继电保护基础知识和微机保护原理.ppt
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1、继电保保护基基础知知识和和微机保微机保护原理原理主要内容主要内容l继电保护基础l继电保护的基本原理、构成和分类l微机保护基础l微机保护装置的硬件原理l微机保护装置的软件结构l惠炼继电保护系统继电保护基础继电保护基础发电变电输电用电一次设备:生产、输送、分配、消耗电能的设备。包括发电机、变压器、断路器、母线、输电线路、电动机等。二次设备:对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备。根据电力系统在不同运行条件下的系统与设备的工作状况,电力系统的运行状态分为正常工作状态、不正常工作状态和故障状态。1.1.正常工作状态正常工作状态l电力系统正常运行的约束条件电力系统正常运行的约束条件l等式约
2、束条件:等式约束条件:发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率1.1.正常工作状态正常工作状态l电力系统正常运行的约束条件电力系统正常运行的约束条件l等式约束条件等式约束条件:负荷使用的有功功率和无功功率负荷使用的有功功率和无功功率1.1.正常工作状态正常工作状态l电力系统正常运行的约束条件电力系统正常运行的约束条件l等式约束条件等式约束条件:电力系统中各种有功功率和无功功率损耗电力系统中各种有功功率和无功功率损耗1.1.正常工作状态正常工作状态l电力系统正常运行的约束条件电力系统正常运行的约束条件l不等式约束条件不等式约束条件:用电设备的功率及其上限;
3、用电设备的功率及其上限;母线电压及其上、下限;母线电压及其上、下限;线路电流及其上限;线路电流及其上限;系统频率及其上、下限;系统频率及其上、下限;2 2 不正常工作状态及其危害不正常工作状态及其危害常见的不正常状态及其危害:常见的不正常状态及其危害:过负荷:因负荷超过电气设备的额定值造成过负荷:因负荷超过电气设备的额定值造成 的电流增大;的电流增大;危害危害:造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障;造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障;频率降低:系统中出现有功功率缺额而引起;频率降低:系统中出现有功功率缺额而引起;危害:危害:1)影响产品质量;)影响产品
4、质量;2)降到)降到4748HZ以下会引起频率崩溃;以下会引起频率崩溃;3)使电压下降可能引发电压崩溃。)使电压下降可能引发电压崩溃。所有的等式约束条件均满足,部分的不等式约所有的等式约束条件均满足,部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常不正常运行状态。运行状态。2 2 不正常工作状态及其危害不正常工作状态及其危害常见的不正常状态及其危害:常见的不正常状态及其危害:过电压:发电机突然甩负荷而产生;过电压:发电机突然甩负荷而产生;危害:危害:造成绝缘击穿导致短路。造成绝缘击穿导致短路。系统振荡:因系统受到扰动而失去功率平衡。系统振荡:因系
5、统受到扰动而失去功率平衡。危害:危害:系统振荡时,电流和电压周期性摆动,严重影响系统的正常运行;系统振荡时,电流和电压周期性摆动,严重影响系统的正常运行;所有的等式约束条件均满足,部分的不等式约所有的等式约束条件均满足,部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常不正常运行状态。运行状态。3.3.故障状态和故障类型故障状态和故障类型常见的十种短路类型常见的十种短路类型常见的十种短路类型常见的十种短路类型纵向不对称故障(断线)纵向不对称故障(断线)纵向不对称故障(断线)纵向不对称故障(断线)最常见且最危险的故障是各种类型的短路最常见且最危险的故
6、障是各种类型的短路 复杂故障:复杂故障:在电力系在电力系统的不同地点(两处统的不同地点(两处或两处以上)同时发或两处以上)同时发生不对称故障的情况生不对称故障的情况 短路的后果短路的后果l数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧,使故数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧,使故障设备损坏;障设备损坏;l短路电流通过故障设备和非故障设备时,产生热和短路电流通过故障设备和非故障设备时,产生热和电动力的作用,致使其绝缘遭到损坏或使设备缩短电动力的作用,致使其绝缘遭到损坏或使设备缩短使用寿命;使用寿命;l电力系统中大部分地区的电压下降,使大量电能用电力系统中大部分地区的电压下降,使大量电能用户的正常工作
