繼電保護及自動裝置：繼電保護基礎(chǔ)知識

《電力系統(tǒng)微機保護》多媒體課件

2024/5/13

11、定義：是一種依靠計算機智能地實現(xiàn)保護功能的工業(yè)控制裝置。繼電保護功能：反映電氣設(shè)備的故障或不正常工作狀態(tài)，并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號。裝置的主要作用

（1）防止電力系統(tǒng)事故的發(fā)生和發(fā)展（2）限制事故的的影響及范圍（3）保證電能質(zhì)量并提高供電可靠性2024/5/132一、微機保護基本知識2、微機保護的基本構(gòu)成微機保護由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。微機保護的軟件部分：由初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障檢出模塊、故障計算模塊與自檢模塊等組成。硬件部分結(jié)構(gòu)1、信號輸入部分、（模擬量、開關(guān)量輸入）外部電流及電壓輸入經(jīng)隔離互感器隔離變換后，由低通濾波器輸入至模數(shù)變換器，CPU經(jīng)采樣數(shù)字處理后，構(gòu)成各種保護繼電器。

2、微機CPU主系統(tǒng)、(完成數(shù)值測量、計算、邏輯運算及控制，實現(xiàn)繼電保護功能，同時還具有各種遠(yuǎn)方功能）3、人機接口系統(tǒng)、（通過鍵盤，液晶顯示、打印及信號燈或語言告警來實現(xiàn)定值的輸入、工作方式的變更等）4、輸出通道、（啟動、閉鎖、跳閘、信號、復(fù)位等）5、穩(wěn)壓電源部分(逆變電源或開關(guān)電源)（逆變電源方式：即直流逆變?yōu)榻涣?，再把交流整流為微機系統(tǒng)所需的直流電壓）2024/5/1342、特點（1）維護調(diào)試方便（2）可靠性好（在線自檢及互檢）（3）動作準(zhǔn)確率高（4）易于獲得各種附加功能（故障測距、錄波、重合閘低周減載，故障類型判別等）（5）保護性能容易得到完善（6）使用靈活、方便（7）具有遠(yuǎn)方監(jiān)控特性，易于實現(xiàn)變電站綜合自動化2024/5/136各插件作用：一、直流電源插件：

將220V（110V）直流電壓變換成滿足各插件所需要的弱電電源電壓。（把變電站強電系統(tǒng)的直流電源與微機的弱電系統(tǒng)電源隔離,且逆變后的電源具有極強的抗干擾水平）

±12V，(±15V)供運算放大器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用兩路+24V一路供光電耦合用一路供信號、出口繼電器用

+5V為CPU使用（電源均不共地，以避免相互干擾，甚至損壞芯片）2024/5/137二、交流輸入插件：作用：

將電壓或電流變換成滿足模/數(shù)變換器量程要求的電壓（電氣上安全隔離，提高抗干擾能力）

電壓：通過交流電壓互感器：一般15：1其二次側(cè)設(shè)有抽頭，用以改變輸入變比。

電流：通過電流變換器或電抗變壓器一般采用電流變換器，并在其二次側(cè)并聯(lián)電阻以取得所需電壓，鐵心不飽和時可以做到不失真。在變壓器保護中有時用電抗變換器用來變換波形。2024/5/138三、模數(shù)轉(zhuǎn)換插件：完成對交流輸入插件輸出的模擬量對數(shù)字量的轉(zhuǎn)化。A/D轉(zhuǎn)換器：應(yīng)用逐次逼近的原理直接將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量VFC插件（壓頻變換）：實質(zhì)是將交流電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成一串重復(fù)頻率正比于電壓瞬時值的等幅脈沖，差值nTS期間的脈沖數(shù)與nTS期間內(nèi)的模擬信號的積分值具有對應(yīng)關(guān)系。VFC的優(yōu)點：（1）電路簡單、工作穩(wěn)定，線形好、精度高。（2）抗干擾能力強（3）同CPU接口簡單，可以方便地實現(xiàn)多CPU共享一套VFC。2024/5/139

