繼電保護(hù)——緒論及基礎(chǔ)知識課件

1、電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)1.正常運(yùn)行。2.故障3.不正常運(yùn)行斷線 短路三相短路、 兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)以及變壓器繞組間的匝間短路等單相斷線 兩相斷線過負(fù)荷、 過電壓頻率降低 、系統(tǒng)振蕩等上頁下頁返回 第一節(jié) 繼電保護(hù)的任務(wù)當(dāng)電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生故障時，能自動地、迅速地、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，避免故障元件繼續(xù)遭到破壞，使非故障元件迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。2. 當(dāng)電力系統(tǒng)中電氣元件出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時，能及時反應(yīng)并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件發(fā)出信號或跳閘。上頁下頁返回電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置 能反應(yīng)電力系統(tǒng)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置 20

2、22/7/17沈陽工程學(xué)院 3根據(jù)邏輯元件傳送的信號，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如：故障時跳閘；不正常運(yùn)行時發(fā)信號；正常運(yùn)行時不動作。 第二節(jié) 保護(hù)裝置構(gòu)成、基本原理和組成測量邏輯執(zhí)行被測物理量整定值跳閘或信號測量從被保護(hù)對象輸入的有關(guān)物理量（如電流、電壓、阻抗、功率方向等），并與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動 根據(jù)測量部分輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。 上頁下頁返回

3、繼電保護(hù)裝置的分類繼電保護(hù)裝置按保護(hù)對象分按保護(hù)原理分按故障類型分按保護(hù)技術(shù)分按保護(hù)作用分輸電線路保護(hù)發(fā)電機(jī)保護(hù)變壓器保護(hù)電動機(jī)保護(hù)母線保護(hù)機(jī)電型保護(hù)整流型保護(hù)晶體管型保護(hù)集成電路型保護(hù)微機(jī)保護(hù)電流保護(hù)電壓保護(hù)距離保護(hù)差動保護(hù)方向保護(hù)零序保護(hù)主保護(hù)后備保護(hù)輔助保護(hù)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)及過激磁保護(hù)上頁下頁返回主保護(hù)、后備保護(hù)主保護(hù)：反應(yīng)被保護(hù)元件自身的故障并以盡可能短的延時，有選擇性地切除故障的保護(hù)稱為主保護(hù)。后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動時起作用，從而動作于相應(yīng)斷路器以切除故障元件。 近后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動時，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來實(shí)現(xiàn)后備的保護(hù)。遠(yuǎn)

4、后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。2022/7/17沈陽工程學(xué)院 6主保護(hù)、后備保護(hù)示例2022/7/17沈陽工程學(xué)院 7 第三節(jié) 對繼電保護(hù)的基本要求對動作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個基本要求: 選擇性速動性靈敏性可靠性電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護(hù)裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運(yùn)行，以盡量縮小停電范圍的一種性能。 保護(hù)快速切除故障的性能。故障切除時間包括繼電保護(hù)動作時間和斷路器的跳閘時間 在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)，保護(hù)對故障情況的反應(yīng)能力。要求保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時，不論短路點(diǎn)的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來 發(fā)生了

5、屬于它該動作的故障，它能可靠動作，即不發(fā)生拒絕動作；而在不該動作時，它能可靠不動，即不發(fā)生錯誤動作。該動則動，不該動則不動 上頁下頁返回關(guān)于靈敏性 靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量，并表示為 ，也稱為靈敏度。在計(jì)算保護(hù)的靈敏系數(shù)時，可按如下原則考慮：1.在可能的運(yùn)行方式下，選擇最不利于保護(hù)動作的運(yùn)行方式；2.在所保護(hù)的短路類型中，選擇最不利于保護(hù)動作的短路類型；3.在保護(hù)區(qū)內(nèi)選擇最不利于保護(hù)動作的那點(diǎn)作為靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)（計(jì)算所選的短路點(diǎn)）。上頁下頁返回第二章 繼電保護(hù)的基礎(chǔ)知識2022/7/17沈陽工程學(xué)院 102022/7/17沈陽工程學(xué)院 11一、電流互感器第一節(jié) 電流互感器及電壓互感器（一）電流互感

