第6章 工廠供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)及二次接線

《工廠供電》總課時(shí)：60學(xué)時(shí)第6章工廠供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)及二次接線繼電保護(hù)的基本知識微機(jī)保護(hù)的結(jié)構(gòu)與算法高壓輸電線路的微機(jī)保護(hù)123電力變壓器微機(jī)保護(hù)4變電站電容器微機(jī)保護(hù)高壓電動機(jī)微機(jī)保護(hù)工廠供電系統(tǒng)二次回路圖567供電教研室6.1繼電保護(hù)的基本知識本節(jié)主要內(nèi)容：繼電保護(hù)的作用；對保護(hù)裝置的基本要求；傳統(tǒng)保護(hù)與微機(jī)保護(hù)的區(qū)別。供電教研室一、繼電保護(hù)裝置的作用1.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，有選擇性的快速切除故障；6.1繼電保護(hù)的基本知識2.當(dāng)系統(tǒng)不正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)出報(bào)警。所謂繼電保護(hù)裝置，就是指能反映電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。二、繼電保護(hù)裝置的基本要求“四性”要求——可靠性、速動性、選擇性、靈敏性。供電教研室1.選擇性保證在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，影響范圍為最小，即距離故障最近的保護(hù)裝置應(yīng)動作。2.速動性保證在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置以最快速度切除故障，從而降低對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。3.可靠性當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，保護(hù)裝置該動作時(shí)不拒動（可信賴性）；

不該動作時(shí)不誤動（安全性）。供電教研室4.靈敏性在系統(tǒng)發(fā)生最不利情況故障時(shí)，保護(hù)裝置對故障的反應(yīng)能力。一般用靈敏系數(shù)SP衡量：式中：IK.min為被保護(hù)區(qū)末端電力系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式時(shí)的最小短路電流；IOP為保護(hù)裝置一次側(cè)起動電流。供電教研室三、繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用1.常用保護(hù)裝置類型2.微機(jī)保護(hù)裝置與傳統(tǒng)保護(hù)裝置的區(qū)別（1）繼電保護(hù)（目前廣泛采用微機(jī)型繼電保護(hù)）；（2）熔斷器保護(hù)；（3）低壓自動空氣開關(guān)保護(hù)。（1）微機(jī)型繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)智能化；（2）微機(jī)型繼電保護(hù)的可靠性大大提高；（3）微機(jī)型繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)功能綜合化，除了保護(hù)功能之外，還具有故障類型判別、故障測距、故障錄波、事故記錄等附加功能。供電教研室（4）微機(jī)型繼電保護(hù)調(diào)試維護(hù)方便；（5）微機(jī)型繼電保護(hù)具有完善的通信功能，可實(shí)現(xiàn)無人值班；（6）利用模糊識別原理實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)改善保護(hù)的性能等；（7）軟、硬件結(jié)構(gòu)及各保護(hù)單元之間相互獨(dú)立；（8）能耗低。四、微機(jī)保護(hù)裝置的主要功能和附加功能1.主要功能2.附加功能包括全變電站主要設(shè)備和輸電線路等的全套保護(hù)。如線路、主變壓器、無功補(bǔ)償電容器組、母線保護(hù)、小電流接地系統(tǒng)的單相接地等的主保護(hù)、后備保護(hù)、零序保護(hù)。接受監(jiān)視系統(tǒng)查詢、故障記錄、統(tǒng)一時(shí)鐘、故障自診斷、自動重合閘、多值儲存等。