城市轨道交通供电第五章城市轨道交通供电系统继电保课件

第五章

城市轨道交通

供电系统继电保护第一节

继电保护的意义第二节

电磁型继电器第三节

瓦斯继电器第四节

几种常用的继电保护分析第五节

直流牵引供电系统的保护原理第六节

城市轨道交通牵引供电系统继电保护的配置第七节

微机保护及综合自动化介绍第八节

微机保护装置的功能及硬件结构第九节

数据采集系统实例第一节

继电保护的意义一、城市轨道交通供电系统设置继电保护的意义电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电五个环节组成的。在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不可避免的。由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。例如，当系统中的某工矿企业的设备发生短路事故时，由于短路电流的热效应和电动力效应，往往造成电气设备或电气线路的致命损坏，还有可能严重到使系统的稳定运行遭到破坏；当35kV不接地系统中的某处发生一相接地时，就会造成接地相的电压降低，其他两相的电压升高，长期运行就可能使系统中的绝缘遭受损坏，也有进一步发展为事故的可能。第一节

继电保护的意义二、城市轨道交通供电系统继电保护1.城市轨道交通供电系统的几种状况（1）供电系统正常运行。（2）供电系统故障。（3）供电系统异常运行。2.供电系统继电保护装置的任务3.对继电保护装置的基本要求对继电保护装置的基本要求有四点：即选择性、灵敏性、速动性和可靠性。4.继电保护的基本原理第一节

继电保护的意义三、继电器的作用和符号名称继电器继电器的触点及出线电流继电器电压继电器时间继电器中间继电器信号继电器气体继电器符号表5.1常用继电器符号表5.2部分常用继电器触点符号及意义符号意义常开接点手动复归常闭接点手动复归延时闭合常开接点延时返回常开接点延时闭合延时返回常开接点常闭接点延时分开常闭接点延时返回第二节

电磁型继电器一、电磁型继电器的作用原理

电磁型继电器是通过电磁铁的电磁力使其可动的机械部分运动，并带动继电器的接点转换，实现输出信号的改变（接通或断开外电路）。由于各种电磁型继电器的用途不同，所要求的性能也不同，因此电磁铁系统的构造也不同。通常制作成图5.1所示的三种形式，即螺管线圈式、拍合式和转动舌片式。但不论何种形式的电磁继电器，基本都由电磁铁芯、可动衔铁、线圈、接点、反作用弹簧、止挡等部分组成。当继电器的线圈接入电流Ik时，电磁铁芯中就会产生磁通和电磁力Fem，如果电磁力大于弹簧的反力，则可动衔铁被吸动，并带动继电器的接点切换。由电工学原理得知，交直流电磁铁的吸力Fem与磁通密度B或磁通的平方成正比，其基本表达式为(5.2)由于磁路存在气隙而不饱和，且线圈的匝数一定，故磁通与线圈电流成正比。因此，电磁力Fem或者电磁力矩Mem与电流的平方成正比，即(5.3)第二节

电磁型继电器一、电磁型继电器的作用原理（a）螺管线圈式

（b）拍合式

（c）转动舌片式图5.1电磁型继电器原理结构图1—电磁铁芯；2—可动衔铁；3—线圈；4—接点；5—反作用弹簧；6—止挡第二节

电磁型继电器由式（5.3）可知：（1）当继电器制成后，在其参数一定的情况下，比例系数K为一常数，因此，电磁力矩的大小主要决定于线圈中电流的大小。（2）当磁路未饱和时，作用在衔铁上的电磁力矩与线圈电流的平方成正比。线圈电流可以是交流，也可以是直流。应注意的是：当线圈接入交流电流时，Ik是有效值，Mem是平均值。（3）不论Ik是正值或负值，Mem总是正值，即电磁型继电器是没有极性的。当电磁力矩达到足以克服弹簧的反力矩时，可动衔铁被吸引，带动继电器的接点切换（闭合或断开），这种现象称为继电器动作。继电器动作后，如果减小电磁力矩，直至小于弹簧的反力矩时，可动衔铁在反力弹簧的作用下返回起始位置，这种现象称为继电器返回。由于继电器线圈电感的作用，线圈中的电流和磁通的变化都是缓变的。因此，从继电器线圈受电开始，直至达到动作所需要的电磁力矩需要一定的时间，而且，可动衔铁运动直至接点转换也需要时间，通常把线圈受电至接点转换完成所需的时间称为继电器的固有动作时间。为了提高保护装置的速动性，应尽量减少继电器的动作时间。但在某些情况下，也利用继电器本身的动作时间获得保护装置动作所需要的延时。常用的电磁型继电器主要有：电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器和信号继电器等。第二节

