電力RTU基礎(chǔ)知識

電力遠程終端控制系統(tǒng)RTU基礎(chǔ)知識

知識點1.RTU英文全稱RemoteTerminalUnit,中文全稱為遠程終端控制系統(tǒng)。

RTU（RemoteTerminalUnit）是一種遠端測控單元裝置.，負責(zé)對現(xiàn)場信號、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)

測和控制。與常用的可編程控制器PLC相比，RTU通常要具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲

容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計算功能。正是由于RTU完善的功能，

使得RTU產(chǎn)品在SCADA系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。

RTU具有的特點是：

1、通訊距離較長

2、用于各種環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場

3、模塊結(jié)構(gòu)化設(shè)計，便于擴展

4、在具有遙信、遙測、遙控領(lǐng)域的水利，電力調(diào)度，市政調(diào)度等行業(yè)廣泛使用。

遠程終端設(shè)備（RTU）是安裝在遠程現(xiàn)場的電子設(shè)備，用來監(jiān)視和測量安裝在遠程現(xiàn)場的傳

感器和設(shè)備。RTU將測得的狀態(tài)或信號轉(zhuǎn)換成可在通信媒體上發(fā)送的數(shù)據(jù)格式。它還將從中

央計算機發(fā)送來得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成命令，實現(xiàn)對設(shè)備的功能控制。

監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集是一個含義較廣的術(shù)語，應(yīng)用于可對安裝在遠距離場地的設(shè)備進行中央

控制和監(jiān)視的系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)可以設(shè)計滿足各種應(yīng)用（水、電、氣、報警、通信、保安等

等），并滿足顧客要求的設(shè)計指標(biāo)和操作概念。SCADA系統(tǒng)可以簡單到只需通過一對導(dǎo)線連

在遠端的一個開關(guān)，也可復(fù)雜到一個計算機網(wǎng)絡(luò)，它由許多無線遠程終端設(shè)備（RTU）組成

并與安裝在中控室的功能強大的微機通信。SCADA系統(tǒng)的遠程終端設(shè)備可以用各種不同的硬

件和軟件來實現(xiàn)。這取決于被控現(xiàn)場的性質(zhì)、系統(tǒng)的復(fù)雜性、對數(shù)據(jù)通信的要求、實時報警

報告、模擬信號測量精度、狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備的調(diào)節(jié)控制和開關(guān)控制。

變電站是電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，它的安全可靠運行是電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的根本保

證。當(dāng)前變電站正以分項自動化向著綜合自動化方向發(fā)展，綜合自動化的近期目標(biāo)是把變電

站的保護、測量、監(jiān)控、遠動等融為一體，取得數(shù)據(jù)共享，資源共享，大幅度提高自動化的

功效。

對于電力系統(tǒng)，為了進行現(xiàn)代化管理，往往實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化，雖然省、地、縣各級調(diào)度

有不同的職能和責(zé)任，但其組成基本相同，一般是由主站和遠動終端（RTU）組成。遠動終

端就是電網(wǎng)監(jiān)視和控制系統(tǒng)中安裝在發(fā)電廠或變電站的一種遠動裝置，它負責(zé)采集所在發(fā)電

廠或變電站電力運行狀態(tài)的模擬量和狀態(tài)量，監(jiān)視并向調(diào)度中心傳送這些模擬量和狀態(tài)量,

執(zhí)行調(diào)度中心發(fā)往所在發(fā)電廠或變電站的控制和調(diào)度命令。然而，隨著煤礦現(xiàn)代化管理的飛

速發(fā)展，實施煤礦安全生產(chǎn)微機監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)已是大勢所趨，該系統(tǒng)通過設(shè)置在礦調(diào)度室的

主計算機能實時地監(jiān)視煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境安全參數(shù)和全礦重要機電設(shè)備的工況，從而對各生

產(chǎn)環(huán)節(jié)進行控制和調(diào)節(jié)，使生產(chǎn)的指揮管理和控制融為一體，成為礦井生產(chǎn)的中樞。

由于礦調(diào)度室遠離生產(chǎn)現(xiàn)場，因此，礦井上下需要設(shè)置多個遠動分站。毋庸置疑，煤礦變電

站是企業(yè)生產(chǎn)的核心和動力源泉，它關(guān)系著安全生產(chǎn)和人體安危。變電站的安全管理也是煤

礦監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。通常變電站與煤礦生產(chǎn)調(diào)度中心往往相距較遠，必須采用遠動

技術(shù)，在變電站設(shè)置遠動終端即RTU,與調(diào)度中心計算機通過信道相連接，RTU與調(diào)度中心

之間通過遠距離信息傳輸完成RTU的遠方監(jiān)控功能。RTU與主站配合可以實現(xiàn)三遙功能，即:

遙測、遙信、遙控。

RTU的主要功能

(1)采集狀態(tài)量并向遠方發(fā)送，帶有光電隔離，遙信變位優(yōu)先傳送；

(2)采集數(shù)據(jù)量并向遠方發(fā)送，帶有光電隔離；

(3)直接采集系統(tǒng)工頻電量，實現(xiàn)對電壓、電流、有功、無功的測量并向遠方發(fā)送，可計算

正反向電度；(4)采集脈沖電度量并向遠方發(fā)送，帶有光電隔離；

(5)接收并執(zhí)行遙控及返校；

(6)程序自恢復(fù);

