電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)

1、 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù) 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程華中科技大學(xué)文華學(xué)院機(jī)電學(xué)部2009.9Chapter 2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)2.1 繼電保護(hù)的系統(tǒng)配置與繼電特性繼電保護(hù)的系統(tǒng)配置與繼電特性2.2 繼電保護(hù)用電力互感器和輸入變換繼電保護(hù)用電力互感器和輸入變換器器2.3 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的基本構(gòu)成原理微機(jī)繼電保護(hù)裝置的基本構(gòu)成原理2.1 繼電保護(hù)的系統(tǒng)配置與繼電特性繼電保護(hù)的系統(tǒng)配置與繼電特性2.1.1 2.1.1 繼電保護(hù)的系統(tǒng)配置與保護(hù)范圍繼電保護(hù)的系統(tǒng)配置與保護(hù)范圍 圖圖2.1 2.1 典型電力系統(tǒng)及其保護(hù)分區(qū)典型電力系

2、統(tǒng)及其保護(hù)分區(qū) 變壓器變壓器1發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)母線母線電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)輸配電線路輸配電線路保護(hù)分區(qū)的基本原則保護(hù)分區(qū)的基本原則 保護(hù)分區(qū)的基本類型保護(hù)分區(qū)的基本類型按按獨(dú)立電氣元件（及其組合）。獨(dú)立電氣元件（及其組合）。 主保護(hù)分區(qū)（基本保護(hù)分區(qū)或按主保護(hù)分區(qū)（基本保護(hù)分區(qū)或按元件保護(hù)分區(qū)）元件保護(hù)分區(qū)） 后備保護(hù)分區(qū)（基本保護(hù)分區(qū)或后備保護(hù)分區(qū)（基本保護(hù)分區(qū)或相鄰的多個(gè)基本保護(hù)分區(qū)）相鄰的多個(gè)基本保護(hù)分區(qū)） 圖圖2.2 2.2 按重疊保護(hù)范圍正按重疊保護(hù)范圍正確地選擇保護(hù)分區(qū)交界處確地選擇保護(hù)分區(qū)交界處的電流互感器的電流互感器 保護(hù)分區(qū)必須覆蓋整個(gè)電力系保護(hù)分區(qū)必須覆蓋整個(gè)電力系統(tǒng)，不允許存在死區(qū)。

3、統(tǒng)，不允許存在死區(qū)?；颈Ｗo(hù)分區(qū)：基本保護(hù)分區(qū)： 以斷路器為邊界構(gòu)成的區(qū)域以斷路器為邊界構(gòu)成的區(qū)域 相鄰保護(hù)分區(qū)的保護(hù)范圍要有相鄰保護(hù)分區(qū)的保護(hù)范圍要有重疊。重疊。 概念與結(jié)論：概念與結(jié)論： 繼電保護(hù)裝置感受到系統(tǒng)發(fā)生故障并不是其繼電保護(hù)裝置感受到系統(tǒng)發(fā)生故障并不是其動(dòng)作的充分必要條件，繼電保護(hù)裝置只有檢測(cè)到動(dòng)作的充分必要條件，繼電保護(hù)裝置只有檢測(cè)到其對(duì)應(yīng)的保護(hù)分區(qū)內(nèi)的故障且為其規(guī)定的故障類其對(duì)應(yīng)的保護(hù)分區(qū)內(nèi)的故障且為其規(guī)定的故障類型時(shí)才允許按規(guī)定的時(shí)限配合及操作形式的要求型時(shí)才允許按規(guī)定的時(shí)限配合及操作形式的要求產(chǎn)生動(dòng)作。產(chǎn)生動(dòng)作。 繼電保護(hù)的系統(tǒng)性繼電保護(hù)的系統(tǒng)性 繼電保護(hù)不僅要保證具體保

