第一讲 微机保护

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,*,微机继电保护,清华大学电机系,有关本课程的若干问题,课程名称解释,保护：保护对象（系统）和保护内容（故障）；,继电保护：用继电器（原理）来实现保护；,微机：微型计算机；,微机继电保护：用微型计算机,(,基于继电器原理的系统,),来保护对象系统。,主要内容,：,绪论，包括继电保护基本概念、微机保护与控制系统的构成特点及应用概况,微机保护硬件原理,数字滤波器,微机保护的算法,微机保护程序流程,微机距离保护：工作原理；系统构成；滤波算法与软件,微机保护装置抗干扰及试验：干扰及抗干扰措施；型式、,RTDS,和动模试验,有关本课程的若干问题,有关本课程的若干问题,教材,微型机继电保护基础（第二版），杨奇逊，黄少峰编著，中,国电力出版社，,2005,年,1,月,参考书,1,电力系统继电保护原理（增订版），贺家李，宋从矩主编，,中国电力出版社，,2004,年,9,月,2,计算机继电保护原理与技术，陈德树主编，水利电力出版社，,1992,3 Micro-processor based protection,IEEE tutorial,1997,绪论,第一节 电力系统继电保护的作用,1,1,电力系统的组成,电力系统是由发电机、变压器、输电线路、配电线路、负荷等一次设备和继电保护、安全自动控制装置、测量仪表、通信系统等二次设备共同组成的一个实时动态平衡系统；其中,一次设备,是电力系统的躯干，电能的生产、传输和消费是靠一次系统来完成的；,二次设备,是电力系统的大脑和中枢神经系统，没有二次设备电力系统无法工作。,第一节 电力系统继电保护的作用,1,2,电力系统运行状态,三种状态：,正常运行,，指电压、电流、频率（转速）在规定的范围内，各个一次电气设备能够正常工作而不损坏的运行状态,不正常运行,，指电力系统中电气设备的正常工作遭到破坏但未出现故障的状态，比如像过负荷。,故障,，通常指各种类型的短路和断线，包括各相导体之间或者导体对地的不正常连接、三相或者某相开断。,第一节 电力系统继电保护的作用,1,3,短路的后果,故障和不正常运行状态都可能导致严重后果，最危险的是短路故障，它可造成：,短路电流和故障点的电弧使得设备热损坏；,短路电动力造成设备机械损坏；,靠近短路的部分电力系统电压严重降低，破坏负荷稳定性，造成次废品；,引发电力系统振荡甚至系统瓦解；,造成电力系统事故、甚至灾变,第一节 电力系统继电保护的作用,事故是用后果衡量的，它是故障作用的后果，包括对用户少送电或停电；电能质量严重降低；造成人身伤亡和设备损坏。,灾变是指大面积停电等恶性事故。,故障不一定引发事故和灾变。,1,4,故障的排除,故障是不可避免的，发生故障后，迅速而有选择性地切除故障设备是保证故障设备不损坏、非故障设备继续安全运行的前提和保障。,第一节 电力系统继电保护的作用,1,5,继电保护,继电保护装置,，检测故障发生后所出现的故障信息，根据故障信息判断故障发生在那个设备上，进而快速、有选择地切除故障设备的一种安全自动装置。,继电保护,，泛指继电保护理论、技术与装置以及各种装置一起所组成的系统。,1,6,继电保护的基本任务,自动、迅速、有选择地将故障设备切除,反映不正常状态，发出报警信号、减负荷或者跳闸,绪论,第二节 继电保护的基本原理和系统构成,2-1,电流保护,短路故障发生后，设备中流过的电流会增大，保护安装点（一般在变电站母线处）所测量的电流会增大，根据电流增大构成的继电保护称为电流保护，电流保护是一种过量保护，越靠近母线，短路电流越大。电流保护说明见图,1,1,第二节 继电保护的基本原理和系统构成,图,1,1,电流保护说明图,第二节 继电保护的基本原理和系统构成,2-2,距离保护,输电线路发生短路故障后，电流会增大，电压会降低，根据测量到的电压和电流可以计算出故障点到测量点之间的线路阻抗，这个阻抗值比线路正常运行时小，据此，可以构成阻抗继电器。因为线路阻抗和线路距离成正比，所以阻抗保护又称为距离保护。图,1,2,示出了距离保护说明图。,第二节 继电保护的基本原理和系统构成,图,1,2,距离保护说明图,第二节 继电保护的基本原理和系统构成,2-3,差动保护,正常运行的设备，流进电流和流出电流相等，如果都以流进电流为参考方向，则电流之和为零；,该设备发生短路故障后，流进电流和流出电流不再相等，其和为短路电流。,据此，可以构成电流差动保护。图,1,3,示出了电流差动保护说明图,第二节 继电保护的基本原理和系统构成,M N L,im,in,if1,if2,F1,F2,正常运行或外部故障时,im+in,=0,内部故障时,im+in,=if,图,1,3,电流差动保护说明图,第二节 继电保护的基本原理和系统构成,2-2,继电保护系统构成,继电保护的根本任务是检测并发现故障，然后通过断路器切除故障设备。