(7)設(shè)備自診斷(故障診斷到插件級)；

⑻設(shè)備自調(diào)；

(9)通道監(jiān)視；

(10)接收并執(zhí)行遙調(diào)；

(11)接收并執(zhí)行校時命令(包括GPS對時功能選配)；

(12)與兩個及兩個以上的主站通訊；

(13)采集事件順序記錄并向遠方發(fā)送；

(14)提供多個數(shù)字接口及多個模擬接口；

(15)可對每個接口特性進行遠方/當(dāng)?shù)卦O(shè)置；

(16)提供若干種通信規(guī)約，每個接口可以根據(jù)遠方/當(dāng)?shù)卦O(shè)置傳輸不同規(guī)約的數(shù)據(jù)；

(17)接受遠方命令,選擇發(fā)送各類信息；

(18)可轉(zhuǎn)發(fā)多個子站遠動信息；

(19)當(dāng)?shù)仫@示功能，當(dāng)?shù)亟涌谟懈綦x器；

(20)支持與擴頻、微波、衛(wèi)星、教波等設(shè)備的通訊；

(21)選配及多規(guī)約同時運行，如DL451-91CDT規(guī)約，同進應(yīng)支持POLLING規(guī)約和其他國際

標(biāo)準規(guī)約(如DNP3.0,SC1801、101規(guī)約)；

(22)可通過電信網(wǎng)和電力系統(tǒng)通道進行遠方設(shè)置。

RTU產(chǎn)品目前與無線設(shè)備，工業(yè)TCP/IP產(chǎn)品結(jié)合使用，正在發(fā)揮越來越大的作用。

知識點2.四遙功能由遠動系統(tǒng)終端RTU實現(xiàn)，它包括：

1.遙測(遙測信息):遠程測量，采集并傳送運行參數(shù)，包括各種電氣量和負荷潮流等。遙測

信息是RTU采集到的電力系統(tǒng)運行的實時參數(shù)，如發(fā)電機出力，母線電壓，系統(tǒng)中的潮流,

有功負荷和無功負荷，線路電流，電度量等測量量信息。

2.遙信(遙信信息)：遠程信號,采集并傳送各種保護和開關(guān)量信息.遙信信息是RTU采集到的

電力系統(tǒng)繼電保護的動作信息,斷路圈的狀態(tài)信息，告警信號等狀態(tài)量信息。

3.遙控(遙控信息)：遠程控制，接受并執(zhí)行遙控命令，主要是分合閘.遙控信息是指從電力系

統(tǒng)調(diào)度控制中心發(fā)出的對斷路器執(zhí)行分合閘操作的狀態(tài)量信息。

4.遙調(diào)（遙調(diào)信息）:遠程調(diào)節(jié)，接受并執(zhí)行遙調(diào)命令，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出功率.遙調(diào)信息是指從

電力系統(tǒng)調(diào)度控制中心發(fā)出的對發(fā)電機有功和無功出力進行調(diào)整的測量量信息。

知識點3.定值定值一般指為完成具體保護功能根據(jù)整定計算結(jié)果設(shè)定/修改的數(shù)據(jù)值，如

速斷電流的大小，延遲時間等。對于多CPU保護，一般每個CPU都有自己的定值，而且每

個CPU同時有多套定值（即，多個定值區(qū)），根據(jù)需要選擇某套定值作為當(dāng)前運行定值！

定值一般有召喚，下傳，切換，固化等幾種操作。定值按照“召喚一下傳（如需要）一固

化（如需要）一切換（如需要）”過程進行，后三個過程視需要而定。

知識點4.錄波錄波是故障錄波，進行故障分析用的?？梢园压收蠁忧埃瑔雍?，返回前，

返回后的波形錄出來，進行故障分析保護自身帶的故障錄波是加在主程序里面的。做的好

的廠家，可以根據(jù)錄波的數(shù)據(jù)還原故障曲線動作軌跡。比如說差動保護，是怎么樣進入動作

區(qū)的，都有很好的描述。

還有一種方式是故障錄波器是采用上下位機，通過工控機來實現(xiàn)。下位機采集卡。ETX等

最新的方式，就是采用嵌入式方式，將上下位機（采集+分析）合二為一。采集和分析都是

通過DSP來實現(xiàn)的。如許繼的WGL-800.WGL-800故障錄波分析裝置用于記錄當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)

生各種故障如短路、振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰時，各種參量如電流、電壓、頻率等及其導(dǎo)

出量如有功功率、無功功率等電氣量、以及相關(guān)非電量變化的全過程。

故障錄波屏是對電力系統(tǒng)運行狀況進行監(jiān)控的一種自動化設(shè)備。系統(tǒng)王常運行時，錄波裝置

不啟動錄波，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過啟動裝置迅速啟動錄波器錄波，直接記錄反映故障裝

置安裝處系統(tǒng)故障的電氣量。

知識點5.SOESOE記錄即事件順序記錄，當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生遙信變位如開關(guān)變位時，電力保

護設(shè)備或智能電力儀表會自動記錄下變位時間、變位原因、開關(guān)跳閘時相應(yīng)的遙測量值（如

相應(yīng)的三相電流、有功功率等），形成SOE記錄，以便于事后分析。許多繼電保護設(shè)備以及

智能電力儀表，如GE電力、施奈德電氣、ABB、西門子等廠家的電力保護儀表、專用電力

RTU設(shè)備等等均有SOE記錄功能。與遙信是有區(qū)別的：：遙信：要求采用無源接點方式，即某

一路遙信量的輸入應(yīng)是一對繼電巖的觸點,或者是閉合,或者是斷開。通過遙信端子板將繼電

器觸點的閉合或斷開轉(zhuǎn)換成為低電平或高電平信號送入RTU的YX模塊。遙信功能通常用于

測量下列信號，開關(guān)的位置信號、變壓器內(nèi)部故障綜合信號、保護裝置的動作信號、通信設(shè)

備運行狀況信號、調(diào)壓變壓器抽頭位置信號。自動調(diào)節(jié)裝置的運行狀態(tài)信號和其它可提供繼

電器方式輸出的信號;事故總信號及裝置主電源停電信號等。

知識點6.平衡傳輸/非平衡傳輸：SCADA系統(tǒng)采用非平衡模式傳輸就是說控制站（主站）通過

不斷杳詢被控站（子站）來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換.這種通信模式被廣泛采用，特別是在多點共線的模

式下必須采用非平衡模式！而平衡模式就意味著子站也能主動發(fā)起談話.