供電教研室6.2微機(jī)保護(hù)的結(jié)構(gòu)和算法本節(jié)主要內(nèi)容：熟悉微機(jī)保護(hù)的算法。了解軟、硬件結(jié)構(gòu)；供電教研室6.2微機(jī)保護(hù)的結(jié)構(gòu)和算法一、微機(jī)保護(hù)裝置的核心與構(gòu)成1.核心：微處理器；2.構(gòu)成：硬件部分和軟件部分。3.原理：微機(jī)保護(hù)裝置是以微處理器為核心，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，送入計(jì)算機(jī)的微處理器CPU主系統(tǒng)，然后對故障信息按相應(yīng)的保護(hù)算法和程序進(jìn)行運(yùn)算，且將運(yùn)算結(jié)果隨時(shí)與給定的整定值進(jìn)行比較，檢測電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障的性質(zhì)和范圍等，一旦確認(rèn)保護(hù)區(qū)內(nèi)故障發(fā)生，根據(jù)開關(guān)量輸入的當(dāng)前斷路器和跳閘繼電器的狀態(tài)，經(jīng)開關(guān)量輸出系統(tǒng)發(fā)出跳閘信號，并顯示和打印故障信息。供電教研室二、微機(jī)保護(hù)裝置的硬件組成1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.微機(jī)主系統(tǒng)3.開關(guān)量輸入／輸出電路4.通信接口5.工作電源6.人機(jī)對話系統(tǒng)供電教研室（一）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1.構(gòu)成2.作用電壓形成、模擬濾波器(ALF)、采樣保持(S／H)、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(MPX)與模／數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換器。將系統(tǒng)模擬量轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識別的數(shù)字量，且要求數(shù)字量大小與輸入量成比例、相仿不失真。供電教研室1.電壓形成回路2.模擬低通濾波器由電磁變換器將輸入電壓、電流變換成適合于A／D轉(zhuǎn)換器要求的電壓±10v或±5V。用于將高頻分量濾掉，來降低采樣頻率fs，也可減少諧波分量的影響。一般使用低通濾波器(ALF)濾掉fs／2以上的分量，以消除頻率混疊，防止高頻分量混到工頻附近來。3.采樣/保持器為了保證在A／D變換過程中輸入模擬量保持不變；實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道同步采樣。供電教研室常用的采樣／保持芯片有LF198、LF298、LF398等。4．多路轉(zhuǎn)換器(MPX)5．模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D)是一種能把輸入模擬電壓或電流變成與它成正比的數(shù)字量，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、存儲、控制和顯示。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，可以分為以下四種：計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，并行A/D轉(zhuǎn)換器。供電教研室(二)．開關(guān)量輸入/輸出（1）主要作用:輸出跳閘、信號等信息；與外圍設(shè)備包括打印機(jī)和調(diào)試、整定設(shè)備等接口。（2）開關(guān)量類型:安裝在裝置面板上的觸點(diǎn)、從裝置外部經(jīng)過端子排引入裝置的觸點(diǎn)。如：保護(hù)裝置壓板、連接片、屏上切換開關(guān)、其他保護(hù)動作的觸點(diǎn)等。（3）開關(guān)量輸出回路對斷路器、隔離開關(guān)的分、合閘控制和對主變壓器分接開關(guān)位置的調(diào)節(jié)命令，以及告警及巡檢中斷都是通過開關(guān)量輸出接口電路去驅(qū)動繼電器，再由繼電器的輔助觸點(diǎn)接通跳、合閘回路或主變壓器分接開關(guān)控制回路而實(shí)現(xiàn)的。供電教研室輸出電路，一般都采用并行接口的輸出來控制有觸點(diǎn)繼電器的方法，但為提高抗干擾能力，最好也經(jīng)過一級光電隔離。