6、器正方向規(guī)定 極性端極性端一次側(cè)電流同名端流進(jìn)二次側(cè)電流同名端流出等值電路相量圖由等值電路可見： 將電力系統(tǒng)的一次電流按一定的變比變換成二次較小電流，供給測量表計(jì)和繼電器，同時還可以使二次設(shè)備與一次高壓隔離，保證工作人員的安全。 由電磁平衡原理：所以電流互感器變比上頁下頁返回1、電流互感器存在誤差的原因（二）電流互感器的誤差比值誤差角度誤差由于勵磁電流的存在，使一次電流折算值與二次電流不等，即兩者的大小和相位不同。小于10%小于72、電流互感器10%誤差曲線電流互感器比值誤差為10%，角度誤差小于7，電流互感器一次電流倍數(shù)與允許的二次負(fù)載阻抗之間的關(guān)系曲線0上頁下頁返回電壓互感器的接線方式星型

7、接線三相五柱式接線V-V接線 特點(diǎn)：可以獲得對稱的三個線電壓，但不能獲得相電壓可以獲得相電壓、線電壓和零序電壓可以獲得相電壓、線電壓和零序電壓二、電壓互感器上頁下頁返回電壓互感器二次電壓可看成是電壓源，而電流互感器二次電流可看成是電流源； 電壓互感器在正常工作情況下鐵芯的工作磁密較電流互感器高得多；電壓互感器工作在二次側(cè)開路狀態(tài)，電流互感器工作在二次側(cè)短路狀態(tài)；電流互感器二次不能開路 。（三）電流互感器與電壓互感器的工作特點(diǎn)上頁下頁返回 變換器作用第二節(jié) 變換器1按照保護(hù)裝置構(gòu)成原理的要求，進(jìn)行電氣量的變換 與綜合；2將被保護(hù)設(shè)備的強(qiáng)電交流二次回路與保護(hù)裝置的直流弱電回路相隔離；3利用測量變換

8、器一、二次線圈的屏蔽層，抑制干擾信號的侵入，提高保護(hù)裝置的抗干擾能力。 變換器的種類：電流變換器 電壓變換器電抗變壓器 上頁下頁返回一、電壓變換器 （中間變壓器T） 中間變壓器用于將一次電壓變換成裝置所需要的二次電壓。上頁下頁返回 當(dāng)忽略其比值誤差和角度誤差時，則二次輸出電壓：二次輸出電壓中間變壓器變比一次輸入電壓二、電流變換器 電流變換器用于將一次電流變換成裝置所需要的二次電壓。上頁下頁返回 當(dāng)忽略其比值誤差和角度誤差時，則二次輸出電壓：1221212WWnnRnInRnIUTTIIT=.&二次輸出電壓變換系數(shù)中間變流器變比&三、電抗變壓器（UR） 電抗變壓器用于將一次電流變換成裝置所需要的

9、二次電壓。 上頁下頁返回 電抗變壓器鐵芯具有氣隙，其勵磁回路的勵磁電抗數(shù)值很小，相對于二次較大的負(fù)荷阻抗來說，完全可以忽略不計(jì)，故一次電流全部作為勵磁電流，電抗變壓器在工作時二次繞組可認(rèn)為處于開路狀態(tài)調(diào)節(jié)電抗變壓器一、二次繞組的匝數(shù)可以改變 通過調(diào)節(jié)電抗變壓器繞組所接的電阻可以改變的角度 電流變換器與電抗變壓器都是將一次電流成比例的變換成二次電壓的，但是在應(yīng)用上有些不同。電流變換器在磁路未飽和時，勵磁電流可以忽略，其二次輸出電壓波形基本保持了一次電流信號的波形。電抗變壓器一次電流全部作為勵磁電流，在暫態(tài)情況下，忽略鐵芯有功損耗，其二次輸出電壓為：電抗變壓器二次輸出電壓對一次電流中的諧波成分有放

10、大作用，對一次電流中的非周期電流有抑制作用 當(dāng)輸入端三相電流、電壓中含有三序分量時，輸出端只輸出負(fù)序分量 為了提高保護(hù)裝置的靈敏度，經(jīng)常采用序分量來作為保護(hù)的判據(jù)。要獲得這些序分量就必須借助于各種序分量濾過器，稱為對稱分量濾過器。當(dāng)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第三節(jié) 對稱分量濾過器 零序分量濾過器零序電壓濾過器 零序電流濾過器 負(fù)序分量濾過器負(fù)序電壓濾過器 負(fù)序電流濾過器 上頁下頁返回上頁下頁返回零序電壓濾過器零序電壓濾過器的作用是為了獲得零序電壓，它的輸入是三相電壓，輸出只與輸入電壓中的零序電壓成正比。 構(gòu)成依據(jù)： 構(gòu)成元件 ： 三個單相式電壓互感器或三相五柱式