知識點7.總召喚,通常在主站完成初始化后,主站必須獲得現(xiàn)場設(shè)備的所有狀態(tài)量和所有的

模擬量數(shù)據(jù).所以主站就必須發(fā)出一個總召喚命令.在平時,如果一個通信鏈路故障后又恢復(fù),

則控制站需要發(fā)送總召喚命令.還有,當(dāng)主站發(fā)現(xiàn)子站發(fā)生事件隊列溢出，也可通過總召喚命

令獲得該溢出隊列中的所有事件信息！

8.架空線路的結(jié)構(gòu)組成

架空線路由導(dǎo)線，避雷線（架空地線），絕緣子，金具，桿塔等主部件組成。

9.架空線路換位的目的

消除由于位置原因引起的不對稱電抗，從而消除產(chǎn)生的電流畸變。

10.分裂導(dǎo)線的優(yōu)點

增大導(dǎo)線的有效半徑，減少導(dǎo)線的電暈損耗，減少導(dǎo)線的電抗

11.導(dǎo)納陣的特點

稀疏矩陣，對稱矩陣

12.潮流計算的目的、在潮流的計算機算法中，節(jié)點的劃分。

潮流計算的目的：

電力系統(tǒng)規(guī)劃中用于選擇系統(tǒng)的接線方式、選擇電氣設(shè)備及導(dǎo)線的截面；在電力系統(tǒng)的運行

中，用于確定運行方式和合理的供電方案，確定電壓調(diào)整措施等；提供繼電保護、自動裝置

的設(shè)計與整定依據(jù)。

節(jié)點的劃分：

PQ節(jié)點,PV節(jié)點，平衡節(jié)點

13.電壓降落、電壓損耗、電壓偏移的定義

電壓降落：

電力網(wǎng)中任意兩點電壓的相量差。

電壓損耗：

電力網(wǎng)任意兩點電壓有效值之差，近似等于電壓降落的縱分量。

電壓偏移：

網(wǎng)絡(luò)中某點的實際電壓有效值與相應(yīng)線路標(biāo)稱電壓的差值稱之為該點的電壓偏移。

14.斷路器的作用、種類、斷路器和隔離開關(guān)的區(qū)別、倒閘操作時應(yīng)遵循的操作原則。

斷路器的作用：

斷開或接通電路中的正常工作電流及故障電流。

斷路器的種類：

多油/少油斷路器一一利用絕緣油作為滅弧介質(zhì)

壓縮空氣斷路器一一利用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)

SF6斷路器一一利用SF6作為滅弧介質(zhì)

真空斷路器一一利用真空作為滅弧介質(zhì)

斷路器和隔離開關(guān)的區(qū)別：

斷路器具有完善滅弧裝置，在有電流的情況下切斷電路：而隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，是在有

電壓無電流的情況下進行分合閘操作的。

倒閘操作時應(yīng)遵循的操作原則：

分開線路時，首先斷開斷路器，然后斷開相應(yīng)的隔離開關(guān)；合閘操作時，首先合上隔離開關(guān),

然后合上相應(yīng)的斷路器。

15.電力系統(tǒng)的備用容量。

電力系統(tǒng)的備用容量是指可用發(fā)電出力的后備補充力量，能夠隨時調(diào)整投入運行。

根據(jù)滿足的需求不同分為以下幾種：負荷備用，事故備用，檢修備用，國民經(jīng)濟備用

16.電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻與二次調(diào)頻。

一次調(diào)頻：

由發(fā)電機組的調(diào)速器（所有發(fā)電機組均裝有調(diào)速器，所以除已滿載的機組外，每臺機組均參

加頻率的一次調(diào)整）來完成，按發(fā)電機組調(diào)速器的靜態(tài)頻率特性自動完成。

二次調(diào)頻：

由發(fā)電機組的調(diào)頻器完成，使發(fā)電機組的靜態(tài)特性平行上移，以保證頻率偏差在允許范圍內(nèi)。

由主調(diào)頻廠和輔助調(diào)頻廠來完成。

17.等微增率準則。

按各機組微增率相等的原則分配發(fā)電機發(fā)電功率，能源消耗就最小，稱為等微增率準則。

18.電力系統(tǒng)中樞點電壓的調(diào)節(jié)方式：逆調(diào)壓，恒調(diào)壓，順調(diào)壓

19.電力系統(tǒng)的無功電源、電壓調(diào)整的措施

無功電源：發(fā)電機、同步調(diào)相機、靜止無功補償器、靜電電容器

電壓調(diào)整的措施：

改變發(fā)電機的勵磁調(diào)壓；改變變壓器變比：改變電力網(wǎng)的無功功率分布；改變輸電線路參數(shù)。

但是，需要注意的是，在無功不足的系統(tǒng)中，不能用改變變壓器變比的辦法來改善用戶的電

壓質(zhì)量，否則會顧此失彼，不能從根本上解決全系統(tǒng)的調(diào)壓問題。

20.暫態(tài)穩(wěn)定的概念、提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施

暫態(tài)穩(wěn)定的定義：電力系統(tǒng)受到大的干擾后，經(jīng)過暫態(tài)過程，達到新的（或恢復(fù)到原來的）

穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。

提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施：故障的快速切除和自動重合閘裝置的應(yīng)用；發(fā)電機采用快速強行勵磁

裝置；采用電氣制動；

變壓器中性點經(jīng)小電阻接地；通過快關(guān)和切機減小原動機山力；高壓互流（HVDC）輸電聯(lián)絡(luò)