4、護(hù)對(duì)象的安全，更重繼電保護(hù)不僅要保證具體保護(hù)對(duì)象的安全，更重要的是需要保證電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。要的是需要保證電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。 不僅要研究繼電保護(hù)裝置的原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，還不僅要研究繼電保護(hù)裝置的原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，還必須研究傳感器及控制對(duì)象的技術(shù)特性及要求。必須研究傳感器及控制對(duì)象的技術(shù)特性及要求。 對(duì)于一個(gè)保護(hù)對(duì)象，為了保證其保護(hù)的可靠性和對(duì)于一個(gè)保護(hù)對(duì)象，為了保證其保護(hù)的可靠性和完備性，常常要求用多個(gè)繼電保護(hù)裝置構(gòu)成一個(gè)完備性，常常要求用多個(gè)繼電保護(hù)裝置構(gòu)成一個(gè)保護(hù)系統(tǒng)。保護(hù)系統(tǒng)。0I繼電器狀態(tài)以過電流繼電器為例：以過電流繼電器為例：IIop動(dòng)作動(dòng)作,IIre返回。返回。reIopI返回

5、動(dòng)作圖圖2.4 2.4 過電流繼電器的繼電特性過電流繼電器的繼電特性2.1.2 繼電特性繼電特性 說明：繼電保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)的確切和穩(wěn)定靠繼電特性來保證。動(dòng)作電流：動(dòng)作電流：Iop能夠使繼電器可靠動(dòng)作的最小電流值。能夠使繼電器可靠動(dòng)作的最小電流值。返回電流：返回電流：Ire能夠使繼電器可靠返回的最大電流值。能夠使繼電器可靠返回的最大電流值。返回系數(shù)返回系數(shù): Kre保護(hù)繼電器的返回值與動(dòng)作值之比保護(hù)繼電器的返回值與動(dòng)作值之比,即即:oprere/IIK 過量繼電器的返回系數(shù)恒小于過量繼電器的返回系數(shù)恒小于1；欠量繼電器的返回系數(shù)恒大于欠量繼電器的返回系數(shù)恒大于1。繼電特性的兩個(gè)要點(diǎn)：繼電特性的兩個(gè)

6、要點(diǎn)：( () )永遠(yuǎn)處于動(dòng)作或者返回狀態(tài)，無中間狀態(tài)；永遠(yuǎn)處于動(dòng)作或者返回狀態(tài)，無中間狀態(tài)；( () )Iop不等于不等于Ire，使接點(diǎn)無抖動(dòng)。，使接點(diǎn)無抖動(dòng)。2.1.2 繼電特性繼電特性一般要求過量繼電器（一般要求過量繼電器（ 0.85Kre 1,0.90.95）；欠量繼電器）；欠量繼電器（1Kre1.2） 。2.2 繼電保護(hù)用電力互感器和輸入變換器繼電保護(hù)用電力互感器和輸入變換器繼電保護(hù)輸入信號(hào)的類型與特點(diǎn)繼電保護(hù)輸入信號(hào)的類型與特點(diǎn) 類型：電壓、電流；交流、直流；電量、非電量類型：電壓、電流；交流、直流；電量、非電量 特點(diǎn)：幅值變化范圍大，衰減直流分量、豐富的特點(diǎn)：幅值變化范圍大，衰減

7、直流分量、豐富的高次諧波分量高次諧波分量電壓互感器的作用電壓互感器的作用: 將電力系統(tǒng)的高電壓在二次側(cè)準(zhǔn)確地變換將電力系統(tǒng)的高電壓在二次側(cè)準(zhǔn)確地變換成繼電保護(hù)及儀表所允許電壓（額定值為成繼電保護(hù)及儀表所允許電壓（額定值為100V或或57.7V），使繼電器和儀表既能在低電壓情況），使繼電器和儀表既能在低電壓情況下工作，又能準(zhǔn)確地反映電力系統(tǒng)中高電壓設(shè)備下工作，又能準(zhǔn)確地反映電力系統(tǒng)中高電壓設(shè)備的運(yùn)行情況，同時(shí)它還具有高、低電壓電路的隔的運(yùn)行情況，同時(shí)它還具有高、低電壓電路的隔離作用，以保證二次設(shè)備和工作人員的安全。文離作用，以保證二次設(shè)備和工作人員的安全。文字符號(hào)為字符號(hào)為TV（舊：（舊：PT）