电磁型继电器二、电流继电器1.结构及工作原理2.动作电流、返回电流、返回系数3.调整返回系数的方法4.整

定5.有关技术参数图5.2DL-10型电流继电器结构图1—线圈；2—电流表；3—Z形衔铁；4—轴；5—反作用；弹簧；6—轴承；7—静接点；8—动接点；9—动作电流调节把手；10—标度盘；11—限制螺杆第二节

电磁型继电器三、电压继电器1.结构及工作原理2.触点工作可靠性的检验（1）过电压继电器（电流继电器）触点振动的消除。（2）全电压下欠电压继电器振动的消除。3.有关技术参数第二节

电磁型继电器四、时间继电器结构及工作原理

动作时间的检验

有关技术参数（a）继电器的结构图（b）工作情况下的摩擦离合器（c）返回情况下的摩擦离合器1—线圈；2—磁路；3—衔铁；4—返回弹簧；5—轧头；6—可动瞬时切换接点；7、8—固定瞬时切换接点；9—曲柄销；10—扇形齿轮；11—主弹簧；12—变弹簧拉力的卡板；13—齿轮；14—摩擦离合器（14a—凸轮，14b—钢球14c—弹簧，14d—钢环）；15—主齿轮；16—钟表机构的齿轮；17、18—中间齿轮；19—摆轮；20—摆卡；21—重锤；22—延时可动接点；23—延时固定接点；24—标度盘；25—继电器的主轴第二节

电磁型继电器五、中间继电器1.结构及工作原理2.主要技术参数3.常用继电器线圈、接点的图形第二节

电磁型继电器六、信号继电器1.结构及工作原理2.主要技术参数图5.8DX-11系列信号继电器原理结构图图5.9DX-11系列信号继电器内部接线图（a）电流型

（b）电压型

（c）图形符号第二节

电磁型继电器图5.10DX-32系列信号继电器原理结构图图5.11DX-32系列信号继电器内部接线图1—铁芯；2—线圈；3—衔铁；4—可动接点；5—指示灯第三节

瓦斯继电器一、瓦斯继电器的构成和工作原理瓦斯继电器是一种反映气体压力大小变化的继电器，安装在油箱与油枕之间连接管的中部。为了使油箱内的气体能顺利通过瓦斯继电器而流向油枕，在安装变压器时，要求其顶盖与水平面间有1%～1.5%的坡度，使安装继电器的连接有2%～4%的坡度，均朝油枕方向向上倾斜，如图5.13所示。图5.13瓦斯继电器的安装示意图1—瓦斯继电器；2—油枕第三节

瓦斯继电器目前，国内采用的有挡板式和开口杯挡板式两种结构的瓦斯继电器。其中QJ-80型瓦斯继电器，用开口杯代替密封浮筒，克服了浮筒渗油的缺点；用干簧接点代替水银接点，提高了抗震性能，是较好的气体继电器，图5.14是QJ-80型瓦斯继电器的结构图。正常运行时，继电器及开口杯内部充满了油，开口杯因其自重抵消浮力后的力矩而处在上浮位置，固定在开口杯旁的磁铁4位于干簧接点15的上方，干簧接点可靠断开，轻瓦斯保护不动作；挡板10在弹簧9的作用下处在正常位置，磁铁11远离干簧接点13，干簧接点也是断开的，重瓦斯保护也不动作。由于采取了两个干簧接点13串联和用弹簧9拉住挡板10的措施，使重瓦斯保护具有良好的抗震性能。当变压器内部发生轻微故障时，所产生的少量气体逐渐聚集在继电器的上部，使继电器内的油面缓慢下降，油面降到低于开口杯，开口杯自重加上杯内油重抵消浮力后的力矩将大于重锤自重抵消浮力后的力矩，使开口杯的位置随着油面下降，磁铁4逐渐靠近干簧接点15，接点到一定程度时接点闭合，发出轻瓦斯动作的信号。当变压器内部发生严重故障时，所产生的大量气体形成从变压器冲向油枕的强烈气流，带油的气体直接冲击着挡板10，克服了弹簧9的拉力使挡板偏转，磁铁11迅速靠近干簧接点13，接点闭合（即重瓦斯保护动作）启动保护出口继电器，使变压器各侧断路器跳闸。第三节