線的控制。

21.等面積定則

加速面積等于減速面積，即轉(zhuǎn)子在減速過程中動能的減少正好等于加速過程中動能的增加。

22.電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定、提高靜態(tài)穩(wěn)定的措施

靜態(tài)穩(wěn)定的定義：

發(fā)電機組在遭受微小干擾后能自動恢復(fù)到原來運行狀態(tài)（或相近狀態(tài)）的能力。

提高靜態(tài)穩(wěn)定的措施：

采用自動勵磁調(diào)節(jié)裝置；采用分裂導(dǎo)線；提高線路的額定電壓等級：改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減小電

氣距離；采用串聯(lián)補償設(shè)備；采用并聯(lián)補償設(shè)備。

繼電保護知識

一.基本概念

1,起動電流.：對反應(yīng)于電流升高而動作的電流速斷保護而言，能便該保護裝皆起動的最小

電流值稱為保護裝置的起動電流。

2,返回電流：繼電器動作后能夠返回的條件是：MdcvMth-Mm,對應(yīng)于這一電磁轉(zhuǎn)矩、能

使繼電器返回原位的最大電流值稱為繼電器的返回電流。

3,繼電特性：無論起動和返回，繼電器的動作都是明確干脆的，它刀可能停留在某一個中

間位置，這種特性我們稱之為''繼電特性〃。

4.系統(tǒng)最大運行方式：對每一套保護裝置來講，通過該保護裝置的短路電流為最大的

方式，稱之為系統(tǒng)最大運行方式。

5,系統(tǒng)最小運行方式：對每一套保護裝置來講，通過該保護裝置的短路電流為最小的

方式，稱之為系統(tǒng)最小運行方式。

6,電壓死區(qū)：功率方向繼電器當(dāng)其正方向出口附近發(fā)生二相短路、A-B或A-C兩相接地短

路，以及A相接地短路時，由于Ua約等于0或數(shù)值很小，使繼電器不能動作，這稱為繼電

器的''電壓死區(qū)〃。

二、基本原理：

L電流速斷保護：僅反應(yīng)于電流增大而瞬時動作

b.整定原則：根據(jù)電力系統(tǒng)短路的分析，當(dāng)電源電勢一定時，短路電流的大小取決于短路點

和電源之間的總阻抗Z,三相短路電流可表示為：L=E/Z=E/Zs+Zd

式中E——系統(tǒng)等效電源的相電勢

Zd一一短路點至保護安裝處之間的阻抗

乙一一保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗

在一定的系統(tǒng)運行方式下，E和Zs等于常數(shù)，此時L將隨Zd的增大而減小，如圖2-5所示。

當(dāng)系統(tǒng)運行方式及故障類型改變時，L都將隨之改變。對不同安裝地點的保護裝置，應(yīng)根據(jù)

網(wǎng)絡(luò)接線的實際情況選取其最大和最小運行方式。

在最大運行方式下三相短路時，通過保護裝置的短路電流為最大，而在最小運行方式下兩相

短路時，則短路電流為最小。這兩種情況下短路電流的變化如圖2-5中的曲線1和曲線2

所示。

為了保證電流速斷保護動作的選擇性，對保護1來講，其起動電流1加”必須整定得大于d4

點短路時，可能出現(xiàn)的最大短路電流，即在最大運行方式下變電所C母線上三相短路時的電

流Id.C",亦即

Ida.1>Id.c.nix

引入可*系數(shù)&=1.2-1.3,則上式即可寫為

IdzJ=Kk*Id.c.nex(2-11)