PB0輸出“0”，PBl輸出“1”，便可使與非門H1輸出低電平，光敏三極管導(dǎo)通，繼電器K被吸合。在初始化和需要繼電器K返回時(shí)，應(yīng)使PB0輸出“1”，PBl輸出“0”。供電教研室（四）.人機(jī)接口回路原理微機(jī)保護(hù)的人機(jī)接口回路是指鍵盤、顯示器及接口CPU插件電路。主要作用：通過鍵盤和顯示器完成人機(jī)對話任務(wù)、時(shí)鐘校對及與各保護(hù)CPU插件通信和巡檢任務(wù)。（三）.微機(jī)主系統(tǒng)(CPU主系統(tǒng))將數(shù)據(jù)采集單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，完成各種繼電保護(hù)功能。它包括中央處理器(CPU)、只讀存儲器EPROM、電擦除可編程只讀存儲器E2PROM、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、時(shí)鐘(CLOCK)等器件供電教研室軟件分為：接口軟件和保護(hù)軟件。1、接口軟件接口軟件是指人機(jī)接口部分的軟件，其程序可分為監(jiān)控程序和運(yùn)行程序。調(diào)試方式下執(zhí)行監(jiān)控程序，運(yùn)行方式下執(zhí)行運(yùn)行程序。監(jiān)控程序主要就是鍵盤命令處理程序，是為接口插件及各CPU保護(hù)插件進(jìn)行調(diào)節(jié)和整定而設(shè)置的程序。三、微機(jī)保護(hù)的軟件系統(tǒng)配置供電教研室接口的運(yùn)行程序由主程序和定時(shí)中斷服務(wù)程序構(gòu)成。主程序任務(wù)：完成巡檢(各CPU保護(hù)插件)、鍵盤掃描和處理及故障信息的排列和打印。定時(shí)中斷服務(wù)程序包括：軟件時(shí)鐘程序、以硬件時(shí)鐘控制并同步各CPU插件的軟時(shí)鐘、檢測各CPU插件啟動元件是否動作的檢測程序。所謂軟件時(shí)鐘就是每經(jīng)1.66ms產(chǎn)生一次定時(shí)中斷，在中斷服務(wù)程序中軟件計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)軟計(jì)數(shù)器加到600時(shí),秒計(jì)數(shù)加1。供電教研室2、保護(hù)軟件的配置保護(hù)軟件：主程序和中斷服務(wù)程序。主程序通常有三個(gè)基本模塊：初始化和自檢循環(huán)模塊、保護(hù)邏輯判斷模塊和跳閘處理模塊。保護(hù)邏輯判斷和跳閘處理總稱為故障處理模塊。保護(hù)邏輯判斷模塊就隨不同的保護(hù)裝置而相差甚遠(yuǎn)。供電教研室中斷服務(wù)程序：定時(shí)采樣中斷、串行口通信中斷服務(wù)程序。采樣算法不同：保護(hù)裝置有特殊要求時(shí)。采樣中斷服務(wù)程序不同。供電教研室3、保護(hù)軟件的工作方式三種狀態(tài)運(yùn)行調(diào)試不對應(yīng)狀態(tài)將方式開關(guān)或顯示器菜單選擇為“運(yùn)行”執(zhí)行相應(yīng)保護(hù)主程序和中斷服務(wù)程序。供電教研室選擇調(diào)試復(fù)位CPU后工作在調(diào)試狀態(tài)。選擇調(diào)試但不復(fù)位CPU，并且接口插件工作在運(yùn)行狀態(tài)稱為：不對應(yīng)狀態(tài)供電教研室4、中斷服務(wù)程序中斷的作用暫時(shí)停止原程序執(zhí)行轉(zhuǎn)為外部設(shè)備服務(wù)，并在服務(wù)完成后自動返回原程序的執(zhí)行過程。采用中斷目的提高CPU的工作效率，提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理時(shí)效。供電教研室保護(hù)執(zhí)行運(yùn)行程序的要求：限定在極短時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集極短時(shí)間內(nèi)分析判斷：跳閘、告警。供電教研室產(chǎn)生外部隨機(jī)事件時(shí)凡需要CPU立即響應(yīng)并及時(shí)處理的事件，就要求保護(hù)中斷自己正在執(zhí)行的程序，而去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。隨機(jī)事件指電力系統(tǒng)狀態(tài)、人機(jī)對話、系統(tǒng)機(jī)的串行通信要求供電教研室保護(hù)中斷服務(wù)程序配置一般保護(hù)配有定時(shí)采樣中斷服務(wù)程序和串行通信中斷服務(wù)程序。對單CPU保護(hù)，CPU除保護(hù)任務(wù)外，還有人機(jī)接口任務(wù)，配有鍵盤中斷服務(wù)程序。供電教研室定時(shí)采樣中斷服務(wù)程序定義：采用定時(shí)器中斷方式的采樣服務(wù)程序每經(jīng)1.66ms中斷原程序的運(yùn)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行采樣計(jì)算的服務(wù)程序，采樣結(jié)束后通過存儲器中的特定存儲單元將采樣計(jì)算結(jié)果傳送給原程序，然后再回去執(zhí)行原被中斷了的程序。