瓦斯继电器图5.14QJ-80型瓦斯继电器结构图1—罩；2—顶针；3—气塞；4、11—磁铁；5—开口杯；6—重锤；7—探针；8—开口销；9—弹簧；10—挡板；12—螺杆；13、15—干簧接点；14—调节杆；16—套管；17—排气口向上开口的金属杯5和重锤6固定在它们之间的一个转轴上第三节

瓦斯继电器二、瓦斯保护的接线图5.15瓦斯保护原理接线图第四节

几种常用的继电保护分析一、反时限过电流保护的概念1.反时限过电流保护的概念

2.继电器的构成3.反时限过电流保护的基本原理当供电线路发生相间短路时，LHa、LHc二次侧的电流很大，流经感应型继电器LJ1、LJ2的常闭接点和继电器LJ1、LJ2的电流线圈，构成回路。继电器的电流线圈流过的电流达到继电器的整定电流后，继电器动作。首先使其常开触点闭合，常闭接点打开。于是LHa、LHc二次侧的电流通过LJ1、LJ2已经闭合的常开触点，跳闸线圈TQ1、TQ2以及继电器LJ1、LJ2的电流线圈，构成回路，于是TQ1和TQ2受电动作，断路器跳闸。图5.16（b）为两相差接线方式，动作原理与图5.16（a）相似。只是当被保护线路三相短路时，流过继电器电流线圈和跳闸线圈的电流为两相电流的相量之差（为一相电流的

倍），而当发生a、c相短路时，流过电流继电器的电流为一相电流的2倍，其余情况均与图5.16（a）的动作情况相同。采用两相差接线方式，可以节省一只继电器和一只跳闸线圈。在这里应予说明，在反时限过电流保护装置中，如继电器的常闭触点先断开而常开触点后闭合时，则会出现下列问题：（1）继电器在其常闭触点断开时即先失电返回，因此其常开触点不可能闭合，因此跳闸线圈也就不能通电跳闸；（2）若继电器的常闭触点先断开，会导致CT的二次侧带负荷开路，这将产生数千伏的高电压，造成计量不准以及铁芯发热并可能烧毁绝缘等。这是不允许的。第四节

几种常用的继电保护分析（a）两相不完全星形接线

（b）两相差接线（c）GL继电器内部接线

（d）两相不完全星形接线展开图图5.16反时限过电流保护接线图第四节

几种常用的继电保护分析二、定时限过电流保护1.定时限过电流保护的概念2.继电器的构成3.定时限过电流保护的基本原理4.动作电流的整定计算过电流保护装置中电流继电器动作电流的整定原则，是按照躲过被保护线路中可能出现的最大负荷电流来考虑的。也就是只有在被保护线路故障时才启动，而在最大负荷电流出现时不应动作。为此必须满足以下两条：（1）在正常情况下，出现最大负荷电流时（即电动机的启动和自启动电流，以及用户负荷的突增和线路中出现的尖峰电流等）不应动作。即

Idz>ksIfh,max

（5.6）（2）保护装置在外部故障切除后应能可靠地返回。因为短路电流消失后，保护装置有可能出现最大负荷电流，为保证选择性，已动作的电流继电器在这时应当返回。因此，保护装置的一次返回电流Ire应大于最大负荷电流Ifh,max，即Ire>Ifh,max

（5.7）第四节

几种常用的继电保护分析

因此，定时限过电流装置电流继电器的动作电流Idz,j为式中

Idz,j──继电器动作电流；Kk──可靠系数，考虑到继电器动作电流的误差和计算误差而设，一般取为1.15～1.25；Kjx──由于继电器接入电流互感器二次侧的方式不同而引入的一个系数，当电流互感器为三相完全星形接线和不完全星形接线时，Kjx＝1；当为三角形接线和两相电流差接线时Kjx＝1.732或