對保護2來講，按照同樣的原則，其起動電流應(yīng)整定得大于d2點短路時的最大短路電流

Id.b.nax>即

起動電流與Zd無關(guān)，所以在圖2-5上是直線，它與曲線I和曲線II各有一個交點。在交點

以前短路時，由于短路電流大于起動電流，保護裝置都能動作。而在交點以后短路時，由于

短路電流小于起動電流，保護將不能起動，由此可見，有選擇性的電流速斷保護不可能保護

線路的全長。

因此，速斷保護對被保護線路內(nèi)部故障的反應(yīng)能力（即靈敏性），只能用保護范圍的大小來

衡量，此保護范圍通常用線路全長的百分數(shù)來表示。由圖2-5可見,當(dāng)系統(tǒng)為最大運行方式

時，電流速斷的保護范圍為最大，當(dāng)出現(xiàn)其他運行方式或兩相短路時，速斷的保護范圍都要

減小，而當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路時，電流速斷的保護范圍為最小。一般情況

下，應(yīng)按這種運行方式和故障類型來校驗其保護范圍。

c.優(yōu)缺點：優(yōu)點是簡單可*,動作迅速；缺點是不可能保護線路的全長，并且保護范

圍直接受系統(tǒng)運行方式變化的影響。

*應(yīng)用中間繼電器的原因：一是因為電流繼電器的觸點容量比較小，不能直接接通跳閘

線圈，故先起動中間繼電器，然后再由中間繼電器的觸點去跳閘；二是因為中間繼電器

可增大保護裝置的固有動作時間，可防止線路上管型避雷器放電時引起速斷保護誤動作。

2.限時電流速斷保護：用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時也能作為速斷

的后備保護。

b.整定原則：設(shè)保護1裝有電流速斷，其起動電流按（2-11）式計算后為1擊」,它與短路電

流變化曲線的交點M即為保護1電流速斷的保護范圍。當(dāng)在此點發(fā)生短路時，短路電流即為

UB速斷保護剛好動作。根據(jù)以上分析，保護2的限時電流速斷不應(yīng)超過保護1電流速斷

的范圍，因此在單側(cè)電源供電的情況下，它的起動電流就應(yīng)該整定為

I''<fc.2>Idz.1

上式中不可取等號，因為保護1和保護2的安裝地點不同,使用的電流互感器和繼電器不同,

故它們之間的特性很難完全一樣，會導(dǎo)致其中之一誤動作。引入可*系數(shù)Kk,則得1丸2=此

*Idz.1

其中Kk一般取為LIT.2o

從以上分析中已經(jīng)得出，限時速斷的動作時限t2,應(yīng)選擇得比下一條線路速斷保護的動作時

限tl高出一個時間階段，即

現(xiàn)以線路A-B上發(fā)生故障時，保護1和保護2的配合關(guān)系為例，說明確定的原則如下：1）

應(yīng)包括故障線路DL的跳閘時間，因為在這一段時間里，故障并未消除，因此保護2在故障

電流的作用下仍處于起動狀態(tài)。

2）應(yīng)包括故障線路保護1中時間繼電器的實際動作時間比整定值要大才能動作。

3）應(yīng)包括保護2中時間繼電器可能比預(yù)定時間提早動作閉合它的觸點。

4）如果保護2中的測量元件（電流繼電器）在外部故障切除后，由于的影響而不能立即返

回時，則中還應(yīng)包括測量元件延遲返回的慣性時間。

5）考慮一定的裕度，再增加一個裕度時間ty,就得到t2〃和tl〃之間的關(guān)系為

或=++++

對于通常采用的斷路器和間接作用的二次式繼電器而言，位于0.35-0.6之間，通常多取為

0.5s。

c.優(yōu)缺點：

*應(yīng)用時間繼電器的原因：采用了時間繼電器，則當(dāng)電流繼電器動作后還必須經(jīng)過一

段延時t2才能動作與跳閘，而如果在以前故障已經(jīng)切除，則電流繼電器立即返回，整個保

護隨即恢復(fù)原狀，而不會誤動作。

3,定時限過電流保護：其起動電流按照躲開最大負荷電流來整定，正常時不應(yīng)該起動

而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應(yīng)于電流的增大而動作，在一般情況下，它不僅能夠保護本

線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長，以起到后備保護的作用。

a.工作原理及整定原則：見圖2-14

為保證在正常運行情況下過電流保護絕不動作，顯然保護裝置的起動電流必須整定得大于該

線路上可能

出現(xiàn)的最大負荷電流If.max。然而，在實際上確定保護裝置的起動電流時，還必須考慮在

外部故障切除后，保護裝置是否能夠返回的問題。

在故障切除后電壓恢復(fù)時，電動機要有一個自起動的過程。電動機的自起動電流要大于它正

常工作的電流，因此，引入一個自起動系數(shù)Kzq來表示自起動時最大電流Izq.max與正常運

行時最大負荷電流If.max之比，即

Izq.max=Kzq*If.max

保護4和5在這個電流的作用下必須立即返回。為此應(yīng)使保護裝置的返回電流Ih大于

Izq.max0引入可*系數(shù)Kk,則

Ih=Kk*lzq.max=Kk*Kzq*lf.max

由于保護裝置的起動與返回是通過電流繼電器來實現(xiàn)的。因此，繼電器返回電流與起動電流

之間的關(guān)系也就代表著保護裝置返回電流與取得道路之間的關(guān)系。引入繼電器的返回系數(shù)

Kh,則保護裝置的起動電流即為

Idz=Ih/Kh=Kk*Kzq*If.max/Kh

式中Kk----可*系數(shù)，一般采用1.15-1.25；

Kzq自起動系數(shù)，數(shù)值大于1,應(yīng)由網(wǎng)絡(luò)具體接線和負荷性質(zhì)確定；

Kh——電流繼電器的返回系數(shù)，一般采用0.85.

由這一關(guān)系可見，當(dāng)Kh越小時，則保護裝置的起動電流越大，因而其靈敏性就越差。這是

不利的。這就是為什么要求過電流繼電器應(yīng)有較高的返回系數(shù)的原因。

b.靈敏性的校驗：參見式2-18。當(dāng)過電流保護作為本線路的主保護時，應(yīng)采用最小運行方

式下本線路末端兩相短路時的電流進行校驗，要求當(dāng)作為相鄰線路的后備保

護時，則應(yīng)采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流進行校驗，此時要求

klm>1.2.

