计算机继电保护原理与技术

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机继电保护原理与技术,主讲人：吴春华,电力系统故障及不正常运行状态,电力系统故障：,电力系统中所有的设备在运行过程中都有可能出现故障，其中最严重且常见的就是短路。,短路故障分为：单相短路,两相短路,两相接地短路,三相短路,短路的特点及危害,短路电流大,流过从电源到短路点的所有电器设备，造成设备的热不稳定或动不稳定,电压严重降低，破坏系统的正常供电,严重时可能引起系统振荡，破坏系统的并列运行,不正常运行状态：,定义：电力系统的电压、电流、频率、电器设备的温度等偏离规定的允许值的运行状态，称为不正常运行状态。长期的不正常运行状态将导致电力系统故障。,分类：,过电流；,电压偏移；,频率偏移；,温度升高。,继电保护的任务,继电保护的任务就是能够自动的、快速的、有选择性的将故障设备通过断路器从电力系统中切除，使得非故障部分继续运行。,对不正常运行状态发出相应的信号，且能与自动装置相配合（如：自动重合闸装置等）。,继电保护的原理：,利用被保护设备故障前后某些突变的物理量，当突变量达到一定值时，通过逻辑判断环节，发出相应跳闸脉冲或信号。,例：利用被保护设备故障电流的增大构成电流保护；电压的降低构成电压保护；利用测量阻抗Z=U/I构成距离保护；利用被保护设备首末两端电流的差构成差动保护或高频保护；利用不对称短路时的负序电流、负序电压构成负序保护，零序电流、零序电压构成零序保护等。,继电保护的组成方框图：,继电保护的过程：,输入物理量发生突变;,测量比较环节判断故障类型及范围；,逻辑判断环节判断跳开断路器的时间及个数；,执行回路发出跳闸脉冲或信号。,对继电保护的基本要求：,选择性：保护装置只切除故障部分，非故障部分仍然继续运行,速动性：尽可能快的切除故障，以减少设备及用户在大的短路电流及低电压下的工作时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性,灵敏性：指继电保护对其保护范围内的故障及不正常运行状态做出反应的能力,可靠性：继电保护装置不误动，也不拒动。,继电保护的发展：,上个世纪：熔丝保护,50年代：晶体管应用于继电保护,随后：集成电路应用于继电保护,60年代：计算机技术开始用于继电保护,电力系统微机继电保护,Power System Protection relay based on computer,概述,计算机继电保护的发展,计算机继电保护的构成,对计算机继电保护的估价,第一节,计算机继电保护技术的发展,计算机继电保护技术的发展,数字式电子计算机的发展影响着继电保护技术的发展,70年代，主要做理论探索及在实验室做样机,70年代中期，计算机本身出现了重大突破,70年代中、后期，国外少数机在电力系统中试运行，微型计算机保护趋于实现。,计算机继电保护发展过程中具有重要意义的事件,1965年，英国剑桥大学的P.G.Mclaren等提出利用采样技术实现输电线路的距离保护,1966年，澳大利亚新南威尔士大学的I.F.Morrison预测了输电线路和变电所采用计算机控制的前景并研究用于计算机保护的各种算法,1969年，美国西屋公司的G.D.Rokeffeller等开始进行具体装置的研制,1977年，日本投入了一套微处理机为基础的控制与继电保护装置,我国微机继电保护的发展,始于70年代后期，几所高校与水电部的南京自动化研究所进行了研究,70年代末80年代初，进行了算法的研究及样机试验,1984年上半年，华北电力大学研制了一套以6809(CPU)为基础的距离保护样机投入运行,1984年底，在华中工学院召开了第一次继电保护工作会议，标志着我国计算机保护开始进入了重要阶段,第二节,计算机继电保护的基本构成,计算机保护的总框图,微机继电保护的基本构成,输入信号的预处理,数字滤波,算法研究,微机保护装置的硬件,（一）输入信号的预处理,信号输入,电平转,换隔离,前置模,拟滤波,采样,保持,多路转,换器,A/D转化,数据更,新排队,采样定理及频率混叠现象,采样定理：采样频率必须大于信号最高频率的2倍，否则会发生频率混叠现象。,由于采样频率不够高，频谱在反复中有重叠，致使信号频谱发生混淆，出现畸变。,（二）数字滤波,数字滤波实质上就是一种算法。它的输入是一组经过量化的采样值X(k),输出是经过变换或处理的另一组数字量Y(k)。数字滤波器的作用就是从X(K)序列中提取有用的信号Y(K)，而将无用成份去掉或尽可能地衰减。在微机保护装置中一般都通过程序也就是用软件来实现数字滤波器。,数字滤波的优点,精度高；不存在与负载阻抗匹配的问题。,可靠性高；不受环境温度变化等因素影响。,灵活性好；只要改变存放在存储器中的数据，就可改变滤波器的参数。,高度规范性；便于模块化。,可获得很高的性能指标。,例：差分滤波单元,y(n)=x(n)-x(n-k)k1,x(n)为信号的采样数据，,y(n)为差分滤波输出,滤除信号中的直流成分，但不能滤除高次谐波和非线性成分,（三）算法,电力系统的微机保护是采用微型计算机对电力系统中的各种电气量进行采样，通过软件程序对采样数据进行运算、分析和判断，以实现各种保护功能的一种保护形式。微机保护中的一个基本问题就是寻找适当的离散运算方法来实现一定的保护功能，从而使运算结果的精确度能满足工程要求而计算耗时又尽可能短，达到既判断准确，又动作迅速、可靠的效果。近年来，国内外的继电保护工作者围绕这个问题作了大量的研究，提出了许多适合于微机保护的计算方法。,算法的实现：,输入量的若干点采样值按照一定的数学式进行计算，得到某些电参数的量值，然后将它与定值进行比较、判断.,例：纯正弦函数模型的算法,导数算法,如果输入保护系统的电气模拟量y(t)为正弦量，初相角为 ，即,则其一次导数：,在离散数字系统中所得的采样值，对应以上所述各式,y(t)=y(K),其他算法：,最大值算法,半周积分算法,采样值积算法,傅氏算法,最小二成算法,四、计算机保护装置的硬件（下节课讲）,第三节,计算机继电保护的估价,计算机继电保护的优点：,程序可以实现自适应性,有可存取的存储器,现场可以灵活的改变继电器特性,数学方程方法较之用继电器特性方法可以使保护性能得到更大的改进,有自检能力,有利于事故后分析,计算机继电保护的优点：,可与计算机交换信息,对现有硬件可增加其功能,可在低功率传变机构内工作,计算机继电保护的缺点：,使用者较难维护；,对硬件及软件均有较高的要求；,在操作和维护过程中，使用人员较难掌握。,