继电保护教材

1、玛纳斯发电公司继电保护技术培训教材二零零四年七月目 录第三章 控制、测量继电保护与自动装置-02第一节 断路器的控制回路-02第二节 闪光装置-08第三节 电气测量仪表-09第四节 继电保护-21第五节 自动装置-57第四章 直流电源设备与信号装置-96第一节 直流电源设备-96第二节 信号装置-106第三章 控制、测量继电保护与自动装置第一节 断路器的控制回路 一、断路器的控制方式 高压断路器是发电厂及变电站的重要电气设备，其作用是：正常运行时接通和断开高压电路，改变一次设备及主系统的运行方式；故障状态下切除故障设备，保证主系统安全运行，减轻故障损失。断路器的控制方式有： 就地控制，即在断路

2、器近旁安装控制设备进行控制，主要对不重要断路器的控制，例如发电机电压母线的用户直馈线路断路器，某些厂用机械的馈电线路断路器等。 远方控制，即在专设的控制室内控制屏上对相距数百米以内的断路器、升压变压器断路器、高压母线断路器、1kV以上输电线路断路器等。 1、断路器的控制回路的基本要求断路器的控制回路应满足以下基本要求： (1)手动（或自动）跳、合闸动作完成后，应自动解除命令脉冲，断开跳、合闸回路，以免跳合闸线圈长时间带电。 (2)跳、合闸电流脉冲一般要直接作用断路器操作机构的跳、合闸线圈。但对于电磁操作机构，因其合闸电流很大，需要通过辅助合闸接触器间接接通合闸线圈回路。(3)应有防止断路器产生

3、跳跃的闭锁措施。(4)在断路器控制地点，应有反映其工作状态的位置信号和自动合闸、自动跳闸的显示信号。(5)一般情况下，每台断路器的控制回路要经熔断器接入操作电源。(6)接线简单可靠，使用电缆芯数最少。(7)应有跳、合闸回路及操作电源是否完好的监视装置。(8)对于线路开关及变压器出口开关的气压、液压和弹簧储能操作的断路器，应有压力是否正常、弹簧是否拉紧到位的监视和防止误操作的措施。(9)对于分相操作的断路器，应有监视三相位置是否一致的措施。 二、断路器控制与信号回路的构成 断路器的控制回路一般由跳、合闸回路，防跳回路，位置信号回路，事故跳闸音响信号回路部分构成。 （1）跳、合闸回路。 以我厂6k

4、V开关为例的断路器跳、合闸回路介绍。 进行合闸时，将控制开关KK扳向合闸位置，其接点闭合，合闸接触器HC起动，HC的触头闭合接通合闸线圈HQ回路，使断路器合闸。进行跳闸时，将控制开关KK扳向跳闸位置，其接点闭合，跳闸线圈TQ带电使断路器跳闸。为了达到上述基本要求，在此跳、合闸回路中采取了如下措施： 在合闸接触器HC起动回路，串接了断路器的辅助常闭接点DL1，在跳闸线圈TQ回路，串接常开辅助接点DL2，这样即可达到每次合（或跳）闸动作完成后，自动地切断命令脉冲，防止合（或跳）闸线圈长时间带电的要求。 继电保护装置出口继电器ZJ的触点与控制开关的跳闸触点并联，以实现自动跳闸。 由于采用的是电磁操作

5、机构，在合闸回路使用了辅助合闸接触器。 （2）防跳回路 防跳就是防止断路器发生连续跳、合的跳跃现象。断路器跳跃使其遮断能力严重下降，长时间跳跃会造成断路器损坏，也会影响用户和电网的工作。使断路器产生跳跃的原因很多，比如手动合闸到故障回路上，操作人员未及时使控制开关复归，或合闸触点有卡住现象，都会出现跳跃现象，我厂断路器均采用电气防跳装置。 利用防跳继电器构成的防跳电路实例：（以我厂6kV高压开关为例），如图3-1所示：图3-1 6kV高压开关 图中防跳继电器TBJ是一个电流起动电压保持的中间继电器。其电流线圈串接在跳闸线圈回路中，电压线圈经过本身常开接点与合闸接触器回路串联。在每一次断路器跳闸

6、时，跳闸电流通过TBJ电流线圈使其起动，并保持到跳闸动作完成。同时，其常开接点TBJ1打开切断合闸回路，如果此时存在有来自控制开关的合闸脉冲，则TBJ的电压线圈将带电并自保持，即使断路器已跳开，TBJ电流线圈中已无电流，电压线圈会一直保持在动作状态，直至合闸脉冲消失，这样就有效的防止了跳跃现象的产生。触点TBJ3的作用是保证每次跳闸时有足够长的跳闸脉冲时间，同时也避免继电保护动作跳闸时由于保护出口继电器触点复归过早而烧伤。为了保证防跳装置工作的可靠性，防跳继电器的参数必须与操作机构的参数配合，其动作电流灵敏度应不小于2，其动作时间不应大于断路器辅助触点切换的时间。 （3）事故跳闸音响信号回路为

7、了在断路器自动跳闸时立即引起值班人员的注意，断路器设置有事故跳闸音响信号起动回路。通过此起动回路，使中央事故信号装置的电笛发出音响。SYM为事故音响小母线，只要将负电源与此小母线连接即可发出事故音响信号。事故跳闸音响信号，一般采用“不对应起动，就是控制开关在合闸后位置，而断路器在跳闸位置时起动。 三、厂高变高压侧断路器控制回路 图3-2为厂高变高压侧断路器控制回路合闸功能单元的输入部分是储能电机和手力储能轴的轴端，它能使断路器的合闸弹簧储能，输出部分使驱动凸轮。当1KK开关把手扳向合闸位置，其接点接通时，合闸电磁铁执行合闸指令，电磁铁的动铁芯使储能弹簧的保持机构解体，由储能弹簧带动驱动凸轮进行