此外，在各個過電流保護之間，還必須要求靈敏系數(shù)相互配合，即對同一故障點而言，要求

越*近故障點的保護應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)。

在后備保護之間，只有當(dāng)靈敏系數(shù)和動作時限都相互配合時，才能切實保證動作的選擇性。

這一點在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的保護中，尤其應(yīng)該注意。

c.缺陷：當(dāng)故障越*近電源端時,短路電流越大，此時過電流保護動作切除故障的時限反

而越長，所以過電流保護較少用來作主保護。

4,階段性電流保護總體評價：

電流速斷、限時電流速斷和過電流保護都是反應(yīng)于電流升高而動作的保護裝置。它們

之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來選擇起動電流，即速斷是按照躲開某一點的最大短路

電流來整定，限時速斷是按照躲開前方各相鄰元件電流速斷保護的動作電流而整定。而過電

流保護則是按照躲開最大負荷電流來整定。

由于電流速斷不能保護線路全長，限時電流速斷又不能作為相鄰元件的后備保護，因此，為

保證迅速而有選擇性地切除故障，常常將電流速斷、限時電流速斷和過電流保護組合在一起,

構(gòu)成階段式電流保護。具體應(yīng)用時，可以只采用速斷加過電流保護，或限時速斷加過電流保

護，也可以三者同時采用。

使用I段、II段或III段組成的階段式電流保護，其最主要的優(yōu)點就是簡單、可以并且在

一般情況下也能夠滿足快速切除故障的要求。因此在電網(wǎng)中特別是在35kv及以下的較低電

壓的網(wǎng)絡(luò)中獲得了廣泛的應(yīng)用。保護的缺點是它直接受電網(wǎng)的接線以及電力系統(tǒng)運行方式變

化的影響，例如整定值必須按系統(tǒng)最大運行方式來選擇，而靈敏性則必須用系統(tǒng)最小運行方

式來校驗，這就使它往往不能滿足靈敏系數(shù)或保護范圍的要求。

四、基本接線方式：

電流保護的接線方式，即指保護中電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。對

相間短路的電流保護，目前廣泛應(yīng)用的是三相星形接線和兩相星形接線。（一）三相星形接

線如圖2”所示,是將三個電流互感器與三個電流圖24

繼電器分別按相連接在一起，互感器和繼電器均接成星形，在中線上流回的電流為Ia+Ib+Ic,

正常時此電流為零，在發(fā)生接地短路時則為三倍零序電流3Io。三個繼電器的觸點是并聯(lián)接

線的，相當(dāng)于"或''回路當(dāng)其中任觸點閉合后均可動作與跳閘或起動時間繼電器等。由于在

每相上均有電流繼電器，因此，它可以反應(yīng)各種相間短路和中性點直接接地電網(wǎng)中的單相接

地短路。

（二）兩相星形接線如圖2?2所示,用裝設(shè)在A、C相上的兩個電流互感器與兩個電流繼電器

分別按相連接在一起，它和三相星形接線的主要區(qū)別在于B相上不裝設(shè)電流互感器和相應(yīng)

的繼電器，因此，它不能反應(yīng)B相中所流過的電流。在這種接線中，中線上流回的電流是

IA+IO當(dāng)采用以上兩種接線方式時，流入繼電器的電流IJ就是互感器的二次電流L，設(shè)電

流互感器的變比為川=1力2，則1尸【2=山川，。因此，當(dāng)保護裝置的起動電流整定為IDZ時，

則反映到繼電器上的起動電流即應(yīng)為：[DZJ=lDz/ni.

（三）兩種接線方式的經(jīng)濟性比較：三相星形接線需要三個電流互感器、三個電流繼電器和四

根二次電纜，相對來講是復(fù)雜和不經(jīng)濟的。具體使用情況如下：三相星形接線廣泛應(yīng)用于發(fā)

電機、變壓器等大型貴重電力設(shè)備的保護中，因為它能提高保護動作的可*性和靈敏性。此

外，它也可用于中性點直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路和單相接地短路的保護。然而，實際

應(yīng)用中為達上述目的而采用三相星形接線方式的并不多。由于兩相星形接線較為簡單經(jīng)濟,

因此在中性點直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中，都是廣泛地采用它作為相間短路的保護，

此外在分布很廣的中性點非直接接地電網(wǎng)中，兩點接地短路發(fā)生在圖2]所示線路上的可能

性要比圖22的可能性大得多。，采用兩相星形就可以保證有2/3的機會只切除一條線路，

這一點比之用三相星形接線是有優(yōu)越性的。當(dāng)電網(wǎng)中的電流保護采用兩相星形接線方式時，

應(yīng)在所有的線路上將保護裝置安裝在相同的兩相上，以保證在不同線路上發(fā)生兩點及多點接

地時，能切除故障。

電力變壓器的繼電保護

一、基本概念1,勵磁涌流：當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時，則可能出現(xiàn)

數(shù)值很大的勵磁電流，即為勵磁涌流。這是因為在穩(wěn)態(tài)工作情況下，如圖很2（a）所示。

鐵心中的磁通不能突變，因此，將出現(xiàn)一個非周期分量的磁通，其幅值為+中m。這樣在經(jīng)

過半個周期以后，鐵心之中的磁通達到2中m,如圖6?2（b）。其數(shù)值最大可達額定電流的

6—8倍，如圖6-2（c）所示。請看勵磁電流動態(tài)演示圖2,最小起動電流：如圖6-1所示,

當(dāng)中沒有電流時，為使差動繼電器起動，需在工作線圈中加入一個電流，由此電流產(chǎn)生的

磁通在中感應(yīng)一定的電勢，它剛好能使執(zhí)行元件動作，此電流稱作繼電器的最小起動電流。

二、保護類型L故障類型及不正常運行狀態(tài)a.變壓器的內(nèi)部故障可分為油箱內(nèi)和油箱外故

障兩種：油箱內(nèi)故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心的燒損，油箱外的

故障主要是套管和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路。（上述接地短路均系對中性點直接接

地電力網(wǎng)的一側(cè)而言）b.變壓器的不正常運行狀態(tài)主要有：由于變后器外部相間短路引起

的過電流和外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓；由于負荷超過額定容量引起的過負

荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。

2.相應(yīng)保護類型a.瓦斯保護：針對變壓器油箱內(nèi)的各種故障以及油面的降低而裝設(shè)，反應(yīng)

于油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動作。其中輕瓦斯保護動作與信號，重瓦斯保護動作于跳

開變壓器各電源側(cè)的短路器。應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護的變壓器容量界限是：800kVA及以上的油浸

式變壓器河400kVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器。

b.縱差動保護：（1）基本接線如圖@之，由圖可知，要實現(xiàn)變壓器的縱差動保護就適當(dāng)?shù)剡x

擇兩側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比。（2）保護特點：需要躲開流過差動

回路中的不平衡電流。不平衡電流產(chǎn)生的原因和消除方法詳見表比1。（3）差動繼電器類型：

帶有速飽和變流器的差動繼電器及具有比率制動和二次諧波制動的差動繼電器。

c.電流和電壓保護：根據(jù)變壓器容量和系統(tǒng)短路電流水平的不同，實現(xiàn)保護的方式有：過

電流保護、低電壓起動的過電流保護、復(fù)合電壓起動的過電流保護以及負序過電流保護等。

d.零序保護：對中性點直接接地電力網(wǎng)內(nèi)，由外部接地短路引起過電流時，如變壓器中性

點接地運行則應(yīng)裝設(shè)零序電流保護，當(dāng)有選擇性要求時應(yīng)增設(shè)零序方向元件。

e.過負荷保護：對400KVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備

用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負荷的情況裝設(shè)過負荷保護。

f.過勵磁保護：高壓側(cè)電壓為500KVA及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變

壓器勵磁電流的升高，應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護。

母線保護

一.裝設(shè)母線保護的基本原則發(fā)電廠和變電所的母線是電力系統(tǒng)中的一個重要組成元件，

當(dāng)母線上發(fā)生故障時，將使連接在故障母線上的所有元件在修復(fù)故障故障母線期間，或轉(zhuǎn)換

到另一組無故障的母線上運行以前被迫停電。此外，在電力系統(tǒng)中樞組變電所的母線上故障

時，還可能引起系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，造成嚴重的后果。一般說來，不采用專門的母線保護，而