；Kre──返回系数，一般小于1，通常取0.85；NLh──电流互感器的额定变比。5.动作时限的整定原则6.过电流保护的保护范围(5.8)第四节

几种常用的继电保护分析三、电流速断保护1.电流速断保护2.电流速断保护的构成3.瞬时电流速断保护的整定原则和保护范围4.瞬时电流速断保护的基本原理第四节

几种常用的继电保护分析四、略带时限的电流速断保护瞬时电流速断保护最大的优点是动作迅速，但只能保护线路的首端。而定时限过电流保护虽能保护线路的全长，但动作时限太长。因此，常用略带时限的电流速断保护来消除瞬时电流速断保护的“死区”。要求略带时限的电流速断保护能保护全线路。因此，它的保护范围就必然会延伸到下一段线路的始端去。这样，当下一段线路始端发生短路时，保护也会启动。为了保证选择性的要求，必须使其动作时限比下一段线路的瞬时电流速断保护大一个时限级差，其动作电流也要比下一段线路瞬时电流速断保护的动作电流大一些。略带时限的电流速断保护可作为被保护线路的主保护。略带时限的电流速断保护的原理接线和定时限过电流保护的接线方式完全相同。一般情况下其动作电流可按下式整定：(5.9)第四节

几种常用的继电保护分析如图5.19所示，假设A是略带时限的电流速断保护，B是电流速断保护，那么Idz,A

应大于继电器B的速断整定电流Idz,B，其中Kb是分支系数，如果B处没有分支电源和平行线路，则Kb＝1，理论上Kb等于下一段线路电流速断保护区末端短路时，故障线路短路电流IBC与被保护线路短路电流IAB之比，即。(5.10)图5.19保护配合第四节

几种常用的继电保护分析五、三段式过电流保护装置六、零序电流保护电力系统中发电机或变压器的中性点运行方式，有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地三种方式。10kV系统采用的是中性点不接地的运行方式。系统运行正常时，三相是对称的，三相对地间均匀分布有电容。在相电压作用下，每相都有一个超前90°的电容电流流入地中。这三个电容电流数值相等、相位相差120°，其和为零，中性点电位为零。理论上对于三相对称系统，网络中任何处的三倍零序电流满足下式：当系统出现非全相运行或断路器三相触头不同时合闸时，零序电流就不为零，而在系统正常运行、过负荷、振荡和相间短路时，上式的结果为零，即不会出现零序电流，保护不动作。构成零序电流保护的有零序电流互感器（也可以零序电流滤波器）和零序电流继电器。可安装在任何地方，一般对于架空线路采用零序电流滤波器，对于电缆则采用零序电流互感器。零序电流保护也分为无时限电流速断、带时限电流速断和零序过电流保护。(5.11)第四节

几种常用的继电保护分析假设A相发生了一相金属性接地时，则A相对地电压为零，其他两相对地电压升高为线电压，三个线电压不变。这时对负荷的供电没有影响。按规程规定还可继续运行2小时，而不必切断电路。这也是采用中性点不接地的主要优点。但其他两相电压升高，线路的绝缘受到考验，有发展为两点或多点接地的可能，应及时发出信号，通知值班人员进行处理。在10kV中性点不接地系统中，当出现一相接地时，利用三相五铁芯柱的电压互感器（PT）的开口三角形的开口两端有无零序电压来实现绝缘监察。它可以在PT柜上通过三块相电压表和一块线电压表（通过转换开关可观察三个线电压）看到“一低、两高、三不变”。接在开口三角形开口两端的过电压继电器动作，其常开接点接通信号继电器，并发出预告信号。采用这种装置比较简单，但不能立即发现接地点，因为只要网络中发生一相接地，则在同一电压等级的所有工矿企业的变电所母线上，均将出现零序电压，接有带绝缘监视电压互感器的电力用户都会发出预告信号。也就是说该装置没有选择性。为了查找接地点，需要电气人员按照预先制定的“拉路序位图”依次拉路查找，并随之合上未接地的回路，直到找到接地点为止。可以看出，这种方法费力、费时、安全性差，在某些情况下这样做还是不允许的。因此，这种装置存在一定的缺陷。第四节