8、合闸当1KK开关把手扳向分闸位置，其接点接通时，分闸电磁铁执行分闸指令，分闸电磁铁的铁芯使合闸保持机构解体，完成断路器的分闸。 Yq：合闸电磁铁 Y1：分闸电磁铁 S1：辅助开关 S3：与储能联动的微动开关 K1：防跳继电器断路器内部设有合闸电磁铁线圈与断路器主触头状态之间的联锁，如果断路器处于合闸状态，断路器内部的辅助开关接点S1将合闸电磁铁线圈电气回路断开，无论合闸信号是否给出，断路器将不能进行合闸。 断路器内部装有防跳继电器K1，用于防跳。当手动合闸遇到故障时，保护将断路器跳开，中间继电器K1因断路器储能联动的微动开关的切换处于动作状态，切断了合闸回路，此时手动合闸命令没有撤除，但断路器

9、不会合闸。直到撤消手动合闸命令后，K1才会复位，合闸回路又处于准备合闸状态。图3-2厂高变高压侧断路器 四、MK开关的传动机构 MK开关是电磁合闸，永磁保持，反磁分闸的传动机构，控制回路如图3-3所示。 MK开关的关合与分断是借助具有特殊功能的传动电磁铁来完成，传动电磁铁的合闸线圈通电时，铁芯吸合，使常开触头闭合，常闭触头打开，随着其辅助触头的常闭接点打开，使合闸线圈QH断电，电磁铁中具有足够大的永磁吸力将铁芯牢固吸住使断路器保持在关合位置。 在分断时，通过其控制电路接点，使传动电磁铁中分闸线圈QT1通电产生一个反向磁场与永磁磁场相排斥，在弹簧反力的作用下而使铁芯瞬间打开，断路器快速分断推杆的

10、上方还有一个备用脱扣电磁铁，它是在反向磁场因故障不能及时建立时，经极短的延时后其线圈QT2通电，在分断弹簧及触头弹簧反力作用下，断路器随即分断。此时位置开关接点QW动作，接通中间继电器，其接点发信号。 备用脱扣电磁铁的设置使断路器具有双重保护功能，从而更加可靠。1、合闸回路 断路器处于正常分闸位置时，位置开关QW和开关辅助常闭触头QF均闭合，K1得，此时，给一个合闸脉冲，合闸接触器KM得电闭合，使断路器合闸线圈激磁，铁芯向上运动并闭合。此时K1失电，KM自动断电，断路器靠机构中的永磁而使铁芯可靠地保持在合闸位置。同时QF辅助触头接通指示灯H3而显示合闸状态。2、分闸回路 断路器处于合闸状态，此

11、时给一个分闸脉冲，QF的反磁分闸线圈QT1得电使铁芯克服永磁吸引下落，同时KT也通电延时，如QT1拒动100ms后QT2激磁动作带动铁芯冲击QF锁杆，使QF分闸。若QT1可靠动作KT返回，QF2将不动作。QF分闸时，其辅助接点使分闸指示灯H4亮，显示分闸状态。 QT2动作后仅机械锁扣打开，断路器触头分闸，而机构的铁芯仍在合闸位置，断路处于不对位状态，此时，锁杆后倾使位置开关QW动作，开接点闭合，K2得电，指示灯H5亮，发QF分闸故障信号。这时必须检查QT1分闸回路故障原因，予以排除。图3-3 MK开关 3、灭磁过压信号回路 主电路中电流继电器在过压或灭磁时动作，其触点闭合，使可控硅开关K3接通

12、。 灭磁时QF断开，灭磁信号由K5动作发出PC2计数，由于过电压或灭磁动作时间很短，不能保证继电器可靠动作，故采用具有保持功能的可控硅开关K3，使信号保持，SB3是复位信号按钮，R03用于K3的电流保持。 4、三台整流柜交流侧开关跳闸后联跳灭磁开关 当发电机三台整流柜交流侧开关跳闸后，其串接的三个常闭DW1、DW2、DW3接点接通，在“整流柜联跳MK”压板投入的情况下，将灭磁开关MK跳闸。 5、发电机转子电压保护 发电机转子灭磁和过电压保护装置是用高能氧化锌压敏电阻配以与磁场开关并联的特制熔断器组成，它用于同步发电机励磁回路，与磁场开关配合，作为发电机转子回路故障状态下灭磁能量和任何状态下过电

13、压保护。 原理介绍 发电机正常励磁时磁场开关QF闭合，断口电压为零换流熔断器由其控制器ST闭锁，无电流通过，此时RV1、RV2直接与转子及励磁电源并联，此时只要有过电压产生，达到RV1、RV2的标称电压时，就会被可靠地吸收限制。 发电机事故灭磁时，跳QF，只要其断口能建立起100V左右的电压，F0的控制器ST开启，使主电路电流转移至F0回路，在极短时间内由熔断器F0开断励磁电流，转子电流在RV1中续流，用RV1吸收转子储能并将过电压峰值限制在希望值以下，此时，由RV2吸收和限制励磁电源开断回路可能产生的过电压。电流继电器KA的目的是当灭磁和过压保护动作时，提供动作信号，并驱动计数器计数。6、事