8、2.2.1 電壓互感器電壓互感器保護(hù)用電力互感器的主要類型保護(hù)用電力互感器的主要類型 (1) TV(1) TV電磁式；電容式（電磁式；電容式（CVTCVT） (2) TA(2) TA無氣隙鐵心式，無氣隙鐵心式，TPTP，如，如5P205P20；小氣隙；小氣隙鐵心式，鐵心式，TPYTPY；空心式；空心式母線保護(hù)。母線保護(hù)。電壓互感器的工作特點(diǎn)和要求電壓互感器的工作特點(diǎn)和要求(3) 對(duì)電壓互感器的基本要求是電壓變換的準(zhǔn)確性，對(duì)電壓互感器的基本要求是電壓變換的準(zhǔn)確性，它主要受二次負(fù)荷大小的影響，對(duì)于保護(hù)用電壓互它主要受二次負(fù)荷大小的影響，對(duì)于保護(hù)用電壓互感器，還需考慮電壓互感器暫態(tài)過程對(duì)快速保護(hù)的感

9、器，還需考慮電壓互感器暫態(tài)過程對(duì)快速保護(hù)的影響。影響。(1) 電壓互感器的一次側(cè)與高電壓路并聯(lián)，因此，電壓互感器的一次側(cè)與高電壓路并聯(lián)，因此，其一次工作電壓只取決于接入點(diǎn)的一次電壓。其一次工作電壓只取決于接入點(diǎn)的一次電壓。(2) 電壓互感器的二次回路不允許短路，否則會(huì)產(chǎn)電壓互感器的二次回路不允許短路，否則會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的短路電流，并燒毀電壓互感器，因此，生危險(xiǎn)的短路電流，并燒毀電壓互感器，因此，通常裝有保護(hù)熔斷器通常裝有保護(hù)熔斷器2.2.2 2.2.2 電流互感器電流互感器電流互感器的作用電流互感器的作用: 將電力系統(tǒng)的高電壓電路上的電流，準(zhǔn)確地變將電力系統(tǒng)的高電壓電路上的電流，準(zhǔn)確地變換成二次低

10、電壓電路上的小電流（額定值為換成二次低電壓電路上的小電流（額定值為5A或或1A），同時(shí)它還具有高、低電壓電路的隔離作用，），同時(shí)它還具有高、低電壓電路的隔離作用，以保證二次設(shè)備和工作人員的安全。以保證二次設(shè)備和工作人員的安全。文字符號(hào)為文字符號(hào)為TA（舊：（舊：CT）電流互感器的工作特點(diǎn)和要求電流互感器的工作特點(diǎn)和要求(4)變換的準(zhǔn)確性主要受二次負(fù)荷和一次電流大小的影變換的準(zhǔn)確性主要受二次負(fù)荷和一次電流大小的影響；響；(1)電流互感器的一次繞組與高電壓電路串聯(lián)，因此其電流互感器的一次繞組與高電壓電路串聯(lián)，因此其一次工作電流只取決于被接入的一次電路的電流，而一次工作電流只取決于被接入的一次電路的