因此，一个完整的继电保护系统至少应该包括：,传感器：包括电压互感器、电流互感器、其它传感器（比如瓦斯气体传感器）等,继电保护装置：有通道的继电保护甚至需要在两端（比如线路保护）安装，还需要专用的继电保护通道,断路器：用于切除故障设备，达到保护目的。一个典型的继电保护系统图如图,1,4,所示,第二节 继电保护的基本原理和系统构成,1,继电保护装置,2,通信设备,图,1,4,继电保护系统,绪论,第三节 对继电保护的基本要求,3,1,可靠性,该动作的必须可靠动作（不拒动,mis,-operation,），,不该动作的可靠不动（不误动,mal-operation,）,3,2,选择性,选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障设备切除，而使非故障设备能够继续可靠运行，以尽量减少停运设备、缩小停电范围的能力。,第三节 对继电保护的基本要求,图,1,5,选择性说明图,第三节 对继电保护的基本要求,3,3,速动性,快速切除故障是减小故障损失的最有效手段。但是速动性（又称快速性）和选择性是矛盾的。既要保证选择性，又要保证速动性是非常困难的。有的场合保证速动性是首要的：,维持系统稳定要求，快速切除高压输电线路故障,使发电厂或重要用户母线电压低于允许值（,0.7,倍额定电压）,大容量的发电机、变压器以及电动机内部故障,故障切除时间等于保护动作时间和断路器切除时间之和。一般的断路器动作时间,0.06-0.15,秒，一般保护动作时间小于,40,毫秒。,第三节 对继电保护的基本要求,3,4,灵敏性,灵敏性是指保护范围内发生故障或不正常运行状态的能力。满足灵敏性要求的保护装置无论故障性质与故障点在那里都能反映出来。,灵敏性常常用灵敏系数来衡量。灵敏系数按照以下原则来计算：,在可能的方式下，选择最不利于保护动作的方式；,选择最不利于保护动作的故障类型；,选择最不利于保护动作的故障点。,绪论,第四节 继电保护工作的特点,扎实的电力系统基本知识和丰富的现场经验,紧密跟踪现代自然科学的发展,紧密跟踪现代技术科学的发展,理论与实践并重,责任重大,绪论,第五节 继电保护的发展简史,最早的继电保护是熔断器,19,世纪末期出现了电磁型过电流继电器,1901,年出现了感应型过电流继电器,1908,年出现了电流差动保护原理,20,世纪,20,年代出现了距离保护,1927,年出现了高频方向保护,第五节 继电保护的发展简史,1950,年前后出现了微波保护,20,世纪,50,年代出现了行波保护的思想，,70,年代末期出现了装置,之后原理上的创新甚少！,从,20,世纪,50,年代出现晶体管，开始出现晶体管保护,从,20,世纪,70,年代末期到,80,年代初期，出现集成电路保护,从,20,世纪,60,年代提出微机保护，,80,年代前后出现装置,从上世纪末期，出现基于微机的保护、控制、测量、数据通信于一体的综合自动化系统,第五节 继电保护的发展简史,绪论,第六节 微机保护,6,1,微机保护概念,微机保护是指以微型机、微处理器为技术手段构成的继电保护,6,2,微机保护发展现状,上世纪,60,年代末期已经提出用计算机构成保护装置的倡议，代表人物任务是,Rockeffeller,；,70,年代掀起了研究高潮；,70,年代出现了实际应用的微机保护装置,我国于,70,年代后期开始研究，,84,年杨奇逊研制出第一套微机保护装置，所使用的微处理器是,6809,。,第六节 微机保护,6,3,微机保护的构成,微机保护由两部分构成：微机保护硬件系统和运行于其中的软件。,微机保护的硬件系统包括以下三大部分：,数据采集系统（或称模拟量输入系统）：包括电压形成、采样保持、多路开关及数模转换,微型机（或微处理器）主系统：包括微处理器、程序存储器（,ROM,）、,数据存储器（,RAM,）、,定时器、并串接口等,开关量输入输出系统：由微型机的并行接口、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成。完成保护需要的外部触点接入、出口跳闸、人机对话等功能。,图,1,6,示出了微机保护硬件构成框图,第六节 微机保护,图,1,6,微机保护硬件构成框图,第六节 微机保护,微机保护的软件包括,数字滤波器，像有些不便于采用模拟滤波器的场合，如傅立叶滤波、小波变换等,继电器算法，像幅值和相位计算、选相算法、滤序算法等,保护动作判据，保护基本原理的具体体现,逻辑输出，执行跳闸、告警等数字信号输出。,绪论,本章小结,继电保护的基本概念,微机保护简介,重点,1,故障、不正常运行状态、事故,2,继电保护的选择性,