7、遭到破坏或产生废品;户的正常工作遭到破坏或产生废品;l破坏电力系统并列运行的稳定性,引起系统振荡,破坏电力系统并列运行的稳定性,引起系统振荡,甚至造成整个电力系统瓦解。甚至造成整个电力系统瓦解。继电保护的概念及作用继电保护的概念及作用l继电保护技术继电保护技术包括电力系统故障分析、继电保护原理及设计、配置整定、运行维护及调试等技术。l继电保护装置继电保护装置能反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。一、继电保护的概念一、继电保护的概念是继电保护技术与继电保护装置的总称。继电保护的概念及作用继电保护的概念及作用二、继电保护的作用l自自动动、迅迅
8、速速、有有选选择择性性的的将将故故障障元元件件从从电电力力系系统统中中切切除除,使使故故障障元元件件免免于于继继续续遭遭到到破破坏坏,保保证证无无故障部分迅速恢复正常运行。故障部分迅速恢复正常运行。l反反应应电电气气元元件件的的不不正正常常运运行行状状态态,并并根根据据运运行行维维护条件,而动作于发出信号或跳闸。护条件,而动作于发出信号或跳闸。继电保护的基本原理、构成和分类基本原则:基本原则:找出正常运行与故障时系统中电气量找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征或非电气量的变化特征1 1 继电保护的基本原理继电保护的基本原理电流增大过电流保护电压降低低电压保护电流电压间的相位角会
9、发生变化方向保护1 1 继电保护的基本原理继电保护的基本原理正常运行时:正常运行时:线路正方向线路正方向三相短路:三相短路:测量阻抗发生变化阻抗保护1 1 继电保护的基本原理继电保护的基本原理正常运行时:负荷阻抗正常运行时:负荷阻抗短路时:短路阻抗短路时:短路阻抗测量阻抗变小电流差动保护正常:I=0元件流入电流与流出的关系发生变化1 1 继电保护的基本原理继电保护的基本原理正常运行时:流入电流流出电流正常运行时:流入电流流出电流内部故障时:流入电流内部故障时:流入电流流出电流流出电流短路:I=Id序分量保护出现负序和零序分量1 1 继电保护的基本原理继电保护的基本原理正常运行时:只有正序分量正
10、常运行时:只有正序分量发生不对称故障时:有负序、零序分发生不对称故障时:有负序、零序分量出现量出现两相短路时有两相短路时有负序负序分量出现分量出现接地短路时有接地短路时有零序零序分量出现分量出现2 2 继电保护的分类继电保护的分类l按被保护的对象分类按被保护的对象分类 输电线路保护、输电线路保护、发电机保护、发电机保护、变压器保护、变压器保护、母线保护、母线保护、电动机保护等。电动机保护等。l按保护原理分类:按保护原理分类:电流保护、电流保护、电压保护、电压保护、距离保护、距离保护、差动保护、差动保护、方向保护、方向保护、零序保护等。零序保护等。2 2 继电保护的分类继电保护的分类l按保护所反
11、应故障类型分类按保护所反应故障类型分类 相间短路保护、相间短路保护、接地短路保护、接地短路保护、匝间短路保护、匝间短路保护、断线保护、断线保护、失步保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等失磁保护及过励磁保护等l继继电电保保护护测测量量值值与与整整定定值的关系分类值的关系分类:过量保护:过量保护:(测量值(测量值整定值)整定值)欠量保护:欠量保护:(测量值(测量值整定值)整定值)主保护主保护:反映被保护元件本身的故障,并以尽反映被保护元件本身的故障,并以尽可能短的时限切除故障的保护;可能短的时限切除故障的保护;2 2 继电保护的分类继电保护的分类l按保护所起的作用分类:按保护所起的作用分类:主保
12、护、后备保护、辅助保护等。主保护、后备保护、辅助保护等。后备保护后备保护:主保护或断路器拒动时用来切除故障主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为的保护。又分为近后备保护近后备保护和和远后备远后备保护。保护。2 2 继电保护的分类继电保护的分类l按保护所起的作用分类:按保护所起的作用分类:主保护、后备保护、辅助保护等。主保护、后备保护、辅助保护等。近近后备保护后备保护:在本元件处装设两套保护,当主保护拒动在本元件处装设两套保护,当主保护拒动时,由本元件的另一套保护动作;时,由本元件的另一套保护动作;2 2 继电保护的分类继电保护的分类l按保护所起的作用分类:按保护所起的作用分类:主保护、