11、電流，而與其二次側(cè)負(fù)荷的大小無關(guān)；與其二次側(cè)負(fù)荷的大小無關(guān)；(2)電流互感器的二次回路不允許開路，否則會(huì)產(chǎn)生危電流互感器的二次回路不允許開路，否則會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓，威脅人身和設(shè)備的安全；險(xiǎn)的過電壓，威脅人身和設(shè)備的安全；(3)電流互感器的二次回路必須有且只允許有一點(diǎn)接地，電流互感器的二次回路必須有且只允許有一點(diǎn)接地，防止一、二次繞組絕緣擊穿后產(chǎn)生對(duì)地高電壓，但僅防止一、二次繞組絕緣擊穿后產(chǎn)生對(duì)地高電壓，但僅一點(diǎn)接地；一點(diǎn)接地；繼電保護(hù)裝置內(nèi)部的輸入變換器繼電保護(hù)裝置內(nèi)部的輸入變換器 在繼電保護(hù)裝置內(nèi)部，還需要通過各種輸入在繼電保護(hù)裝置內(nèi)部，還需要通過各種輸入變換器將電壓互感器提供的二次電壓、

12、電流互感變換器將電壓互感器提供的二次電壓、電流互感器提供的二次電流進(jìn)一步變小，以適應(yīng)弱電元件器提供的二次電流進(jìn)一步變小，以適應(yīng)弱電元件（如電子元件）的要求；（如電子元件）的要求；v 同時(shí)輸入變換器還擔(dān)負(fù)在二次回路與繼電保同時(shí)輸入變換器還擔(dān)負(fù)在二次回路與繼電保護(hù)裝置內(nèi)部電路之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離和電磁屏蔽作護(hù)裝置內(nèi)部電路之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離和電磁屏蔽作用，以保障人身及保護(hù)裝置內(nèi)部弱電元件的安全、用，以保障人身及保護(hù)裝置內(nèi)部弱電元件的安全、減少來自高壓設(shè)備對(duì)弱電元件的干擾。減少來自高壓設(shè)備對(duì)弱電元件的干擾。電壓輸入變換器電壓輸入變換器 電壓變換器的副方電壓的大小應(yīng)與弱電電子元件的電壓變換器的副方電壓的大小應(yīng)

13、與弱電電子元件的允許電壓相匹配（如在微機(jī)式保護(hù)中，常選取對(duì)應(yīng)允許電壓相匹配（如在微機(jī)式保護(hù)中，常選取對(duì)應(yīng)最高輸入的副方電壓的有效值為最高輸入的副方電壓的有效值為2/5伏）。伏）。 電壓變換器的工作原理與電磁式電壓互感器完全相電壓變換器的工作原理與電磁式電壓互感器完全相同。同。電壓變換器的原方與電壓互感器的二次側(cè)并聯(lián)，電壓變換器的原方與電壓互感器的二次側(cè)并聯(lián)，其原方額定電壓及電壓允許變化范圍應(yīng)與電壓互其原方額定電壓及電壓允許變化范圍應(yīng)與電壓互感器的二次電壓相匹配。感器的二次電壓相匹配。電流輸入變換器電流輸入變換器電流變換器的原方與電流互感器的二次側(cè)串聯(lián)，其電流變換器的原方與電流互感器的二次側(cè)串聯(lián)

14、，其原方額定電流及電流允許變化范圍應(yīng)與電流互感器原方額定電流及電流允許變化范圍應(yīng)與電流互感器的二次電流相匹配的二次電流相匹配;電流變換器的工作原理與電流互感器完全相同。電流變換器的工作原理與電流互感器完全相同。由于弱電電子元件多為電壓輸入型，因此電流變由于弱電電子元件多為電壓輸入型，因此電流變換器的付方輸出電流需要進(jìn)一步變換為與電流成比換器的付方輸出電流需要進(jìn)一步變換為與電流成比例的電壓，該變換過程稱為電壓形成，該電壓稱為例的電壓，該變換過程稱為電壓形成，該電壓稱為形成電壓。形成電壓。電壓形成的常用方法是在電流變換器付方輸出的兩電壓形成的常用方法是在電流變換器付方輸出的兩個(gè)端子間接入一個(gè)低阻值