14、故跳闸音响回路图中SYM为事故音响小母线，只要将负电源与此小母线连接即可发出事故音响信号。事故跳闸音响信号，一般采用“不对应起动，就是控制开关在合闸后位置，而断路器在跳闸位置时起动。 五、发电机出口断路器控制回路（如图3-4） （1）分、合闸闭锁：当液压操动机构的油压低于合闸闭锁油压时，合闸闭锁压力开关KP3接通，中间继电器K2动作，切断合闸控制回路而使断路器不能电动合闸。 当液压操动机构的油压异常升高时，为使断路器不受损伤，异常压力开关KP5接通，中间继电器K4动作，切断分、合闸控制回路而实现分、合闸闭锁。若断路器内部SF6气体密度继续降低至0.4MPa时，密度继电器KD1的触电接通，中间继

15、电器K5动作，切断分、合闸回路，使断路器不能进行分、合闸。 当液压操动机构的油压低于分闸闭锁油压时，分闸闭锁压力开关KP4接通，中间继电器K3动作，切断分闸控制回路而使断路器不能电动分闸，实现分闸闭锁。 （2）防跳：当手动合闸遇到故障时，保护将断路器跳开，中间继电器K1因断路器辅助开关的切换处于动作状态，切断了合闸回路，此时手动合闸命令没有撤除，但断路器不会合闸。直到撤消手动合闸命令后，K1才会复位，合闸回路又处于准备合闸状态。 （3）事故跳闸音响回路，开关跳闸后，在开关把手在不对应位置时，将负电送到SYM小母线上。 六、110kV断路器控制回路（如图3-5）合闸控制回路：断路器在分闸状态时，

16、转换开关接点52b/1接通，合闸操作信号回路接通时，经磁力开关88M和辅助继电器49MX的常闭触头，63GLS低气压闭锁继电器常闭接点，使合闸线圈52C带电，合闸电磁铁执行合闸指令合闸，断路器合闸带动转换开关转换，52b/1切断合闸回路，52a/15、52a/2接通分闸回路。分闸控制回路：当2KK开关把手扳向分闸位置，其接点接通时，经1TBJ继电器的电流线圈与52a/15、52a/2接点，63GLS低气压闭锁继电器常闭接点，使分闸线圈52T带电，分闸电磁铁动作，执行分闸指令分闸，断路器分闸带动转换开关转换，52a切断分闸回路，52b接通合闸回路。 防跳回路：防跳继电器TBJ是一个电流起动电压保

17、持的中间继电器。 合闸弹簧储能：断路器合闸操作后，限位开关33hb闭合，磁力开关88M带电，接通电动机回路，对合闸弹簧储能，储能到位，机械凸轮使限位开关33hb打开，电动机停机，保护1：电动机打压时间过长，电动机时间继电器48T的延时闭合触点闭合，49MX辅助继电器的常开触电打开，切断电机回路。 保护2：电动机过载保护，当电动机出现过负荷时，使热继电器88M闭合触点断开，切断电机回路。低SF6密度保护：断路器本体内的SF6气体密度降低至报警压力时，密度控制器的报警触点63GA发出报警信号，若SF6气体密度继续降低至闭锁压力时，密度控制器的闭锁触点63GL打开，使断路器不能进行分、合闸。 图3-

18、4 发电机出口断路器控制回路第二节 闪光装置 一、闪光装置的构成 闪光电源装置，作为断路器位置信号灯和其它需要闪光信号灯的闪光电源，用电磁继电器JT3-11/1型闪光继电器构成的闪光装置，电路图2ZJ为JT3-11/1型闪光继电器，YA为试验按钮，BD为白色信号灯，1ZJ为DZS-115型中间继电器；虚框为断路器位置信号灯电路闪光电源装置在无操作、无故障时不工作的，为检验电路是否正常，装设了试验按钮和信号灯，正常运行时BD灯亮，表明直流电源正常，当按下实验按钮YA，负电源经过BD、YA触点与闪光小母线（+SM）连接，再经过2ZJ的常闭接点与1ZJ继电器线圈接正电源，由于1ZJ线圈上有电压降，B

19、D变暗，此时1ZJ线圈两端加上电压，1ZJ继电器动作，其常开触点瞬时闭合，使正电源接在2ZJ线圈上，2ZJ线圈加上电压，2ZJ继电器动作，2ZJ常开接点瞬时闭合，使正电源直接与（+SM）连接，信号灯BD的电压突然升高变亮，同时常闭接点打开，使1ZJ继电器线圈失电，经过一定延时，继电器1ZJ返回，常开接点打开，使2ZJ继电器失电，常闭接点经一定延时闭合，BD变暗。接着1ZJ继电器又开始重复上述过程。这样信号灯BD就出现连续闪光直到放开实验按钮YA。 二、动作过程当断路器事故跳闸时，断路器辅助触点ZKK接通，（+SM）小母线上的正电经控制开关KK的触点13、14，绿灯LD、电阻R和断路器辅助触点Z

20、KK连通，至断路器-KM控制小母线，使跳闸位置信号灯绿灯LD闪光，直至复归控制开关把手至跳闸后位置，使触点13、14断开为止。发电厂需要闪光的信号灯很多，这些信号灯回路都要并联在闪光母线（+SM）和负电源母线之间。图3-5闪光原理图、断路器控制回路闪光回路图第三节 电气测量仪表一、概述电气测量仪表按用途、结构原理、测量参数等有多种类型，我们这里仅介绍电气测量仪表的基本原理，盘用表的测量回路，以发电机的测量为例，并简要介绍我厂已安装和将要安装的数字式仪表。电气设备的运行状态，是通过各种参数的仪表指示显示出来的，电气值班人员，是通过各表盘的电气测量仪表对电气设备、输电线路进行检查、监视其运行状态的

