的類型中第二位是1、2、3，則表示相間故障分別為AB、BC、CA相。若發(fā)生三相短路情況,則首先檢測AB相，看其測量阻抗是否在動作區(qū)內(nèi)，若不在范圍內(nèi)，再檢測BC相，最后檢測CA相。1 多邊形阻抗保護動作特性實驗DJZ-III試驗臺的常規(guī)繼電器和微機保護裝置都沒有接入

44、電流互感器TA回路，實驗前應接好線才能進行實驗。微機阻抗保護實驗原理接線圖如圖6-9所示。通過在不同的移相角度和短路電阻下，經(jīng)過多次實驗，可確定I段保護的動作區(qū)域，II、III段保護的動作區(qū)域由于試驗臺所設線路結(jié)構(gòu)模型的限制，只能測出部分范圍。為了能通過盡可能少的實驗次數(shù)確定I段保護的動作區(qū)域，可根據(jù)圖6-7給出的多邊形阻抗保護動作特性和電阻分量及I段電抗分量整定值的大小計算出明確的I段保護動作區(qū)域，然后再通過實驗進行檢查。以下給出的實驗步驟和數(shù)據(jù)記錄表格僅作參考，實驗者可根據(jù)實際要求進行修改。（1）按圖6-9完成實驗接線。（2）合上三相電源開關和直流電源開關，合上模擬斷路器1KM、2KM，調(diào)

45、節(jié)調(diào)壓器輸出，使試驗臺微機保護單元電壓顯示值升到50V，負載燈全亮。（3）合上微機裝置電源開關，按附錄二中所述方法將微機阻抗保護整定值進行修改（有關整定值的大小詳見本節(jié)開始部分）。（4）將臺面右上角的LP1（微機出口連接片）接通。（5）合上模擬線路的SA、SB和SC短路模擬開關。（6）合上故障模擬斷路器3KM。模擬系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障。此時負荷燈全熄滅，微機裝置顯示“11-XXX”（第一個“1”，表示I段保護動作，第二個“1”表示AB相短路;XXX為測量阻抗模值的大?。?，“I段動作”指示燈點亮，由I段保護動作跳開模擬斷路器，從而實現(xiàn)保護功能。（7）斷開故障模擬斷路器3KM，按微機保護的“信號復

46、位”按鈕，可重新合上模擬斷路器2KM，負荷燈全亮，即恢復模擬系統(tǒng)無故障運行狀態(tài)。（8）以1為步長，移動短路電阻滑動頭，重復步驟（6）和（7），直到I段保護不動作，記下此時的短路電阻值。（9）按表6-1中給定的值將移相器調(diào)整到另一個角度，將短路電阻滑動頭先移動到30%處，或?qū)⒍搪冯娮杌瑒宇^移至比理論計算值約小2處，重復實驗步驟（6）至（8），將實驗結(jié)果記錄在表6-1中。表6-1 多邊形阻抗保護特性實驗數(shù)據(jù)記錄表（1表示動作，0表示不動作）電阻/W移相器/°12345678910-151111000000011110000001511111000003011111111114511111

47、111116011111111117511111111119011111111111051111110000（10）實驗結(jié)束后，將調(diào)壓器輸出調(diào)回零，斷開各種短路模擬開關，斷開模擬斷路器，最后斷開所有實驗電源開關。（11）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)確定I段阻抗保護的動作區(qū)域，并與圖6-7所示動作區(qū)域進行比較，分析誤差原因。2同站間微機距離保護動作配合實驗根據(jù)本試驗臺硬件配置特點，在進行同站間微機距離保護的實驗時為防止實驗裝置長時間在故障狀態(tài)下失去保護、電流過大、線路過熱，我們將常規(guī)電流保護III段接入，作為微機的后備保護，實驗接線參閱第五章圖5-5。實驗步驟如下：（1）按第五章圖5-5完成微機裝置和常規(guī)保護裝

48、置接線。（2）將KA4、KA5、KA6繼電器電流整定為0.8A，時間繼電器整定為3S，移相器調(diào)至45度位置。（3）運行方式選擇，置為“最小”處。（4）將模擬線路電阻滑動頭移到30%處。（5）合上三相電源開關，直流電源開關，模擬斷路器1KM、2KM。（6）合上微機裝置電源開關，根據(jù)本章實驗1介紹方法整定有關值，為了獲得比較理想的實驗效果，可以適當延長各段保護時間整定值的大小，II段動作整定時間t2設為1s，III段動作時間t3設為2S，重合閘退出，微機保護出口連接片LP1斷開。（7）調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使試驗臺微機保護單元電壓顯示值升到60V，負載燈全亮。（8）合上模擬線路的短路模擬開關SA、SB。

49、（9）合上模擬線路的短路操作開關3KM。模擬系統(tǒng)發(fā)生AB相間短路故障。故障發(fā)生時負荷燈部分熄滅，線路I段保護首先動作，顯示“11-XXX”（XXX為測量阻抗模值的大?。?，同時“I段動作”指示燈點亮，但因LP1開路會導致模擬斷路器不能分斷；隨后II段保護動作，顯示“21-XXX”，同時“II段動作”指示燈點亮，但因LP1開路也會導致模擬斷路器不能分斷；再延遲一會就會有III段保護動作，顯示“31-XXX”，同時“III段動作”指示燈點亮，但因LP1開路也會導致模擬斷路器不能分斷，當線路常規(guī)過電流保護系統(tǒng)中的時間繼電器延時時間到后，信號繼電器動作發(fā)動作信號，中間繼電器出口跳開模擬斷路器，負載燈熄滅

50、。通過查詢故障顯示畫面的順序也可確定故障發(fā)生的先后次序。（10）斷開短路操作開關，按微機保護裝置上的“信號復位”按鈕，重新合上模擬斷路器1KM、2KM，即恢復模擬系統(tǒng)的無故障運行。（11）實驗結(jié)束后，將調(diào)壓器輸出調(diào)回零，斷開短路模擬開關，斷開模擬斷路器，最后斷開所有電源開關。（12）改變短路模擬開關的組合或模擬線路電阻滑動頭的位置，重復步驟（5）至（11），可以進行類似的實驗。表6-2 同站間微機距離保護配合實驗數(shù)據(jù)記錄表模擬線路電阻/W12345678910指示燈段亮亮段亮亮亮亮亮段亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮保護動作時測電阻抗模值/W段7.288.14段9.119.9211.2段13.114.31

51、4.915.916.53運行方式變化對阻抗保護動作影響的實驗（1）試驗接線如圖6-9接線圖所示。（2）微機保護整定值不變，微機出口投入，重合閘退出，移相器角度45度。（3）將模擬線路電阻滑動頭移至50%處。（4）運行方式選擇，置為“最大”處。（5）合上三相電源開關，直流電源開關。（6）合上模擬線路的模擬斷路器1KM、2KM，調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使試驗臺微機保護單元電壓顯示值升到60V，負荷燈全亮。（7）合上模擬線路的短路模擬開關SA、SC。（8）合上短路操作開關3KM。模擬系統(tǒng)發(fā)生AC相間短路故障。故障發(fā)生時負荷燈熄滅，模擬線路的I段保護動作，顯示“13-×××”（×××為測量阻抗模值的大?。瑫r“I段動作”指示燈點亮，模擬斷路器分斷。（9）斷開模擬線路短路操作開關，按微機保護裝置上的“信號復位”按鈕，重新合上模擬斷路器，即恢復模擬系統(tǒng)的無故障運行。（10）重復步驟（8）和（9），將實驗數(shù)據(jù)記錄于表6-3中。（11）改變運行方式選擇開關