電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)：繼電保護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)

《電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)》多媒體課件

2024/4/20南陽(yáng)電力技校11、定義：是一種依靠計(jì)算機(jī)智能地實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的工業(yè)控制裝置。繼電保護(hù)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(hào)。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2024/4/202一、微機(jī)保護(hù)基本知識(shí)2、微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成微機(jī)保護(hù)由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。微機(jī)保護(hù)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(jì)算模塊與自檢模塊等組成。硬件部分結(jié)構(gòu)1、信號(hào)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(hù)繼電器。

2、微機(jī)CPU主系統(tǒng)、(完成數(shù)值測(cè)量、計(jì)算、邏輯運(yùn)算及控制，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能，同時(shí)還具有各種遠(yuǎn)方功能）3、人機(jī)接口系統(tǒng)、（通過鍵盤，液晶顯示、打印及信號(hào)燈或語(yǔ)言告警來實(shí)現(xiàn)定值的輸入、工作方式的變更等）4、輸出通道、（啟動(dòng)、閉鎖、跳閘、信號(hào)、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)榻涣鳎侔呀涣髡鳛槲C(jī)系統(tǒng)所需的直流電壓）2024/4/2042、特點(diǎn)（1）維護(hù)調(diào)試方便（2）可靠性好（在線自檢及互檢）（3）動(dòng)作準(zhǔn)確率高（4）易于獲得各種附加功能（故障測(cè)距、錄波、重合閘低周減載，故障類型判別等）（5）保護(hù)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(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化2024/4/206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(qiáng)電系統(tǒng)的直流電源與微機(jī)的弱電系統(tǒng)電源隔離,且逆變后的電源具有極強(qiáng)的抗干擾水平）

±12V，(±15V)供運(yùn)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(hào)、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）2024/4/207二、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(shí)可以做到不失真。在變壓器保護(hù)中有時(shí)用電抗變換器用來變換波形。2024/4/208三、模數(shù)轉(zhuǎn)換插件：完成對(duì)交流輸入插件輸出的模擬量對(duì)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(shí)質(zhì)是將交流電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一串重復(fù)頻率正比于電壓瞬時(shí)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(hào)的積分值具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。VFC的優(yōu)點(diǎn)：（1）電路簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定，線形好、精度高。（2）抗干擾能力強(qiáng)（3）同CPU接口簡(jiǎn)單，可以方便地實(shí)現(xiàn)多CPU共享一套VFC。2024/4/209

電壓形成CPU計(jì)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(shí)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(gè)極短的時(shí)間內(nèi)測(cè)量模擬輸入量在該時(shí)刻的瞬時(shí)值，并在模數(shù)變換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間保持其輸出不變。采樣保持輸出的信號(hào)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(hào)采樣后能夠不失真的還原，采樣頻率必須大于信號(hào)最高頻率兩倍以上（乃奎斯特采樣定理）。2024/4/2011

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(duì)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(duì)硬件速度提出很高的要求，使成本增高，這是不現(xiàn)實(shí)的。目前大多數(shù)微機(jī)保護(hù)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(hào)頻率分量限制在一定頻帶之內(nèi)，即限制輸入信號(hào)的最高頻率，以降低Fs。一方面降低了對(duì)硬件的速度要求，另一方面對(duì)所需的最高頻率信號(hào)的采樣不至于發(fā)生失真。所以在采樣之前用一個(gè)模擬低通濾波器，將Fs/2以上的頻率分量濾去。2024/4/2013四、光耦插件作用：

將外部的開關(guān)量輸入信號(hào)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(diǎn)；跳合閘位置繼電器接點(diǎn)輸入；瓦斯接點(diǎn)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(diǎn)從通信機(jī)房的載波機(jī)接至控制室的保護(hù)屏，或某些情況下從斷路器處引位置接點(diǎn)至保護(hù)屏，這是不宜采用24V光耦，為此本裝置設(shè)置了一個(gè)220V/110V的光耦插件。2024/4/2014開入量輸入回路開出量輸出回路2024/4/2016