21、，人们常把测量仪表作为电力工业的“眼睛”。电气值班员是通过仪表的指示进行调整和异常运行及事故判断的，对发电厂来说没有测量仪表，是不可能有安全运行的。测量仪表的准确与否，直接关系着发电厂的安全、经济运行，了解并掌握电气测量仪表的原理、特性、测量接线回路，对电气值班员是很必要的。二、磁电、电磁、电动系测量仪表测量机构与原理磁电系测量仪表机构：如图3-6基本原理： 在没有测量仪表信号时，测量仪表由游丝S的作用，调至指针b指向表盘刻度0位。测量时起反转距作用。当可动线圈通过电流时，可动线圈3与永久磁铁1所产生的磁场相作用，产生电磁转距，带动转轴、表针偏转。制造调试成指针的数值与被测量设备的参数对应相等

22、，与游丝的反转距平衡，即可得到测量的目的。其力矩平衡为M反=M转。用于直流电的测量（直流电流、电压）。 图3-6 磁电系仪表测量机构（a）测量机构 （b）电流路径1-永久磁铁；2-极掌；3-圆柱形铁芯；4-可动线圈；5-游丝；6-指针电磁系测量仪表机构：如图3-7、图3-8基本原理： 在扁线圈（固定）流经电流后，在线圈1内产生磁场，并使可动铁片2磁化成磁铁，并与扁线圈磁场作用产生转距。在未通电流前，仪表在游丝的作用下可将指针3调至0位。当扁线圈通电流后与可动铁片产生转距，其转距的大小为： (K-系数，N-线圈匝数，I-线圈通过的电流)其转距与游丝产生的反转距平衡M转=M反。 在制造调校时使表针

23、在表盘上的指示与被测参数一对应，得到测量的目的。阻尼片、平衡锤是保证指针偏转时平稳，磁屏蔽是防表外磁场的影响。电磁系仪表和线圈电流的方向无关，其转距方向不随电流方向改变，可用来测量交流参数（交流电流、电压）。 图3-7 扁线圈吸引型测量机构 图3-8 圆线圈排斥型测量机构1-固定线圈；2-可动铁片；3-指针；4-阻尼片； 1-固定线圈；2-定铁片；3-转轴；4-动铁片；5-游丝；6-永久磁铁；7-磁屏蔽 5-游丝；6-指针；7-阻尼片；8-平衡锤；9-磁屏蔽 图3-9 电动系测量机构 图3-10 电动系测量机构的工作原理 1-固定线圈；2-可动线圈；3-指针；4-阻尼片；5-游丝；6-阻尼盒电

24、动系测量仪表机构：如图3-9、图3-10工作原理：电动系测量仪表有两个通电流线圈：固定线圈，可动线圈。在没有电流通过时，表针在游丝的作用下经调校指在刻度盘（表盘）的零位。当有电流通过时，两线圈产生电磁转距M=K1B1I1=KI1I2=K，K是一系数，在制造上使其产生的转距与两线圈的电流的乘积成正比，动圈带动表轴与指针偏转，并使测量参数与指针在表刻度盘上的指示数值相等（或对应）。其转距与游丝的反转距保持在不同位置的平衡，得到测量的目的。 当电动系仪表用于交直流测量，其转距不仅与二线圈电流的大小有关，还与二电流I1、I2间的相位差的余弦有关：,所以，电动系仪表不仅可以制成交、直流电压表，而且可制成

25、各种功率表，用于各种电路的测量。另外还有铁磁电动系，感应型等测量机构，这里不一一介绍了。 三、数字式测量仪表近代科学技术的发展，使电气测量仪表采用了以电子技术为主体，能够自动地将被测量用数字形式直接显示出来的，精度高、量程广、灵敏、快速准确的新一代的数字式测量仪表。常用的数字式仪表有数字式电压表、频率表、相位表、功率表等。数字式仪表的特点和普通电工仪表相比有以下明显优点：1、读数方便，没有视差：测量结果直接用数字显示，不会产生观看表针产生的误差。2、准确度高：数字式仪表没有机械转动部分，没有摩擦，风阻等误差，所以可以达到很高准确度，有的仪表所达±0.01。3、测量速度块：如PZ数字式

26、电压表每秒可达50次，而普通指示仪表测量速度要34秒钟一次。4、输入阻抗高，仪表损耗小，数字式电压表的损耗功率只有4×10-11W。5、灵敏度、分辨率高。6、便于远程传输，实现遥测。其缺点是价格比较高。 数字频率表数字频率表是通过电子电路，自动计算被测交流每秒变化的次数，或者测量交流量变化的周期，并以数码管或液晶进行显示的仪表，称为数字频率表。测量每秒钟交流波形变化次数的数字频率表的原理框图，如图3-11。由被测信号经整形放大、控制门与石英振荡器，分频器发出秒信号控制后到脉冲计算器显示。各环节的主要作用是：整形放大环节：是把被测信号fx放大后加以整形，以得到前沿陡峭的尖脉冲。整形的方