電壓形成CPU計數(shù)器VFCVFC型A/D變換原理圖ui總線D/A控制器數(shù)碼設(shè)定器輸入電壓數(shù)碼輸出

逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換原理圖

ui（1）采樣保持采樣就是將連續(xù)變化的模擬量通過采樣器加以離散化。其過程如圖(a)(b)(c)所示。模擬量連續(xù)加于采樣器的輸入端，由采樣控制脈沖控制采樣器，使之周期性的短時開放輸出離散脈沖。采樣脈沖寬度為TC，采樣脈沖周期為TS。采樣保持的作用是在一個極短的時間內(nèi)測量模擬輸入量在該時刻的瞬時值，并在模數(shù)變換器進行轉(zhuǎn)換期間保持其輸出不變。采樣保持輸出的信號已經(jīng)是離散化的模擬量，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，就成為離散化的數(shù)字量。（2）采樣頻率與采樣定理采樣間隔Ts的倒數(shù)稱為采樣頻率Fs，為了使信號采樣后能夠不失真的還原，采樣頻率必須大于信號最高頻率兩倍以上（乃奎斯特采樣定理）。2024/5/1311

采樣保持過程示意圖(3)低通濾波器（LPF）：電力系統(tǒng)在故障的暫態(tài)期間，電壓和電流含有較高的頻率成分，如果要對所有的高次諧波成分均不失真地采樣，那么其采樣頻率就要取得很高，這就對硬件速度提出很高的要求，使成本增高，這是不現(xiàn)實的。目前大多數(shù)微機保護原理都是反映工頻分量的或反映某種高次諧波，故可以在采樣之前將最高信號頻率分量限制在一定頻帶之內(nèi)，即限制輸入信號的最高頻率，以降低Fs。一方面降低了對硬件的速度要求，另一方面對所需的最高頻率信號的采樣不至于發(fā)生失真。所以在采樣之前用一個模擬低通濾波器，將Fs/2以上的頻率分量濾去。2024/5/1313四、光耦插件作用：

將外部的開關(guān)量輸入信號變換成裝置需要的弱電電平。（包括斷路器和隔離開關(guān)的輔助接點；跳合閘位置繼電器接點輸入；瓦斯接點輸入；連接片位置輸入）例如RCS-900：OPT1：24V光耦插件OPT2：有些開入可能從較遠(yuǎn)處引入，如收信接點從通信機房的載波機接至控制室的保護屏，或某些情況下從斷路器處引位置接點至保護屏，這是不宜采用24V光耦，為此本裝置設(shè)置了一個220V/110V的光耦插件。2024/5/1314開入量輸入回路開出量輸出回路2024/5/1316

繼電器并聯(lián)的二極管起阻尼作用，它在繼電器斷電時，為在線圈中的工作電流提供一個低電阻通路，以保護光敏三極管不致于被繼電器線圈電感產(chǎn)生的高的反向電壓擊穿。K五、CPU系統(tǒng)2024/5/1317（1）EPROM：紫外線可擦除的只讀存儲器，用于存放保護程序。（2）E2PROM：電可擦除可改寫存儲芯片。用于存放保護定值.（3）RAM：高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。用于存放各種數(shù)據(jù)、信息等。掉電后可用電池保持信息。（4）譯碼器：根據(jù)程序的規(guī)定和控制總線的控制，輸出片選地址，確定參加運算的數(shù)據(jù)。（5）地址鎖存器：根據(jù)程序的要求，使控制總線依一定的時序工作。（6）計數(shù)器：對脈沖記數(shù)。2024/5/1318CPU系統(tǒng)基本工作過程：

每隔一個采樣間隔，隨機讀寫存儲器（RAM）就從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中提取一組數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就代表了模擬量電流或電壓某一時刻的大小。CPU系統(tǒng)中的單片機根據(jù)開入量的狀態(tài)，執(zhí)行EPROM中的相應(yīng)程序，并不斷從RAM中讀取原始數(shù)據(jù)與EEPROM中保護整定值比較、分析、運算和判斷，最后，根據(jù)程序要求，輸出相應(yīng)的開出量，完成規(guī)定的保護動作行為（如跳閘、信號等）。