供電教研室采樣中斷服務(wù)程序除了采樣和計(jì)算外，還含有保護(hù)起動元件程序及保護(hù)某些重要程序。如高頻保護(hù)中在采樣中斷服務(wù)程序中安排檢查收發(fā)信機(jī)的收信情況。在距離保護(hù)中設(shè)有兩鍵全相電流差突變元件，用以檢測發(fā)展性故障。在零序保護(hù)中設(shè)有零序電流突變量元件等。供電教研室串行口通信中斷服務(wù)程序?yàn)闈M足系統(tǒng)與保護(hù)的通信要求而設(shè)置。通信方式：采用主從式串行口通信來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)主機(jī)對保護(hù)裝置有通信要求時(shí)，或接口CPU對保護(hù)CPU提出巡檢要求時(shí)，保護(hù)串行通信口提出中斷申請，在中斷響應(yīng)時(shí)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。供電教研室對中斷服務(wù)程序要求保護(hù)裝置應(yīng)隨時(shí)接受工作人員的干預(yù)。改變保護(hù)裝置的工作狀態(tài)、查詢系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、調(diào)試保護(hù)裝置。就是利用人機(jī)對話方式來干預(yù)保護(hù)工作。供電教研室人機(jī)對話方式常用鍵盤方式：鍵盤中斷服務(wù)程序來實(shí)現(xiàn)。有的保護(hù)采用查詢方式。供電教研室四、微機(jī)保護(hù)的算法1、概述微機(jī)保護(hù)是用數(shù)學(xué)運(yùn)算方法實(shí)現(xiàn)故障量的測量、分析和判斷的。而運(yùn)算的基礎(chǔ)是若干個(gè)離散的、量化了的數(shù)字采樣序列。算法：尋找適當(dāng)?shù)碾x散運(yùn)算方法，使運(yùn)算結(jié)果的精確度能滿足工程要求。微機(jī)保護(hù)根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供的輸入電氣量的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算和判斷，以實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)的功能的方法稱為算法。供電教研室2、微機(jī)保護(hù)算法類型一點(diǎn)采樣算法；兩點(diǎn)乘積算法；積分法；全周波傅氏算法。供電教研室算法分類根據(jù)輸入電氣量的若干點(diǎn)采樣值通過數(shù)學(xué)式或方程式計(jì)算出保護(hù)所反映的量值，然后與給定值進(jìn)行比較；直接模仿模擬型保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)動作方程來判斷是否在動作區(qū)內(nèi)，而不計(jì)算出具體的數(shù)值。供電教研室分析算法評價(jià)方法標(biāo)準(zhǔn)是精度和速度。速度：算法所要求的數(shù)據(jù)窗長度（或稱采樣點(diǎn)數(shù)）、算法運(yùn)算工作量。計(jì)算精度：則往往要利用更多的采樣點(diǎn)和進(jìn)行更多的計(jì)算量。供電教研室2、正弦函數(shù)模型的算法假設(shè)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：供電教研室實(shí)際上故障后電流、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(jié)果，必須和數(shù)字濾波器配合使用。假設(shè)方程式應(yīng)當(dāng)是數(shù)字濾波器的輸出,而不是用模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供的輸出。供電教研室（1）兩點(diǎn)乘積算法采樣值算法是利用采樣值的乘積來計(jì)算電流、電壓、阻抗的幅值和相角等電氣參數(shù)的