27、法是利用施密特触发器把被测信号变成方波，再通过RC微分电路得到便于计数的尖顶波，尖顶波出现的次数与触发器产生方波的次数、被测信号电压变化的次数相等。以尖顶波的形状送入控制门。石英振荡器与分频器环节：产生标准的时间信号，按规定时间（如每1秒钟）向控制门发出一个控制脉冲。石英振荡器是一个高频振荡器（f1MHz），经分频器转换成每秒一个低频脉冲。控制门环节：是一个门电路，当门打开时被测信号脉冲可以通过，关闭时则不能通过。如开通的时间为1秒，在开通时间内刚好测量的是频率数。控制门接受第一个秒信号时打开，第二个秒信号时关闭，第三个信号时再打开，第四个秒信号再关闭，依次循环不止，不间断地向脉冲计数器提供被

28、测频率值。脉冲计数环节：由累加器、译码电路、数码管（或液晶）组成，主要作用显示出频率数值。 图3-11 数字频率表方框图利用频率变化次数进行测量地数字式频率表其主要缺点是测量低频率时误差大。为解决这个问题，采取测量信号周期地办法来测量频率（或）. 图3-12 V-T型数字电压表方框图数字式电压表数字式电压表，按构造原理种类很多，但其环节却大体相同。有电压测量，电压转换计算，累加、译码、显示等环节组成。以V-T型数字电压表为例，加以说明。V-T型数字电压表，原理方框图，如图3-12，其原理是：将被测电压变换成时间间隔，和电压成正比（）,再经脉冲控制，计数显示出电压的数值。各环节的作用如下： 斜波

29、电压发生器：是一个锯齿波发生器，它产生的电压是下降的直线如图3-13。被测电压Ux送入电压比较器。电压比较器：有两个，被测电压比较器和零电压比较器是将斜波电压UH与被测电压Ux及零电压Uo进行比较后，分别送给控制门以开门信号和关门信号。控制门：是控制计数器的开始计数式停止计数。当被测电压Ux=Uk开门电压时，计数器开始计算，当被测电压Ux为零时，控制门关闭，计数器停止计数，显示为00000。例：标准脉冲频率为106Hz，斜波电压的斜率为100V/sen,即控制门每1V的开放时间为sen，而每秒通过的标准脉冲数为×106104个，计数器显示为10000，在第四位后加个小数点则得数值为1

30、000毫伏，即1V。数值得选择可随着测量电压值得大小，进行改换V-T型数字电压表用于测量直流电压。若测量交流电压，应采用交流数字电压表，只要增加一个将交流电压变换成直流电压信号得环节，即可进行交流电压的测量。图3-13 V-T型数字电压表的工作原理综上所述，指示仪表均由测量线路与测量机构组成，测量机构是把被测量（或过度量）变成所动部分的偏转角而显示仪表是把被测量转换成数字并显示出来。四、全电子式多功能电能表现在电能计量装置普遍采用全电子式电能表，它采用大规模专用集成电路和SMT电子装联生产工艺，可同时计量正、反向有功电量，感、容性无功电量，正、反向有功最大电量，为四费率分时电能表，在接口方面，

31、全电子式多功能电能表具有校表用脉冲接口，远动用脉冲输出接口，抄表用 图3-14 DSSD-331型电能表工作原理数据通信接口，可以对电能量进行远方集中抄表，全电子式电能表由电压互感器、电流互感器，高精度高速专用模数转换器(A/D),电能计量专用集成电路，实时时钟，不易挥发数据存储器，大画面液晶显示器，开关量接口，数据通信接口，高性能开关电源等电路模件构成。电压、电流模拟信号通过互感器、A/D转换等信号处理电路后，进入专用集成电路进行电能量的计量和各项分析处理，结果保存在数据存储器中，并随时向外部接口提供信息路由器和进行数据交换，其原理图如图3-14 五、电能计量远程抄表系统、电能计量远程抄表系

32、统结构图如图3-15所示。 ALPHA ALPHA ALPHA电能表7 CL818采集器 ALPHA ALPHA ALPHA电能表8 CL818采集器 ALPHA ALPHA ALPHA电能表9 CL818采集器GPS报表工作站主机打印机路由器厂用MIS网DEC Alpha Server 1200 NT / ORACLE图3-15 电能计量远程抄表系统结构图、主要功能： 1、能够完成电量的采集、传送、处理、存储、统计。2、能保证电量数据采集、存储的准确性、可靠性、完整性和唯一性。3、系统数据库能分时段、带时标存储一年以上电能量数据，包括原始数据；根据需要可把数据库内各类数据制成报表打印输出或在

33、其它存储介质中保存。4、各种数据采集后能够自动生成各种报表，并能自动计算各种电量计算及指标计算，各种报表数据，具有按月、日、班、时抄读、查询等功能。5、能自动计算新、旧两种厂用电率及变损，并生成报表。6、抄表系统具有良好的人机联系手段，便于用户完成各类参数的设置及功能操作，包括：告警功能、各类曲线、报表显示功能，定时和召唤打印报表等。7、系统能够提供基于浏览器的数据查询功能，在一定的权限范围内，能够实现在局域网上用通用的浏览软件来查看电能量的原始数据和应用处理数据。8、具备安全保密的功能，特别是对数据库文件的存取、计量的修改应设定相应的用户权限及访问条件，并做到原始数据不可修改。六、电气量的测