几种常用的继电保护分析当网络比较复杂、出线较多、可靠性要求高，采用绝缘监察装置是不能满足运行要求时，可采用零序电流保护装置。它是利用接地故障线路零序电流较非接地故障线路零序电流大的特点构成的一种保护装置。零序电流保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的电缆线路或经电缆引出的架空线路上。当在电缆出线上安装零序电流互感器时，其一次侧为被保护电缆的三相导线，铁芯套在电缆外，其二次侧接零序电流继电器。当正常运行或发生相间短路时，一次侧电流为零。二次侧只有因导线排列不对称而产生的不平衡电流。当发生一相接地时，零序电流反映到二次侧，并流入零序电流继电器，使其动作发出信号。在安装零序电流保护装置时，特别注意的一点是：电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁芯。这是由于被保护电缆发生一相接地时，全靠穿过零序电流互感器铁芯的电缆头接地线通过零序电流起作用的。否则互感器二次侧也就不能感应出电流，因而继电器也就不可能动作。不难理解，当某一条线路上发生一相接地时，非接地线路上的零序电流为本身的零序电流。因此，为了保证动作的选择性，在整定时，保护装置的启动电流Idz应大于本线路的电容电流，即：

Idz＝Kh3UxCo＝KhIo第四节

几种常用的继电保护分析按上式整定后，还需校验在本线路上发生一相接地时的灵敏系数Klm，由于流经接地线路上的零序电流为全网络中非接地线路电容电流的总和，可用3Ux(CS－Co)表示，因此灵敏系数为

Klm＝3Ux(CS－Co)/(Kh3UxCo)＝(CS－Co)/(KhCo)（5.12）式（5.12）可改写成：

Klm＝(IoS－Io)/(KhIo)＝IoS－Io/Idz

（5.13）对于架空线路，由于没有特制的零序电流互感器，如欲安装零序电流保护，可把三相三只电流互感器的同名端并联在一起，构成零序电流过滤器，再接上零序电流继电器。其动作电流整定值中，要考虑零序电流过滤器中不平衡电流的影响。第四节

几种常用的继电保护分析七、电流增量保护1.电流增量保护原理直流牵引供电系统模型可描述为一个多直流电流供电系统，当短路发生时，其等效回路为两个直流电源和电阻R、电感L的串联回路，如图5.20所示。图5.20系统模型及等效回路R—线路等效电阻；L—线路等效电感；M—动车组异步交流电机根据电路原理，由等效回路可求得短路电流可整理为由于短路的瞬间，可以设定短路电流为0，故此可以得到：t－＝0时i－＝0的初始条件。第四节

几种常用的继电保护分析可以得到即2.电流增量保护的整定3.保护的校验

（5.14）第五节

直流牵引供电系统的保护原理一、大电流保护（也称大电流脱扣保护）最大电流Imax保护类似于交流保护中的延时速断电流保护。保护原理比较简单，如图5.21所示，只要设置电流动作值Imax和动作延时时间

即可，在一般情况下，

可设置为零，单位为毫秒（ms），可以以0.1ms的分辨率进行调整，以达到快速跳闸的目的。图5.21大电流保护第五节

直流牵引供电系统的保护原理二、电流变化值I保护当保护装置安装点附近发生短路故障时，装置检测到的电流的上升率将会很大，因此可利用电流的上升变化量I作为判据，在短路电流未达到它的最大峰值以前判断出故障并跳闸，从而更加有效地保护整个供电系统和列车的安全运行。电流步进变化值I保护有四个定值：I、tI、di/dt和tdi/dt，当电流的上升率大于di/dt设定值时，保护算法开始计算I的起始点，在到达Imax的期间，若电流上升率一直大di/dt设定值，那么经tI延时后，保护将发跳闸信号。第五节

直流牵引供电系统的保护原理三、电流变化率di/dt保护当短路故障发生在远离保护装置安装处时，装置检测到的短路电流将会很小，I保护将不再适用，针对这一现象，可采用di/dt保护算法。电流变化率di/dt保护的原理较为直观，如图5.22所示，当电流变化率di/dt持续大于定值，经跳闸延时tdi/dt后，保护将发跳闸命令。对于图5.22的曲线①，在A点处di/dt大于定值，保护启动，经延时在B点处将发跳闸命令。曲线②是列车加速时的电流变化图，由于di/dt未超过定值，故保护不动作。图5.22di/dt保护第五节