2024/5/1319舉例說明

南瑞LFP-900：

CPU1（主）距離縱聯(lián)保護（LFP-902）方向縱聯(lián)保護（LFP-901）

CPU2（后備）三段式相間距離及接地距離、重合閘

CPU3人機接口和故障測距

CPU1高頻距離零序保護（縱聯(lián)保護）

CPU2距離保護許繼CPU3零序保護

CPU4重合閘

CPU0（MMI）人機接口2024/5/1320WXH-801：采用帶補償?shù)恼蚬收戏至糠较蛟土阈蚍较蛟?gòu)成方向縱聯(lián)；近段快速跳閘的獨立跳閘方式；三段式距離保護；六段式零序電流保護WXH-802：采用阻抗繼電器復(fù)合正序故障分量方向元件和零序方向元件構(gòu)成距離縱聯(lián)；近段快速跳閘的獨立跳閘方式；三段式距離保護；六段式零序電流保護。WXH-803：采用分相電流差動保護作為全線速動保護；三段式距離保護；六段式零序電流保護。WXH-811：三段式距離保護；四段式零序電流（方向）保護。WXH-812：高頻距離保護；三段式距離保護；四段式零序電流（方向）保護WXH-813：分相電流差動；三段式距離保護；四段式零序電流（方向）保護WXH-821：三段式電流（方向）保護；零序電流（方向）保護；過負(fù)荷保護；低周減載保護；低壓減載保護。2024/5/1321六、人機對話插件

電路硬件框圖建立起微機保護裝置與使用者之間的信息聯(lián)系，以便對裝置進行人工操作、調(diào)試和得到反饋信息。2024/5/13222024/5/132024/5/132024/5/132024/5/13例如：RCS-900CPU3作用：（1）內(nèi)設(shè)裝置總起動元件,動作后開放出口繼電器正電源。（2）產(chǎn)生通信中斷、負(fù)責(zé)對CPU1、CPU2的通訊，完成裝置的自檢、報警及整定、打印、顯示等。（3）負(fù)責(zé)完成與具有控制功能的輸入輸出設(shè)備的連接，具有友好的人機界面。許繼800的MMI接口：

1、完成繼電保護裝置的人機對話功能。

2、管理各保護軟件。

3、處理、顯示和發(fā)送各種報文。

4、作為監(jiān)控系統(tǒng)的智能終端。2024/5/13272024/5/13七、通信插件（RCS-900、PSL-600）此插件完成公共的開入量接入、打印和接入監(jiān)控系統(tǒng)的功能。提供計算機局域通信網(wǎng)絡(luò)以及遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的信息通道，是實現(xiàn)變電站綜合自動化的必要條件。2024/5/1328八、信號插件

OP信號告警插件南瑞900TA許繼啟動告警

TB跳A高頻

TC跳B距離

CH跳C零序永跳重合閘重合總報警呼喚巡檢中斷2024/5/1329RCS-9600系列：“運行”燈為綠色，裝置正常運行時點亮。“報警”燈為黃色，當(dāng)發(fā)生報警時點亮?！疤l”燈為紅色，當(dāng)保護跳閘時點亮，在信號復(fù)歸后熄滅?！昂祥l”燈為紅色，當(dāng)保護合閘時點亮，在信號復(fù)歸后熄滅。“跳位”燈為綠色，當(dāng)開關(guān)在分位時點亮。“合位”燈為紅色，當(dāng)開關(guān)在合位時點亮。2024/5/13呼喚：表示本裝置有報告信息顯示或打印，呼喚運行人員到屏前查看?？偢婢?巡檢出保護CPU插件出錯或本插件硬件損壞時。

告警信號燈亮后，同時切斷相應(yīng)保護插件的24V電源，以防保護誤動。巡檢中斷：高頻、距離、零序三個保護插件在長時間收不到接口插件的巡檢命令時。永跳：瞬時三相跳閘但不重合閘。例如當(dāng)手合至故障線路時，啟動永跳回路。

2024/5/1331800系列裝置異常告警及其處理：運行不亮現(xiàn)象：通訊中斷，無報告打印，但不影響保護運行和出口跳閘原因：接口程序紊亂或丟失；接口板芯片壞；運行燈壞處理：關(guān)斷裝置直流電源；按面板上復(fù)位按鈕；重新寫程序；更換接口板