34、量电气量的测量，有电流、电压、电功率、功率因数、频率、电能等参数的测量。电气量的测量由被测量测点，被测量电流、电压经电流、电压互感器变换，再经电缆转送到表盘进口端子排，由表盘内连线接至各测量仪表。为了简化内容，以发电机测量回路为例（或发变组），以图为主，并以电工等测量原理接线，说明测量原理。发电机变压器组的测量仪表配置与控制信号盘面布置图，表盘的上部是测量仪表。表盘中部是发电机变压器组保护的光字信号。再向下是发电机变压器组的控制台面，有控制按钮。操作开关，断路器位置指示灯，电气汽机联络信号等。交流电流测量回路交流电流测量回路如图3-16，由电流互感器5LH,3Lha、b、c相的头，经A451、

35、B451、C451、A431、B431、C431上表盘端子排，再经各表的电流线圈至N451、N431，分别回到5LH、3Lh两组电流互感器的尾部。A表示电流表，W表示有功功率表，YAR表示无功功率表，WF、表示有功变送器，Wh表示电能表。 图3-16 交流电流的测量、保护回路交流电压测量回路，如图3-17，各测量仪表的电压线圈，均并联在电压互感器二次侧各相间。其测量回路由电压互感器1YH的出线端子，经熔断器、电压互感器隔离开关、表盘端子排，至各出；测量仪表的电压线圈，回到电压互感器的另一相（或中性点）构成回路，交流电压回路中的V表示电压表，Hz表示频率表。三相有功、无功功率表及测量原理三相有功

36、功率表的测量：接线：如图3-18，是测量三相三线制的两元件三相功率表，经电流、电压互感器的接线图，（16D3-W，电流8000A/5A，10kV/100V）。 图3-17 交流电压的测量、保护回路 图3-18 三相功率表经仪用互感器接入电路(有功)原理：电动系三相功率表由两只单相功率测量机构组成，其转距作用在一个共同的表轴上，总转距等于两个单相转距的和。其原理同用两个单相有功功率表测量三相有功功率，如图13的接线把两个元件看成两个单相功率表测量的功率。,为两相功率的瞬时值，、为其一个周期内的相应平均值。三相的总功率应是：在对称负荷时：或P=P1P2测量功率正好是按图3-18接线时的三相有功功率

37、。如果使表盘的刻度值乘以互感器的变比，使表盘上的刻度值与被测三相功率相对应，表计指示的就是某一时刻被测的三相有功功率。图3-19 三相功率表经仪用互感器接入电路三相无功功率的测量：接线：如图3-19。原理：三相有功功率：三相无功功率：，三相无功功率表，基本结构与两元件三相有功功率表相同。如按人工中性点原理构成的三相无功功率表16D3-VAR表，电流为8000A/5A，电压为10kV/100V，两元件在转轴上产生的转距应乘以，仪表制造时已考虑了这个倍数，再乘以互感器的变比，仪表可以直接指示出被测发电机的三相无功功率。人工中性点法测量三相无功功率接线及向量图，如图3-20，(对称负载) ,所以仪表

38、制造时要考虑倍。 图3-20 人工中性点法的测量电路与向量图三相有功功率的测量，还有测量单相，或三表法等测量接线方法；三相无功功率的测量还有三表三相法测量电路的测量方法。图3-21 三相有功、无功电能表和仪用互感器的联合接线图3-22 两元件双盘电能表的原理结构图1-第一组元件；2-第二组元件；3-转轴；4-端钮盒三相有功、无功电能的测量三相有功功率的测量接线方式、原理也适应有功电能的测量，只是电能的测量还要计算功率的使用时间，用三相有功电能表进行测量。三相无功功率的测量接线方式、原理，同样适应无功电能的测量，只是选用具有累积电能（具有功率计时机构）的三相无功电能表进行测量。三相有功、无功电能

39、经互感器的测量如图3-21，两元件双盘电能表的原理结构图。如图3-22。功率因数（cos）的测量：三相对称电路的功率因数的测量，通常用D31- cos电动系三相功率表进行测量，其接线和相量图如图3-23。仪表的电流线圈，取B相电流I，电压分别取B、A相，B、C相间电压，UB、A、UBC，I1、I2分别与UAB，UB、C同相。I1与IB的相位差; I2与IB的相位差;对于制造好的功率因数 图3-23 D31-COS型表的接线和向量图仪表的偏转角是三相功率因数角的函数，也就是功率因数cos.的函数。即,根据这一关系进行刻度，即可用来测量三相电路的功率因数。六、测量误差与仪表常见的故障电气运行人员，

40、了解仪表测量过程中可能产生的误差及仪表容易发生的故障，对分析、判断电气设备、输电线路的运行状态是很有必要的。、仪表的测量误差 仪表及其测量误差，分为过程产生的误差和仪表本身产生的误差，仪表的误差，包括基本误差与附加误差。基本误差，是在正常工作条件下由于仪表机构、工艺不完善产生的误差；附加误差，是仪表偏离了正常工作条件产生的误差，如温度、频率、波形、工作位置、外电场或磁场超出了规定的界限而产生的额外误差。 仪表误差一般的表达方式，绝对误差用表示，它是仪表指示值Ax与实际值Ao之间产生的误差。AxAo为了便于说明误差影响的程度，常用相对误差r表示。测量误差，包括系统误差、偶然误差、疏失误差、系统误

41、差是测量过程中因标准度量、仪表刻度不准等带来的误差，二是测量方法带来的误差，如采用近似公式、接触电阻、热电势、人员观察等产生的误差。偶然误差，是由于大小符号不固定产生的误差。如温度、电磁场等的偶然变化，引起的偶然误差。疏失误差，是由测量过程中的疏失引起的误差，如读数不正确，记录不正确，接线错误等，这是一种歪曲测量结果的误差，影响很大，应予防止。、测量仪表运行中常见的故障测量仪表运行中的故障，发生在测量回路与仪表本身，测量回路的故障有回路运行中断线、短路，如电压互感器高、低压侧熔断器熔丝熔断、电缆损坏造成测量回路断线或短路，使测量信号失去；另外是电流、电压互感器损坏，接线端子接触不良，烧损也会造