直流牵引供电系统的保护原理四、定时限过流保护当直流线路发生长时间的非正常的电流增大时，可以设置定时限过流保护，它有两个定值：过电流定值I和过电流延时时间定值tI。保护原理与大电流脱扣保护类似，不同之处是动作值整定时I要小于Imax，且过电流延时tI的单位是秒，远远大于

。图5.22中曲线①为非正常的电流增大，在A点将会跳闸；曲线②为列车加速过程的电流变化曲线，通过定值I和tI的整定，就可以躲过保护动作。逻辑关系是：当电流大于过电流定值I时，且持续的时间大于tI，则定时限过流保护动作，切断电源。第五节

直流牵引供电系统的保护原理五、欠压保护当接触线的电压低于某一定值或者高于某一定值时，若经延时后电压仍未达到正常值，则保护装置要发出跳闸命令。其保护原理见图5.23。当某段线路已从另一端受电时，如果整流器电压与馈线电压之间的电压差有引起大电流的危险，则断路器不能合闸。测量接触网电压Uf和整流器电压Ur：若Ur－Uf小于设定值Ur-f，断路器可以合闸；若Ur－Uf大于设定值Ur-f，合闸程序终止，并显示“闭锁”信号。检测远距离电源点的电压。如测量Uf小于设定值Uf,Low且时间大于设定值Tu-f，则使开关跳闸，即线路电压已无法满足车辆的要求，必须停止运行。图5.23欠压保护第五节

直流牵引供电系统的保护原理六、热保护当直流线路处于过负荷状态时，即使没有任何短路故障发生，接触线或进线电缆的温度也会上升，因此可以通过检测电缆温度，设定温度上限发跳闸命令来完成此项保护功能。需要说明的是，由于电缆温度不是直接从传感器测得的，而是从电流值、电缆物理参数以及周围环境温度中计算得到的，因此需要建立适当的电缆温度数学模型，并设定正确的系数如电缆电阻率、电缆温度参数以及周围温度参数等才能得到正确的结果。第六节

城市轨道交通牵引供电系统

继电保护的配置一、继电保护及自动装置的设置原则继电保护装置满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性要求；自动装置满足供电安全、可靠、灵活的运行要求。保护装置采用微机型综合保护测控一体化单元。二、保护配置继电保护的配置方式与供电系统运行方式、电压等级、系统接地方式和供电系统故障率有直接关系。一般配置方式如下：（1）35kV环网电缆设置光缆纵联差动保护、过电流保护、零序电流保护；35kV母联开关设过电流保护、零序电流保护。（2）35kV母线设过压、失压保护。（3）牵引变压器设电流速断保护、过电流保护、零序电流保护、温度保护、过负荷保护。（4）整流机组设置整流器二极管保护。（5）动力变压器设置电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、温度保护。（6）直流馈线设置大电流脱扣保护、双边联跳保护、di/dt和I保护、定时限过电流保护、低电压保护、热过负荷保护。另设置直流设备框架泄漏保护供全所直流设备共用。第六节

城市轨道交通牵引供电系统

继电保护的配置三、自动装置的配置（1）交流供电分区间联络线断路器设自动投入装置。（2）35kV母联开关设置自动投入装置。（3）所间设双边联跳保护。（4）直流馈线设置带有判断故障性质的自动重合闸装置。（5）交流自用电的两路电源设置自动投入装置。（6）直流自用电的两路电源设置自动投入装置。四、35kV交流系统保护配置分析轨道交通工程采用集中供电时，中压系统采用35kV电压等级供电，环网接线，开环运行。由于两相邻变电所间距较短（最长3.37km），35kV环网各点的线路阻抗相差不大，致使环网上不同地点的短路电流值相差也很小。如选择电流速断保护作为35kV环网的主保护则不能满足选择性要求；如采用距离保护，因为线路短，距离保护相对误差率很大；过电流保护虽然可通过上下时限的配合满足保护的选择性要求，但势必会延长故障切除时间，不能满足保护的速动性，影响第六节

城市轨道交通牵引供电系统

继电保护的配置供电可靠性并对供电设备的绝缘及寿命造成不利影响，故过电流保护只能作为后备保护。采用线路纵联差动保护，当保护区域内电缆发生故障时，线路纵联差动保护能使故障区域内电缆两头的断路器瞬时跳闸，满足保护的选择性和速动性，提高了系统供电可靠性。因此，将线路纵联差动保护作为35kV环网电缆相间及接地故障的主保护，过电流保护和零序电流保护作为相间及接地故障的后备保护，可满足35kV环网在各种运行方式下继电保护的“可靠性、选择性、速动性和灵敏性”的要求。五、直流系统保护配置分析1.直流系统保护配置应考虑的主要因素2.1500V直流馈线保护配置3.直流馈线保护的配合和整定方法六、接触网热过负荷保护七、逆流保护八、双边联跳保护图5.25双边联跳工作原理第七节