利用供電元件的保護裝置就可以把母線故障切除。當(dāng)雙母線同時運行或母線分段單母線時，

供電元件的保護裝置則不能保證有選擇性地切除故障母線，因此應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護,具

體情況如下：1）在110KV及以上的雙母線和分段單母線上，為保證有選擇性地切除任一組

（或段）母線上所發(fā)生的故障，而另一組（或段）無故障的母線仍能繼續(xù)進行，應(yīng)裝設(shè)專fJ

的母線保護。2）110KV及以上的單母線，重要發(fā)電廠的35KV母線或高壓側(cè)為110KV及以

上的重要降壓變電所的35KV母線，按照裝設(shè)全線速動保護的要求必須快速切除母線上的故

障時，應(yīng)裝設(shè)專用的母線保護。為滿足速動性和選擇性的要求，母線保護都是按差動原理構(gòu)

成的。所以不管母線上元件有多少，實現(xiàn)差動保護的基本原則仍是適用的，即：a）在正常

運行以及母線范圍以外故障時，在母線上所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等，

或表示為I總=0;b）當(dāng)母線上發(fā)生故障時，所有與電源連接元件都向故障點供給短路電流,

而在供電給負荷的連接元件中電流等于零，因此，I總c）如從每個連接元件中電流的

相位來看，則在正常運行以及外部故障時，至少有一個元件中的電流相位和其余元件中的電

流相位是相反的，具體地說，就是電流流入的元件和電流流出的元件這兩者的相位相反。而

當(dāng)母線故障時，除電流等于零的元件以外，其它元件中的電流則是同相位的。

二.完全電流差動母線保護原理接線如圖生生所示，在母線的所有連接元件上裝設(shè)具有相

同變比和特性的電流互感器。因為在一次側(cè)電流總和為零時，母線保護用電流互感器必須具

有相同的變比nl,才能保證二次州的電流總和也為零。所有互感器的二次線圈在母線側(cè)的

端子互相連接，另一端的端子也互相連接，然后接入差動繼電器。這樣，繼電器中的電流

口即為各個二次電流的向量和。在正常運行及外部故障時，流入繼電器的是由于各互感器

的特性不同二引起的不平衡電流兒；而當(dāng)母線上（如圖中d點）故障時，則所有與電源連

接的元件都向d點供給短路電流，于是流入繼電器的電流為L即為故障點的全部短路電流,

此電流足夠使繼電器2動作而起動出口繼電器3,使斷路器1）1,1、DL2和DL3跳閘。差動繼

電器的起動電流應(yīng)按如下條件考慮，并選擇其中較大的一個：1）躲開外部故障時所產(chǎn)生的

最大不平衡電流，當(dāng)所有電流互感器均按10%誤差曲線選擇，且差動繼電器采用具有速飽和

鐵心的繼電器時，起動電流可按下式計算：式中L為可*系數(shù)，取為1.3；If為在母

線范圍外任一連接元件上短路時，流入差動保護電流互感器的最大短路電流；nl為母線保

護用電流互感器的變比。2）由于母線差動保護電流回路中連接的元件較多，接線復(fù)雜，因

此，電流互感器二次回路斷線的機率就比較大，為了防止在正常運行情況下，任一電流互感

器二次回路斷線時，引起保護裝置誤動作，起動電流應(yīng)大于任一連接元件中最大的負荷電流

卜皿，即：尸當(dāng)保護范圍內(nèi)部故障時，應(yīng)采用下式校驗靈敏系數(shù)，其值??般

應(yīng)不低于2K式中Idnin應(yīng)采用實際與中可能出現(xiàn)的連接元件最少時，在母線

上發(fā)生故障的最小短路電流值。這種保護方式適用與單母線或雙母線經(jīng)常只有一組母線運

行的情況。

自動重合閘

基本概念

（1）瞬時性故障：在線路被繼電保護迅速斷開后，電弧即行熄滅，故障點的絕緣強度重新

恢復(fù)，外界物體也被電弧燒掉而消失，此時，如果把斷開的線路斷路器再合上，就能恢復(fù)正

常的供電，因此稱這類故障為“瞬時性故障”。（2）永久性故障：在線路被斷開以后，故

障仍然存在，這時即使再合上電源，由于故障仍然存在，線路還要被繼電保護再次斷開，因

而就不能恢復(fù)正常的供電。此類故障稱為“永久性故障”。

二.基本要求

1,在下列情況下，重合閘不應(yīng)動作：1）由值班人員手動操作或通過遙控裝置將斷路器斷

開時；2）手動投入斷路器，由于線路上有故障，而隨即被繼電保護將其斷開時。因為在這

種情況下，故障是屬于永久性的，它可能是由于檢修質(zhì)量不合格、隱患未消除或者保安的接

地線忘記拆除等原因所產(chǎn)生，因此再重合一次也不可能成功。2,除上述條件外，當(dāng)斷路器

由繼電保護動作或其它原因而跳閘后，重合閘均應(yīng)動作，使斷路器重新合閘。3,為了能

夠滿足第1、2項所提出的要求，應(yīng)優(yōu)先采用由控制開關(guān)的位置與斷路器位置不對應(yīng)的原則

來起動重合閘，即當(dāng)控制開關(guān)在合閘位置而斷路器實際上在斷開位置的情況下，使重合閘起

動，這樣就可以保證不論是任何原因使斷路器跳閘以后，都可以進行一次重合。當(dāng)用手動操

作控制開關(guān)使斷路器跳閘以后，控制開關(guān)與斷路器的位置仍然是對應(yīng)的。因此，重合閘就不

會起動。4,自動重合閘裝置的動作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先的規(guī)定。如一次式重合閘就應(yīng)該只動作