42、成测量回路断线或电阻增大。测量回路接线错误使仪表指示失常、反向（反转）或者无指示等。测量回路接线错误多发生在新装及改装后。测量仪表故障有转动机械件磨损，造成仪表指示不正常或者卡住；通电线圈绝缘破坏、烧坏等故障。以上故障都会造成仪表指示失常、卡住、反转（反指向）、无指示等不正常现象。仪表的故障还有表壳破损，玻璃损坏、浸水、受潮等异常运行状况。七、电能计量远程抄表系统常见故障与处理方法现场机械式电能表已更换为电子式电能表，并且已安装电能计量远程抄表系统，提高了电能计量的准确性，节省了电气运行人员抄表的时间，现将抄表系统中常见的故障与处理方法叙述如下：、在报表中出现某一块电能表的数据偏大或偏小，这是

43、电能表本身内部电路出现问题，此时应更换新的电能表，电能表更换后要对电能表写地址，并在采集器中对所更换电能表的地址进行更新。电能表无法抄到数据，其中的原因有：1、电能表485通讯口出现问题，此时可以用万用表测量通讯口，若无电压则证明通讯口损坏，应更换新的电能表。2、检查采集器与电能表之间的通讯线是否有松动或没有接好，若有应接好。 3、在采集器中所有电能表的数据都没有，此时应检查采集器中的程序是否出现故障 ，重新启动采集器，用手动采集，若能够采到数据，则采集器正常，若还是无法采到数据，应联系厂家进行处理。4、在报表工作站中没有电能表数据，检查报表工作站与采集器的通讯是否完好，检查报表工作站的前置机

44、程序是否运行，若采集器与报表工作站无法通讯应重新启动采集器和报表工作站，启动前置机程序。5、报表无法正常打印，检查报表打印程序是否正常运行，若没有运行，应重新启动报表打印程序，若还是不能打印，应重新安装报表打印程序，或联系厂家处理。第四节 继电保护 一、数字型继电保护的硬件 一、模拟信号与数字信号 1、模拟信号和数字信号 模拟信号其波形在时间上和幅值上都是连续变化的，称其为时域连续信号，而时域离散信号是在离散的时间上定义的信号，因而独立变量仅取离散的时间值，又成为序列，即对一个数字序列X，它的第N个数字以X（N）表示时,可用公式写为X=X（N）（+）,离散的正弦序列对模拟正弦波形采样可以获得，

45、所以又称X（N）为序列的第N个采样值。虽然横坐标是一条连续的直线，但X（N）仅仅对整数N有意义，对非整数X（N）是没有意义的，不能将其想象为零，两个重要序列单位采样数列n数学公式表示为(n)=单位阶跃序列U (n)= = 可把它看作在特定条件下单位采样序列的叠加。指数序列也是常见的典型序列，可用数学公式表示为： X(n)=nU(n) X(n)= 2、模拟信号的离散化采样定理计算机只接受数字信号，而实际的电力系统为模拟系统，其电流、电压、功率等均为模拟量，要在计算机上实现对电气设备的保护和控制，首先要把模拟信号转换成与之对应的数字信号，通过计算机计算、分析、判断后才能实现保护逻辑，联系模拟信号的

46、纽带定理是采样定理，有些信号量本身就是数字信号（断路器的位置等）只需电平的转换隔离变成计算机能接受的电位开关位置信号就可通过计算机直接处理。 数学上表示连续的模拟信号的关键是某一时刻信号的大小，对数字信号来说虽然在时间上是离散的，但在时间作为横坐标幅值，作为纵坐标的平面上同样能够完整的把信号的特征表示出来。 通过一定的数学抽象，把连续信号离散化成数字信号称为对模拟信号的采样，在实际电路中，可通过模数转换电路实现模拟信号转化成数字信号的过程，每隔固定的时间Ts读取一次f（t）的瞬时值组成序列就完成对模拟信号的采样Ts，称为采样间隔，1/Ts=Fs称为采样频率。 正弦信号为： 每隔固定的时间Ts读

47、取一次f（t）的瞬时值： 采样的意义在于从连续的信号中，采集信号的样本用离散信号表示连续信号在什么条件下一个离散信号序列可以表示唯一的连续信号。 采样定律就是使信号f（t）被采样后能够不失真的还原为原来的信号，采样频率必须大于两倍的信号的最高频谱。所谓信号最高频谱指的是对信号进行傅立叶级数分解后所含的最高频率分量。 为了符合采样定律，数字保护装置中输入的模拟量要经过模拟低通滤波器滤除高频分量才进行模数转换器，进行电流电压的转换和采样。 二、数字型继电保护的硬件原理 微机继电保护是以微型机为核心配置相应的外围接口，执行元件实现的计算机控制系统。其硬件构成包括以下四个部分，如图3-24. (1)、