15、電阻，付方輸出電流流過個(gè)端子間接入一個(gè)低阻值電阻，付方輸出電流流過電阻便產(chǎn)生與付方電流同相位、正比例的形成電壓。電阻便產(chǎn)生與付方電流同相位、正比例的形成電壓。 電抗變換器電抗變換器 電抗變換器是一種鐵芯帶氣隙的特殊的電流變電抗變換器是一種鐵芯帶氣隙的特殊的電流變換器，它可以將電流直接變換成電壓換器，它可以將電流直接變換成電壓. . 電抗變換器的原方與電流變換器一樣，與電流電抗變換器的原方與電流變換器一樣，與電流互感器的二次側(cè)串聯(lián)；而付方與具有很高的輸互感器的二次側(cè)串聯(lián)；而付方與具有很高的輸入電阻的負(fù)荷（如弱電電子元件）直接相連入電阻的負(fù)荷（如弱電電子元件）直接相連 . .2.3 2.3 繼電保

16、護(hù)裝置的基本構(gòu)成原理繼電保護(hù)裝置的基本構(gòu)成原理2.3.1 2.3.1 微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的基本構(gòu)成原理微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的基本構(gòu)成原理一臺(tái)完整的微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成包含硬件一臺(tái)完整的微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成包含硬件和軟件兩部分。和軟件兩部分。 硬件以數(shù)字核心部件為中心，圍繞著數(shù)字核心硬件以數(shù)字核心部件為中心，圍繞著數(shù)字核心部件的是各種外圍接口部件。部件的是各種外圍接口部件。圖圖2-15 微機(jī)保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)原理框圖微機(jī)保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)原理框圖數(shù)字核心部件數(shù)字核心部件 實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)特別設(shè)計(jì)的專用微型計(jì)算機(jī)，一般由中央實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)特別設(shè)計(jì)的專用微型計(jì)算機(jī)，一般由中央處理器、存儲(chǔ)器，定時(shí)

17、器處理器、存儲(chǔ)器，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及控制電路等部分組成，并通計(jì)數(shù)器及控制電路等部分組成，并通過數(shù)據(jù)總線，地址總線、控制總線連成一個(gè)系統(tǒng)。過數(shù)據(jù)總線，地址總線、控制總線連成一個(gè)系統(tǒng)。模擬量輸入接口部件模擬量輸入接口部件 一次系統(tǒng)的模擬電量可分為交一次系統(tǒng)的模擬電量可分為交流電量，直流電量以及各種非電量。流電量，直流電量以及各種非電量。其作用是將電力傳感器輸入的模擬其作用是將電力傳感器輸入的模擬電量正確地變換成離散化的數(shù)字量，電量正確地變換成離散化的數(shù)字量，提供給數(shù)字核心部件進(jìn)行處理。提供給數(shù)字核心部件進(jìn)行處理。開關(guān)量輸入接口部件開關(guān)量輸入接口部件 開關(guān)量是指那些反映開關(guān)量是指那些反映“是是”或或“非非”兩種兩種狀態(tài)的邏輯變量，如斷路器的狀態(tài)的邏輯變量，如斷路器的“合閘合閘”或或“分分閘閘”狀態(tài)、控制信號(hào)的狀態(tài)、控制信號(hào)的“有有”或或“無無”狀態(tài)等。狀態(tài)等。繼電保護(hù)裝置常常需要確知開關(guān)量的狀態(tài)才能繼電保護(hù)裝置常常需要確知開關(guān)量的狀態(tài)才能正確地動(dòng)作。正確地動(dòng)作。開關(guān)量輸出接口部件開關(guān)量輸出接口部件 微機(jī)型保護(hù)通過微機(jī)型保護(hù)通過開關(guān)量輸出的狀態(tài)來開關(guān)量輸出的狀態(tài)來控制執(zhí)行回路、信號(hào)控制執(zhí)行回路、信號(hào)回路，以及其他回路回路，以及其他回路的繼電器的動(dòng)作。的繼電器的動(dòng)作。人機(jī)對(duì)話接口部件人機(jī)對(duì)話接口部件 人機(jī)對(duì)話