繼電器并聯(lián)的二極管起阻尼作用，它在繼電器斷電時(shí)，為在線圈中的工作電流提供一個(gè)低電阻通路，以保護(hù)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)2024/4/2017（1）EPROM：紫外線可擦除的只讀存儲(chǔ)器，用于存放保護(hù)程序。（2）E2PROM：電可擦除可改寫存儲(chǔ)芯片。用于存放保護(hù)定值.（3）RAM：高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yùn)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(shí)序工作。（6）計(jì)數(shù)器：對(duì)脈沖記數(shù)。2024/4/2018CPU系統(tǒng)基本工作過程：

每隔一個(gè)采樣間隔，隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)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(shí)刻的大小。CPU系統(tǒng)中的單片機(jī)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(hù)整定值比較、分析、運(yùn)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(hù)動(dòng)作行為（如跳閘、信號(hào)等）。

2024/4/2019舉例說明

南瑞LFP-900：

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

CPU2（后備）三段式相間距離及接地距離、重合閘

CPU3人機(jī)接口和故障測(cè)距

CPU1高頻距離零序保護(hù)（縱聯(lián)保護(hù)）

CPU2距離保護(hù)許繼CPU3零序保護(hù)

CPU4重合閘

CPU0（MMI）人機(jī)接口2024/4/2020WXH-801：采用帶補(bǔ)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(dú)立跳閘方式；三段式距離保護(hù)；六段式零序電流保護(hù)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(dú)立跳閘方式；三段式距離保護(hù)；六段式零序電流保護(hù)。WXH-803：采用分相電流差動(dòng)保護(hù)作為全線速動(dòng)保護(hù)；三段式距離保護(hù)；六段式零序電流保護(hù)。WXH-811：三段式距離保護(hù)；四段式零序電流（方向）保護(hù)。WXH-812：高頻距離保護(hù)；三段式距離保護(hù)；四段式零序電流（方向）保護(hù)WXH-813：分相電流差動(dòng)；三段式距離保護(hù)；四段式零序電流（方向）保護(hù)WXH-821：三段式電流（方向）保護(hù)；零序電流（方向）保護(hù)；過負(fù)荷保護(hù)；低周減載保護(hù)；低壓減載保護(hù)。2024/4/2021六、人機(jī)對(duì)話插件

電路硬件框圖建立起微機(jī)保護(hù)裝置與使用者之間的信息聯(lián)系，以便對(duì)裝置進(jìn)行人工操作、調(diào)試和得到反饋信息。2024/4/20222024/4/202024/4/202024/4/202024/4/20例如：RCS-900CPU3作用：（1）內(nèi)設(shè)裝置總起動(dòng)元件,動(dòng)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(duì)CPU1、CPU2的通訊，完成裝置的自檢、報(bào)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(jī)界面。許繼800的MMI接口：

1、完成繼電保護(hù)裝置的人機(jī)對(duì)話功能。

2、管理各保護(hù)軟件。

3、處理、顯示和發(fā)送各種報(bào)文。

4、作為監(jiān)控系統(tǒng)的智能終端。2024/4/20272024/4/20七、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(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化的必要條件。2024/4/2028八、信號(hào)插件

OP信號(hào)告警插件南瑞900TA許繼啟動(dòng)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(bào)警呼喚巡檢中斷2024/4/2029RCS-9600系列：“運(yùn)行”燈為綠色，裝置正常運(yùn)行時(shí)點(diǎn)亮?！皥?bào)警”燈為黃色，當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)點(diǎn)亮。“跳閘”燈為紅色，當(dāng)保護(hù)跳閘時(shí)點(diǎn)亮，在信號(hào)復(fù)歸后熄滅?！昂祥l”燈為紅色，當(dāng)保護(hù)合閘時(shí)點(diǎn)亮，在信號(hào)復(fù)歸后熄滅?！疤弧睙魹榫G色，當(dāng)開關(guān)在分位時(shí)點(diǎn)亮?！昂衔弧睙魹榧t色，當(dāng)開關(guān)在合位時(shí)點(diǎn)亮。2024/4/20呼喚：表示本裝置有報(bào)告信息顯示或打印，呼喚運(yùn)行人員到屏前查看。總告警:巡檢出保護(hù)CPU插件出錯(cuò)或本插件硬件損壞時(shí)。

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

2024/4/2031800系列裝置異常告警及其處理：運(yùn)行不亮現(xiàn)象：通訊中斷，無報(bào)告打印，但不影響保護(hù)運(yùn)行和出口跳閘原因：接口程序紊亂或丟失；接口板芯片壞；運(yùn)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