48、数据采集系统 把模拟量信号转换成对应的数字量的硬件电路设备，称为数据采集系统。 (2)、微型机系统 微型机系统的任务是对数据采集系统送来的反映系统运行方式状态的电压和电流量的实时采集数据进行分析和处理，实现各种继电保护功能。同时，在电力系统正常运行时，微型机系统还应实时进行自检提高其工作的可靠性。 (3)、开关量输入和输出系统 使用一些并行接口设备和光点隔离元件完成各种继电保护命令（如出口跳闸，信号报警及外部接点输入和人机对话任务的有关电路称为开关量输入和输出系统。 (4)、人机对话微型机系统图3-24 数字型继电保护的硬件原理用一个专用的微型机系统来完成微型机继电保护的调试、工作方式设定、整

49、定值输入、保护装置定期检查、保护动作行为的记录、保护装置与系统的通信的项目的任务。微型机继电保护的硬件构成原理如图所示： （一）数据采集系统电力系统运行时，各运行变量如节点电压和线路上的电流都是时间的连续函数，即都是模拟量，而数字式的微型机继电保护则是对电压和电流经过采样及模拟转换后，得到的数字量进行计算和分析从而来实现其继电保护功能的。因此，首先必须将来自被保护对象的特征信号交流电压和电流等模拟量进行系列处理，转换成对应的数字量，然后送入微型机，经过数字处理之后实现相应的继电保护功能。反应电力系统输电设备运行状态的模拟量主要有两种：一种是来自电压互感器和电流互感器二次侧的交流电压和交流电流信

50、号：另一种是来自分压器或分流器的直流电压和直流电流信号。上述模拟信号在进入微型机之前，首先被转换成微型机接口设备相匹配的电平信号，经过模拟低通滤波器，除其中的高平分量后，利用采样保持器对模拟信号进行采样、离散化处理，最后经过模数转换器A/D把模拟量转换成相应的数字量后送入微型机的内存单元供保护程序使用。目前，电力系统微型机继电保护的数据采集系统主要有两种形式：即以逐次比较式模数转换器A/D构成的逐次比较式数据采集系统和以电压频率/变换式模数转换器构成的电压/频率变换式（VFC）数据采集系统。在进行数据采集系统设计时，为了保证微型机继电保护装置工作具有较高的可靠性，必须采取一定的抗干扰措施，下面

51、分别介绍这两种数据采集系统的组成原理。 1、逐次比较式数据采集系统 逐次比较式数据采集系统的组成框图如图3-25： 由于微型机继电保护是以电流和电压的采样值为输入量，以微型机作为控制器，以电气设备的断路器为被控制对象的一个开环离散控制系统。对模拟电压和电流的采样一定要满足采样定理，在此前提下，微型机继电保护才有实际意义。 （1）、采样定理与前置模拟滤波器 连续时间信号的采样：在给定时刻，对连续时间信号进行测量的过程，称为连续时间信号的采样。相邻两个采样时刻的时间间隔称为采样周期，通常用Ts来表示。在微型机继电保护装置中对电压和电流量的采样是以等采样周期间隔来表示。采样周期Ts的倒数称为采样频率

52、，用fs表示，即fs=1/Ts 采样过程可用图3-26表示为 图3-26采样过程采样信号Xs(t)表达成：Xs(t)= X(t)采样信号Xs(t)与被采样连续信号X(t)之间的关系: X(t)信号通常是指交流电压或交流电流信号,采样序列 是一系列时间间隔相同,幅值为1的脉冲序列.如图3-27。若工频每个周期采样点为N=12时,则采样周期是Ts=20/12=5/3(ms),采样频率是fs=50N=600Hz 采样定理:采样是否成功,表现在采样信号Xs(t)能否真实地反映出原始的连续时间信号中所包含的重要信息,采样定理将回答这一问题.采样定理指出:对连续时间信号X(t)进行采样时,采样频率fs必须

53、大于被采样原始信号的X(f)频谱最大截止频率fc的两倍.如图3-27、3-28。在微型机继电保护装置中，采样频率fs受到数据处理和相应的硬件设备自检程序的限制。当采样频率过高时，采样周期就越短。而数据处理和相应的设备自检程序必须在一个采样周期内完成，否则将造成采样数据的积压。因此，采样频率的过高将给数据处理等程序执行的时间太短，难以在一个采样周期内完成，必须对采样频率的最高选值有一定的限制。前置模拟低通滤波器:在电力系统发生故障时，故障电压和电流信号中含有一定的高次谐波分量，而这些交高频的高次谐波分量并不都是继电保护原理所要获得的反反映系统故障的主要特征量，如不加以滤波，将要求采样频率过高，因

54、此，为了保证采样过程满足采样定理，必须将频率高于某一频率的信号加以滤波，确保采样数据的质量。具体采取的措施是在各模拟信号的输入通道上，在对各模拟信号采样之前装设模拟低通滤波器。模拟低通滤波器可以分为无源滤波器和有源滤波器两种。在微型机继电保护中常用阻容RC低通滤波器，如图3-29滤波器的阶数则根据具体的要求来确定，模拟低通滤波器的幅值特征的最大截止频率，必须根据采样频率fs的取值来确定。例如，当采样频率是1000Hz时即交流工频50Hz每周期采20个点，则要求模拟低通滤波器必须滤除输入信号中频率大于300Hz以上的高频分量。 （2）、模拟输入信号的电平变换 模拟输入信号的电平 变换主要由交流电压和交流电流送换器来完成。起作用有两个：一是将输入信号电平转换成与微型机继电保护装置的模拟输入通道相匹配的允许电平；二是将微型机继电保护装置的内部与外部互感器回路完全隔离，不存在直接的电气信号联系，有利于提高微型机继电保护装置的抗干扰能力。 在微型机继电保护的模拟输入信