11、電壓互感器都可以獲得 上頁下頁返回零序電流濾過器零序電流濾過器的作用是為了獲得零序電流，它的輸入是三相電流，輸出只與輸入電流中的零序電流成正比。 構(gòu)成依據(jù)： 構(gòu)成元件 ： 由三臺具有相同型號和變比的電流互感器構(gòu)成零序電流濾過器。 2022/7/17沈陽工程學(xué)院 22上頁下頁返回阻容式單相負(fù)序電壓濾過器參數(shù)關(guān)系 輸出電壓 0120116030=-CCAARXtgRXtgjj2022/7/17沈陽工程學(xué)院 232022/7/17沈陽工程學(xué)院 24結(jié)論當(dāng)輸入正序電壓時，負(fù)序電壓濾過器輸出為零。當(dāng)輸入負(fù)序電壓時，負(fù)序電壓濾過器輸出不為零當(dāng)輸入零序電壓時，負(fù)序電壓濾過器輸出為零。2022/7/17沈陽工

12、程學(xué)院 25 第四節(jié) 幅值比較與相位比較幅值比較：就是通過比較兩個電壓的大小來決定繼電器是否動作；相位比較：就是通過比較兩個電壓的相位來決定繼電器是否動作。 2022/7/17沈陽工程學(xué)院 26幅值比較與相位比較之間的關(guān)系 幅值比較的動作方程：相位比較的動作方程2022/7/17沈陽工程學(xué)院 27幅值比較與相位比較之間的關(guān)系2022/7/17沈陽工程學(xué)院 28 第五節(jié) 常用電磁型繼電器 一、電磁型繼電器基本結(jié)構(gòu)及工作原理 它是利用電磁鐵的鐵心與銜鐵間的吸力作用而工作的繼電器。 2022/7/17沈陽工程學(xué)院 30電流繼電器過電流繼電器 電壓繼電器中間繼電器時間繼電器信號繼電器過電壓繼電器 低電

13、壓繼電器 反應(yīng)被保護(hù)元件電流升高而動作的一種繼電器 反應(yīng)被保護(hù)元件電壓升高而動作的一種繼電器 接點(diǎn)多容量大,可實(shí)現(xiàn)短延時,及自保持。多用于出口回路和邏輯回路建立保護(hù)所需要的延時時間。當(dāng)保護(hù)裝置動作時，明顯標(biāo)示出繼電器或保護(hù)裝置動作狀態(tài) 常用電磁型繼電器的類型反應(yīng)被保護(hù)元件電壓降低而動作的一種繼電器 上頁下頁返回二、電磁式過電流繼電器電磁轉(zhuǎn)矩滿足下面關(guān)系時，繼電器動作電磁轉(zhuǎn)矩滿足下面關(guān)系時，繼電器返回2022/7/17沈陽工程學(xué)院 32上頁下頁返回動作電流返回電流返回系數(shù)使電流繼電器動合觸點(diǎn)閉合的最小電流使電流繼電器動合觸點(diǎn)打開的最大電流返回電流與動作電流之比實(shí)驗(yàn)接線合上電源開關(guān)S,調(diào)整自耦調(diào)壓

14、器,使輸入電流繼電器的電流升高,當(dāng)小燈剛好亮?xí)r電流表指示的電流就是繼電器的動作電流.調(diào)整自耦調(diào)壓器,使輸入電流繼電器的電流減小,當(dāng)小燈剛好熄滅時,電流表指示的電流就是繼電器的返回電流.電磁型過電流繼電器的參數(shù)關(guān)于繼電器的接點(diǎn)常開接點(diǎn):繼電器線圈不帶電時打開的接點(diǎn) 常閉接點(diǎn):繼電器線圈不帶電時閉合的接點(diǎn) 2022/7/17沈陽工程學(xué)院 34二、 電磁型低電壓繼電器參數(shù)上頁下頁返回動作電壓返回電壓返回系數(shù)使電壓繼電器動斷觸點(diǎn)閉合的最大電壓使電壓繼電器動斷觸點(diǎn)打開的最小電壓返回電壓與動作電壓之比實(shí)驗(yàn)接線合上電源開關(guān)S,調(diào)整自耦調(diào)壓器,使輸入電壓繼電器的電壓升高至額定值這時繼電器動斷觸點(diǎn)打開,調(diào)整自耦