一次，當(dāng)重合于永久性故障而再次跳閘以后，就不應(yīng)該在動作；對二次式重合閘就應(yīng)該能

夠動作兩次，當(dāng)?shù)诙沃睾嫌谟谰眯怨收隙l以后，它不應(yīng)該再動作。5,自動重合閘在

動作以后，一般應(yīng)能自動復(fù)歸，準備好下一次再動作。但對1OKV及以下電壓的線路，如當(dāng)

地有值班人員時，為簡化重合閘的實現(xiàn)，也可采用手動復(fù)歸的方式。采用手動復(fù)歸的缺點

是：當(dāng)重合閘動作后，在值班人員未及時復(fù)歸以前，而又一次發(fā)生故障時，重合閘將拒絕動

作，這在雷雨季節(jié)，雷害活動較多的地方尤其可能發(fā)生。6,自動重合閘裝置應(yīng)有可能在重

合閘以前或重合閘以后加速繼電保護的動作，以便更好地與繼電保護相配合加速故障的切

除。7,在雙側(cè)電源的線路上實現(xiàn)重合閘時，應(yīng)考慮合閘時兩側(cè)電源的同步問題，并滿足所

提出的要求。8,當(dāng)斷路器處于不正常狀態(tài)（如操作機構(gòu)中使用的氣壓、液壓降低等）而不

允許實現(xiàn)重合閘時，應(yīng)將自動重合閘裝置鎖閉。

三.重合閘與繼電保護的配合1,前加速保護：重合閘前加速保護一般乂簡稱為“前加速保

護”。如圖5Tl所示的網(wǎng)絡(luò)接線,假定在每條線路上均裝設(shè)過電流保護，其動作時限按階

梯型原則來配合。因而在*近電源端保護3處的時限就很長。為了能加速故障的切除，可在

保護3處采用前加速的方式，即當(dāng)任何一條線路上發(fā)生故障時，第一次都由保護3瞬時動作

予以切除。如果故障是在線路A-E以外（如d點），則保護3的動作都是無選擇性的。但斷

路器3跳閘后，即起動重合閘重新恢復(fù)供電，從而糾正了上述無選擇性動作。如果此時的故

障是瞬時性的，則在重合閘以后就恢復(fù)了供電。如果故障是永久性的，則由保護1或2切除,

當(dāng)保護2拒動時則保護3第二次就按有選擇性的時限t3動作于跳閘。為了使無選擇性的動

作范圍不擴展的太長，一般規(guī)定當(dāng)變壓器低壓側(cè)短路時，保護3不應(yīng)動作。因此，其起動電

流還應(yīng)按照躲開相鄰變壓器低壓側(cè)的短路（d2）來整定。采用前加速的優(yōu)點是：a.能夠快

速地切除瞬時性故障；b.可能使瞬時性故障來不及發(fā)展成永久性故障，從而提高重合間的

成功率；c.能保證發(fā)電廠和重要變電所的母線0.6-0.7倍額定電壓以上，從而保證廠用電

和重要用戶的電能質(zhì)量；d.使用設(shè)備少，只需裝設(shè)一套重合閘裝置，簡單、經(jīng)濟。采用前

加速的缺點是：a.斷路器工作條件惡劣，動作次數(shù)較多；b.重合于永久性故障上時，故

障切除時間可能較長；c.如果重合閘裝置或斷路器拒絕合閘，則將擴大停電范圍。甚至在

最末一級線路.匕故障時，都會使連接在這條線路上的所有用戶停電。前加速保護主要用于

35KV以下由發(fā)電廠或重要變電所引出的直配線路上，以便快速切除故障，保證母線電壓。

在這些線路上一般只裝設(shè)簡單的電流保護。

2,后加速保護重合閘后加速保護?般又簡稱為“后加速”。所謂后加速就是當(dāng)線路第一次

故障時，保護有選擇性地動作，然后進行重合。如果重合于永久性故障上，則在斷路器合閘

后，再加速保護動作，瞬間切除故障，而與第一次動作是否帶有時限無關(guān)。后加速的配合方

式廣泛應(yīng)用于35KV以上的網(wǎng)絡(luò)及對重要負荷供電的送電線路上。因為在這些線路上一般都

裝有性能比較完善的保護裝置。

后加速保護的優(yōu)點：a.第一次是有選擇性的切除故障，不會擴大停電范圍，特別是在重要

的高壓電網(wǎng)中，一般不允許保護無選擇性的動作而后以重合閘來糾正。b.保證了永久性故

障能瞬間切除，并仍然是有選擇性的c.和前加速相比，使用中不受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負荷條件的

限制，一般說來是有利而無害的。后加速保護的缺點：a.每個斷路器上都需要裝設(shè)一套重

合閘，與前加速相比較為復(fù)雜；b.第一次切除故障可能帶有延時。原理接線圖如5-12,LJ

為過電流繼電器的觸點，當(dāng)線路發(fā)生故障時，它起動時間繼電器SJ,然后經(jīng)整定的時限后

SJ2觸點閉合，起動出口繼電器ZJ而跳閘。當(dāng)重合閘以后，如前分析，JSJ的觸點將閉

合1s的時間，如果重合于永久性故障上，則LJ再次動作，此時即可臼時間繼電器的瞬時常

開觸點SJ1、壓板LP和JSJ的觸點串聯(lián)而立即起動ZJ動作于跳閘，從而實現(xiàn)了重合閘以后

使過電流保護加速的要求。

綜合重合閘在采用單相重合閘