微机保护及综合自动化介绍一、计算机继电保护的基本原理二、计算机继电保护的特点1.可实现多种功能2.可获得多种保护特性，且容易获得较复杂的保护特性3.计算机保护装置的性能参数更稳定，运行中的整定调试工作量更少4.计算机继电保护装置有较高的可靠性5.计算机继电保护装置的弱点第七节

微机保护及综合自动化介绍三、综合自动化系统介绍在变电所中应用分布式多微机系统完成一次设备监视、控制、中央信号、数据采集、时间顺序记录和屏幕显示、打印等功能，一般称为微机监控系统。在微机监控系统的基础上，介入微机保护和自动装置（含远动RTU），承担整个变电所信息处理、与上层调度通信以及全部监控、中央信号和保护自动化的功能，这种一体化综合系统称为变电综合自动化系统。微机变电站综合自动化系统的基本构成如图5.26所示。图5.26变电站综合自动化系统构成框图第七节

微机保护及综合自动化介绍人机设备包括显示器、键盘、打印机、模拟屏、蜂鸣器等，变电所监控主机完成主要的复杂的系统工作。而各处理机则完成特定的任务，如数据采集、控制处理、保护处理、通信处理等，它们要在变电所监控主机指挥下完成工作，也可以自己独立处理一些工作，它们就像一个智能外设。其主要确定原则是：（1）由于采用信息传输的分时制，有效的利用通信联系在各功能模块间以及各功能模块与监控主机之间传送监控、保护公用数据信息和控制命令是经济、合理的，并可增强系统的整体功能。（2）除特殊的电能测量精度、谐波测量精度与实时录波器对带宽要求比微机保护要求高，需另考虑数据采集系统外，多数情况下，保护功能模块的输入、输出通道，完全能满足监控功能的需要。（3）为保证保护动作的可靠性，跳、合闸执行继电器应对保护和监控系统分别设置，以免由于频繁操作而影响保护正确动作。（4）综合利用全系统的硬件冗余和通信手段，使控制、保护功能的配置灵活性增大，并增强后备功能（例如不同设备保护的互为后备）。第七节

微机保护及综合自动化介绍主要特点：（1）综合自动化系统的信息流是数字量，取代了传统二次系统的模拟量信息。（2）增强了变电站整体功能。（3）设备操作、故障状态采用屏幕监视，值班人员面对大屏幕显示器进行变电站所有设备的全面监视与操作。（4）运行管理智能化、自动化。（5）综合自动化系统工作的可靠性、精确性大大提高。（6）经济上合理。（7）根据变电所的工作环境的变化，必须采取有效的抗干扰、抗温度变化、抗震等措施。第八节

微机保护装置的

功能及硬件结构一、微机保护装置的功能微机保护装置具有继电保护的基本功能，还具有故障量的自动打印记录、装置的自检自纠及人机对话功能。1.继电保护功能2.故障量的自动打印记录功能3.装置的自检自纠功能4.人机对话功能第八节

微机保护装置的

功能及硬件结构二、装置的硬件结构形式目前，微机保护装置均采用标准机箱、插拔式结构，以便于运行维护和提高装置的可靠性。这种结构是把整个硬件逻辑网络按照其功能和电路划分为若干部分，并把每个部分做在一块插件板上，插入机箱内相应的插座，再由各插座间的连线（电源线、控制线、数据及地址线）将各插件板构成整体并实现到端子排的连接。微机保护装置作为一套实时监控系统，一般由下述插件构成：中央处理机CPU插件、人机对话辅助插件、数据采集系统插件、开关量（数字）输入输出系统插件、电源插件等。第八节

微机保护装置的

功能及硬件结构二、装置的硬件结构形式1.CPU插件（1）单片机；（2）程序存储器；（3）定值存储器；（4）数据存储器2.开关量输入、输出插件（1）开关量输入接口一般采用可编程并行接口芯片，如8255芯片（2）数字量（开关量）输出接口第八节