15、調(diào)壓器,減小加入繼電器的電壓,當(dāng)小燈剛好亮?xí)r,電壓表指示的電壓就是繼電器的動作電壓.調(diào)整自耦調(diào)壓器,使輸入電壓繼電器的電壓升高, 當(dāng)小燈剛熄滅時,電壓表指示的電壓就是繼電器的返回電壓.電流繼電器和低電壓繼電器動作和返回條件動作條件：返回條件：2022/7/17沈陽工程學(xué)院 36第六節(jié) 離散信號及系統(tǒng)離散信號：只有在離散時刻才有定義的信號。離散時間信號的表示：2022/7/17沈陽工程學(xué)院 37離散時間信號舉例2022/7/17沈陽工程學(xué)院 38月汽車產(chǎn)量（1000輛）0246812345678910離散時間系統(tǒng)指有輸入和輸出的物理裝置或運(yùn)算的總稱，且其輸入和輸出均為離散信號。表達(dá)式：2022/

16、7/17沈陽工程學(xué)院 39離散時間系統(tǒng)的描述差分定義：2022/7/17沈陽工程學(xué)院 40線性定常系統(tǒng)差分方程描述線性定常離散時間系統(tǒng)2022/7/17沈陽工程學(xué)院 41簡單的線性定常離散系統(tǒng)表達(dá)式及實(shí)現(xiàn)的框圖y(n)=b1y(n-1)-a0 x(n)+a1x(n-1)框圖：2022/7/17沈陽工程學(xué)院 42+第七節(jié) 采樣信號和采樣定理采樣信號：將時間連續(xù)的信號，按照一定的時間間隔變成時間的離散信號采樣定理：一個有限頻帶時間信號f（t），其最高頻率為fm，若以T1/（2 fm） 的時間間隔進(jìn)行采樣，所得到的采樣信號fs（t）將含有原信號f（t）的全部信息。2022/7/17沈陽工程學(xué)院 43

17、2022/7/17沈陽工程學(xué)院 44tti(t)i(t)i(t)ti(t)采樣過程描述采樣定理的說明通過取不同的采樣周期采樣，來理解采樣定理2022/7/17沈陽工程學(xué)院 45第八節(jié) 數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器就是將一組輸入系統(tǒng)中的數(shù)字序列，通過一定的運(yùn)算變?yōu)榱硪唤M輸出的數(shù)字序列。2022/7/17沈陽工程學(xué)院 46簡單濾波器工作原理說明利用加法運(yùn)算構(gòu)成2022/7/17沈陽工程學(xué)院 47第九節(jié) 微機(jī)保護(hù)算法根據(jù)代表電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的電流、電壓的數(shù)字量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，以計(jì)算出電流、電壓的基波幅值、比值、相位差和功率等，然后再進(jìn)行分析、比較、判斷以完成繼電保護(hù)功能的計(jì)算方法 2022/7/17沈陽工程學(xué)

18、院 48一、兩采樣值積算法 根據(jù)輸入電氣量兩個點(diǎn)的采樣值，通過一定的數(shù)學(xué)式或方程式計(jì)算出輸入電氣量的數(shù)值。2022/7/17沈陽工程學(xué)院 49電流、電壓采樣值設(shè)被采樣的正弦電壓和電流： 2022/7/17沈陽工程學(xué)院 50用兩采樣值計(jì)算電流和電壓幅值的公式2022/7/17沈陽工程學(xué)院 51二、相電流突變量元件算法反映電流增量工作原理：2022/7/17沈陽工程學(xué)院 52第十節(jié) 微機(jī)保護(hù)硬件系統(tǒng)2022/7/17沈陽工程學(xué)院 53各組成部分作用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用: 完成輸入信號的預(yù)處理。即對取自被保護(hù)元件的連續(xù)模擬信號進(jìn)行必要的處理并將其變成離散信號，最后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入給微處理機(jī)。CPU

19、主系統(tǒng)的作用: 由微處理器執(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區(qū)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以完成各種繼電保護(hù)的功能。開關(guān)量輸人輸出系統(tǒng)的作用:完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號警報、外部開關(guān)量的輸入及人機(jī)對話等功能。 2022/7/17沈陽工程學(xué)院 54一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)比較式模數(shù)變換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、電壓形成回路2、前置模擬低通濾波器3、采樣保持電路4、模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)5、比較式模數(shù)變換器2022/7/17沈陽工程學(xué)院 55數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)數(shù)式模數(shù)變換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、電壓頻率式模數(shù)轉(zhuǎn)換器VFC變換原理：是產(chǎn)生一個頻率正比于輸入電壓瞬時值的等幅脈沖序列2、計(jì)數(shù)器在固定的時間間隔內(nèi)記錄VFC輸出的等幅脈沖的個數(shù)，從而知道此時輸入電壓的大小，即得到此時模擬電壓的數(shù)字量。2022/7/17沈陽工程學(xué)院 56二、CPU系統(tǒng)2022/7/17沈陽工程學(xué)院 57CPU系統(tǒng)基本