13、后备保护、辅助保护等。主保护、后备保护、辅助保护等。远远后备保护后备保护:当主保护或断路器拒动时,由上一级相邻电当主保护或断路器拒动时,由上一级相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。力设备或线路的保护来实现的后备保护。辅助保护:辅助保护:为补充主保护和后备保护的性能或当主保护为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。和后备保护退出运行而增设的简单保护。2 2 继电保护的分类继电保护的分类l按保护所起的作用分类:按保护所起的作用分类:主保护、后备保护、辅助保护等。主保护、后备保护、辅助保护等。电力系统继电保护的工作配合电力系统继电保护的工作配合低压母线保护区变
14、压器保护区高压母线I保护区线路保护区发电机保护区高压母线II保护区高压母线保护区 对电力系统继电保护 的基本要求 选择性、速动性、灵敏性、可靠性选择性、速动性、灵敏性、可靠性选择性选择性 选择性是指电力系统发生故障时,保护装置仅将故障元件切除,而使非故障元件仍能正常运行,以尽量缩小停电范围。例例:当当k1点短路时,保护点短路时,保护1、2动动跳跳1QF、2QF 有选择性有选择性 选择性是指电力系统发生故障时,保护装置仅将故障元件切除,而使非故障元件仍能正常运行,以尽量缩小停电范围。例例:当当k2点短路时,保护点短路时,保护5、6动动跳跳5QF、6QF 有选择性有选择性选择性选择性 选择性是指电
15、力系统发生故障时,保护装置仅将故障元件切除,而使非故障元件仍能正常运行,以尽量缩小停电范围。例例:当当k3点短路时,保护点短路时,保护7、8动动跳跳7QF、8QF 有选择性有选择性选择性选择性 选择性是指电力系统发生故障时,保护装置选择性是指电力系统发生故障时,保护装置仅将故障元件切除,而使非故障元件仍能正常仅将故障元件切除,而使非故障元件仍能正常运行,以尽量缩小停电范围。运行,以尽量缩小停电范围。例例:当当k3点短路时,若保护点短路时,若保护7拒动或拒动或7QF拒动,保拒动,保护护5动(远后备)动(远后备)跳跳5QF 有选择性有选择性 选择性选择性 选择性是指电力系统发生故障时,保护装置选择
16、性是指电力系统发生故障时,保护装置仅将故障元件切除,而使非故障元件仍能正常仅将故障元件切除,而使非故障元件仍能正常运行,以尽量缩小停电范围。运行,以尽量缩小停电范围。例例:当当k3点短路时,若保护点短路时,若保护7正确动作和正确动作和7DL跳跳闸,保护闸,保护5动动跳跳5DL,则越级跳闸,则越级跳闸(非选择性非选择性)停电停电停电停电选择性选择性 小结:小结:选择性就是故障点在区内就动作,选择性就是故障点在区内就动作,区外就不动作。当主保护未动作时,由区外就不动作。当主保护未动作时,由近后备或远后备切除故障,使停电面积近后备或远后备切除故障,使停电面积最小。最小。选择性选择性 速动性是指速动性
17、是指尽可能快地切除故障。尽可能快地切除故障。其主要原因如下:其主要原因如下:提高系统暂态稳定性;提高系统暂态稳定性;减少用户在低电压下运行的时间;减少用户在低电压下运行的时间;降低设备的损坏程度;降低设备的损坏程度;避免故障进一步扩大。避免故障进一步扩大。速动性速动性 故障切除时间故障切除时间:一般为一般为0.060.060.12s0.12s,最快,最快0.010.010.04s0.04s。一般为一般为0.060.060.15s0.15s,最快,最快0.020.020.06s0.06s。保护动作时间;断路器动作时间;速动性速动性 灵敏性是指在规定的保护范围内,灵敏性是指在规定的保护范围内,对故
18、障情况的反应能力。对故障情况的反应能力。满足灵敏性要满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时,不论短求的保护装置应在区内故障时,不论短路点的位置与短路的类型如何,都能灵路点的位置与短路的类型如何,都能灵敏地正确地反应出来。敏地正确地反应出来。灵敏性灵敏性 灵敏性用灵敏性用灵敏系数灵敏系数来衡量,并表示为来衡量,并表示为K Ksensen。对反应于数值上升而动作的过量保护(如对反应于数值上升而动作的过量保护(如过电流保护)过电流保护)灵敏性灵敏性 灵敏性用灵敏性用灵敏系数灵敏系数来衡量,并表示为来衡量,并表示为K Ksensen。对反应于数值下降而动作的欠量保护(如对反应于数值下降而动作的欠量保护
19、(如低电压保护)低电压保护)灵敏性灵敏性 可可靠靠性性是是对对继继电电保保护护性性能能的的最最根根本本要求。包括要求。包括安全性安全性和和信赖性。信赖性。安安全全性性:在在不不该该动动作作时时,可可靠靠不不动动作作,即不发生误动作。即不发生误动作。信信赖赖性性:当当发发生生了了属属于于它它该该动动作作的的故故障障时,可靠动作,即不发生拒动;时,可靠动作,即不发生拒动;可靠性可靠性 上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础。在它们之间既有矛盾的一面,又有在一定条件下统一的一面。例如强调快速性时,有时会影响可靠性、选择性和灵敏性,强调选择性时又会影响快速性和灵敏性。继电保护的科学研究、设计、制