微机保护装置的

功能及硬件结构二、装置的硬件结构形式3.人机对话辅助插件4.CPU与外围器件的接口5.数据采集系统插件（1）模拟输入变换插件（2）模拟低通滤波插件（3）采样及A/D转换插件6.电源插件第八节

微机保护装置的

功能及硬件结构三、主要回路简介1.数据采集系统它包括电压形成、模拟滤波、采样/保持、多路转换以及模数模转换等功能模块，主要功能是将输入模拟量准确地变换成所需数字量。2.开关量输入输出系统开关量输入系统一般可以分为以下两大类：安装在装置面板上的触头。如键盘触头和转换开关等二是从装置外部经过端子排引入的触头。如继电器的接点触头，开关设备的辅助接点触头。对于第2类，一般要加光电隔离装置，防止不同系统之间的电能损坏器件。一般可以采用并行接口对一排同一性能的开关状态，一次读入到特定的单元，然后再进行处理。如图5.28（a）所示，光电耦合式处理电路的主要器件是光电隔离器OI，它由发光二极管和光敏三极管组成。继电器耦合式信号处理电路如图5.28（b）所示。当开关（接点）S断开时，继电器K线圈不通电，其接点断开，“非”门输入为高电平，输出uo为低电平；当开关（接点）S接通时，继电器励磁，其结果输出uo变为高电平。第八节

微机保护装置的

功能及硬件结构开关量输出系统。一般包括保护的跳闸出口以及本地的中央信号等。开关量输出通道传送的开关量信号，经转换和增大驱动能力后，用以控制断路器或开关的开、合，实现变压器组的自动启停和切换，以及控制电动机的启动或停止等。同时也送往监控主机，后者给出相应位置信号和音响报警信号，显示变电所的运行状态。因此，开关量输出通道是微机输入输出系统中很重要的组成部分。开关量输出通道的基本构成如图5.29所示，它由并行接口、控制器单元、输出寄存器、驱动控制电路等器件构成。（a）光电耦合式

（b）继电器耦合式图5.28开关量输入系统第八节

微机保护装置的

功能及硬件结构一般可采用并行接口输出，为了增加抗干扰能力，最好也要经过光电隔离装置。其次还要进行信号的放大处理。由于微机的弱电信号输出难以驱动大型的设备，因此需要逐级的放大，最后达到控制开关设备的目的。如图5.30所示，ULN2003就是一个放大驱动元件。它可控制继电器是否动作。而中间继电器的接点可以控制断路器的操作电源，从而控制器合闸线圈和分闸线圈是否受电，进而控制开关的分合。图5.29输出系统框图第八节

微机保护装置的

功能及硬件结构图5.31（a）一种是光电隔离式驱动控制电路，它输出的是电平信号；图5.31（b）是光电隔离与中间继电器（或干簧继电器）式驱动控制电路，它输出接点信号（称空接点），用以闭合断路器的跳（合）闸出口继电器回路。当计算机输入为高电平时，光电隔离器接通，“非”门输出uo为高电平；当计算机输入为低电平时，光电隔离器不工作，二极管不发光，“非”门输入为高电平，“非”门输出uo为低电平。对于中间继电器式，当A的输出为低电平，二极管发光，电源E和－E就接到了继电器上，继电器受电，常开接点闭合，可以通过此对接点控制其他电路。图5.30采用ULN2003输出系统（a）光电隔离式

（b）光电隔离与中间继电器式图5.31光电隔离式和继电器耦合式驱动控制电路第九节

数据采集系统实例一、采集对象下面就35kV进线的电流测量为例，说明数据采集的原理图5.32数据采集的原理框图第九节

数据采集系统实例二、接线及说明的原理1.根据设计思想画出原理接线图如图5.33所示，模拟量的采集实际上就是A/D转换器件与8031的接口问题，即通过变送器把被控对象变成符合A/D器件输入的电量，然后转换成数据量，通过8031控制选通不同的通道，以便进行下一步的处理，最后通过数码管显示出来。图5.33数据采集的原理接线第九节

数据采集系统实例2.根据原理图选择所需的元器件由原理图知，所需的元器件主要有：ADC0809一片（A/D转换），74LS373锁存器，74HC02与