20、造和运行的绝大部分工作是围绕着如何处理好这四个基本要求之间的辨证统一关系而进行的。1 19 90 01 1年年 1 19 90 08 8年年 1 19 91 10 0年年 1 19 92 20 0年年 1 19 92 27 7年年 过过电电流流保保护护差差动动保保护护 方方向向电电流流保保护护 距距离离保保护护 高高频频保保护护 微微波波保保护护 行行波波保保护护 继电保护的发展继电保护的发展微机化微机化网络化网络化智能化智能化保护、控制、保护、控制、测量、通信一测量、通信一体化体化微机型微机型 机电型机电型(电磁型、感应型)电磁型、感应型)整流型整流型 6060年代年代晶体管型晶体管型 50
21、50年代年代7070年代年代8080年代年代集成电路型集成电路型 9090年代年代装置发展装置发展5 50 0年年代代 7 70 0年年代代 微机保护基础微机保护基础我们熟悉的计算机系统我们熟悉的计算机系统世界公认的第一台通用电子数字计算机:1946年由美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的莫奇利和埃克特领导的科研小组建造的。计算机的发展经历了四代。第一代电子计算机(19461958年)主要特征:采用电子管作为基本逻辑元件。存储器早期采用水银延迟线,后期采用磁鼓或磁芯。第二代电子计算机(19581964年)主要特征:是采用晶体管作为逻辑元件。内存主要采用磁芯存储器,外存开始使用磁盘。第三代电子计算机(1
22、9641974年)主要特征:采用半导体中小规模集成电路作为逻辑元件,半导体存储器取代了沿用多年的磁芯存储器。第四代电子计算机(1974年以后)主要特征:采用大规模集成电路作为逻辑元件。计算机模型冯诺依曼型计算机用来存放计算程序及用来存放计算程序及参与运算的各种数据。参与运算的各种数据。可以分为内存储器和可以分为内存储器和外存储器。外存储器。用来实现算术、用来实现算术、逻辑等各种运算逻辑等各种运算 实现计算程序实现计算程序和原始数据的和原始数据的输入输入 实现对整个运实现对整个运算过程的有规算过程的有规律的控制律的控制 实现计算结实现计算结果的输出果的输出 计算机用于现场工业控制的例子举不胜举计
23、算机用于现场工业控制的例子举不胜举250 Kb/s,16位,16路高分辨率多功能数据采集卡能够提供隔离数字量输入能够提供隔离数字量输入通道和隔离数字量输出通通道和隔离数字量输出通道道,隔离保护电压可达到隔离保护电压可达到2500VDC.它们是要求采它们是要求采取高电压隔离工业应用的取高电压隔离工业应用的理想选择理想选择.此外此外,所有输出所有输出通道都提供高电压保护通道都提供高电压保护8 通道隔离数字量输入和 8 通道继电器输出卡CAN总线总线接口卡接口卡微机保护的构成微机保护的构成测量部分测量部分逻辑部分逻辑部分执行部分执行部分定值定值测量部分是将保护对象的测量部分是将保护对象的有关电气量经
24、互感器变换有关电气量经互感器变换输送到继电保护装置,进输送到继电保护装置,进行测量或计算,并与给定行测量或计算,并与给定的定值进行比较,得到用的定值进行比较,得到用于判断保护是否该动作的于判断保护是否该动作的一个结果,作为逻辑部分一个结果,作为逻辑部分的一个输入条件。的一个输入条件。逻辑部分是将若逻辑部分是将若干个测量部分的干个测量部分的结果、出现的时结果、出现的时间顺序并考虑其间顺序并考虑其它一些特定的状它一些特定的状态按照一定的逻态按照一定的逻辑关系构成保护辑关系构成保护是否动作于跳闸是否动作于跳闸或发信号。或发信号。执行部分是保执行部分是保护动作跳闸或护动作跳闸或发信号的执行发信号的执行
25、机构,一般是机构,一般是继电器的空接继电器的空接点输出,接于点输出,接于变电站的直流变电站的直流操作回路,实操作回路,实现对断路器的现对断路器的控制。控制。定值是根据电力系统的定值是根据电力系统的结构、参数及运行条件、结构、参数及运行条件、整定计算的原则计算或整定计算的原则计算或根据运行经验给出。根据运行经验给出。对对于于一一个个具具体体的的微微机机保保护护装装置置,通通常常将将硬硬件件电电路路按按功功能能分分别别布布置置在在几几个个PCBPCB板板上上称称为为保保护护的的“插插件件”,各各插插件件安安装装于于一一个个机机箱箱中中,采采用用总总线线把把各各插插件件联联系系在在一一起起,构构成一
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