继电保护及自动装置：继电保护基础知识

《电力系统微机保护》多媒体课件

2024/5/13

11、定义：是一种依靠计算机智能地实现保护功能的工业控制装置。继电保护功能：反映电气设备的故障或不正常工作状态，并作用于断路器跳闸或发出信号。装置的主要作用

（1）防止电力系统事故的发生和发展（2）限制事故的的影响及范围（3）保证电能质量并提高供电可靠性2024/5/132一、微机保护基本知识2、微机保护的基本构成微机保护由硬件和软件两部分构成。微机保护的软件部分：由初始化模块、数据采集管理模块、故障检出模块、故障计算模块与自检模块等组成。硬件部分结构1、信号输入部分、（模拟量、开关量输入）外部电流及电压输入经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，CPU经采样数字处理后，构成各种保护继电器。

2、微机CPU主系统、(完成数值测量、计算、逻辑运算及控制，实现继电保护功能，同时还具有各种远方功能）3、人机接口系统、（通过键盘，液晶显示、打印及信号灯或语言告警来实现定值的输入、工作方式的变更等）4、输出通道、（启动、闭锁、跳闸、信号、复位等）5、稳压电源部分(逆变电源或开关电源)（逆变电源方式：即直流逆变为交流，再把交流整流为微机系统所需的直流电压）2024/5/1342、特点（1）维护调试方便（2）可靠性好（在线自检及互检）（3）动作准确率高（4）易于获得各种附加功能（故障测距、录波、重合闸低周减载，故障类型判别等）（5）保护性能容易得到完善（6）使用灵活、方便（7）具有远方监控特性，易于实现变电站综合自动化2024/5/136各插件作用：一、直流电源插件：

将220V（110V）直流电压变换成满足各插件所需要的弱电电源电压。（把变电站强电系统的直流电源与微机的弱电系统电源隔离,且逆变后的电源具有极强的抗干扰水平）

±12V，(±15V)供运算放大器及数据采集系统用两路+24V一路供光电耦合用一路供信号、出口继电器用

+5V为CPU使用（电源均不共地，以避免相互干扰，甚至损坏芯片）2024/5/137二、交流输入插件：作用：

将电压或电流变换成满足模/数变换器量程要求的电压（电气上安全隔离，提高抗干扰能力）

电压：通过交流电压互感器：一般15：1其二次侧设有抽头，用以改变输入变比。

电流：通过电流变换器或电抗变压器一般采用电流变换器，并在其二次侧并联电阻以取得所需电压，铁心不饱和时可以做到不失真。在变压器保护中有时用电抗变换器用来变换波形。2024/5/138三、模数转换插件：完成对交流输入插件输出的模拟量对数字量的转化。A/D转换器：应用逐次逼近的原理直接将模拟量转换为数字量VFC插件（压频变换）：实质是将交流电压模拟信号转换成一串重复频率正比于电压瞬时值的等幅脉冲，差值nTS期间的脉冲数与nTS期间内的模拟信号的积分值具有对应关系。VFC的优点：（1）电路简单、工作稳定，线形好、精度高。（2）抗干扰能力强（3）同CPU接口简单，可以方便地实现多CPU共享一套VFC。2024/5/139

电压形成CPU计数器VFCVFC型A/D变换原理图ui总线D/A控制器数码设定器输入电压数码输出

逐次比较式A/D转换原理图

ui（1）采样保持采样就是将连续变化的模拟量通过采样器加以离散化。其过程如图(a)(b)(c)所示。模拟量连续加于采样器的输入端，由采样控制脉冲控制采样器，使之周期性的短时开放输出离散脉冲。采样脉冲宽度为TC，采样脉冲周期为TS。采样保持的作用是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模数变换器进行转换期间保持其输出不变。采样保持输出的信号已经是离散化的模拟量，再经模数转换后，就成为离散化的数字量。（2）采样频率与采样定理采样间隔Ts的倒数称为采样频率Fs，为了使信号采样后能够不失真的还原，采样频率必须大于信号最高频率两倍以上（乃奎斯特采样定理）。2024/5/1311

采样保持过程示意图(3)低通滤波器（LPF）：电力系统在故障的暂态期间，电压和电流含有较高的频率成分，如果要对所有的高次谐波成分均不失真地采样，那么其采样频率就要取得很高，这就对硬件速度提出很高的要求，使成本增高，这是不现实的。目前大多数微机保护原理都是反映工频分量的或反映某种高次谐波，故可以在采样之前将最高信号频率分量限制在一定频带之内，即限制输入信号的最高频率，以降低Fs。一方面降低了对硬件的速度要求，另一方面对所需的最高频率信号的采样不至于发生失真。所以在采样之前用一个模拟低通滤波器，将Fs/2以上的频率分量滤去。2024/5/1313四、光耦插件作用：

将外部的开关量输入信号变换成装置需要的弱电电平。（包括断路器和隔离开关的辅助接点；跳合闸位置继电器接点输入；瓦斯接点输入；连接片位置输入）例如RCS-900：OPT1：24V光耦插件OPT2：有些开入可能从较远处引入，如收信接点从通信机房的载波机接至控制室的保护屏，或某些情况下从断路器处引位置接点至保护屏，这是不宜采用24V光耦，为此本装置设置了一个220V/110V的光耦插件。2024/5/1314开入量输入回路开出量输出回路2024/5/1316

继电器并联的二极管起阻尼作用，它在继电器断电时，为在线圈中的工作电流提供一个低电阻通路，以保护光敏三极管不致于被继电器线圈电感产生的高的反向电压击穿。K五、CPU系统2024/5/1317（1）EPROM：紫外线可擦除的只读存储器，用于存放保护程序。（2）E2PROM：电可擦除可改写存储芯片。用于存放保护定值.（3）RAM：高速静态数据存储器。用于存放各种数据、信息等。掉电后可用电池保持信息。（4）译码器：根据程序的规定和控制总线的控制，输出片选地址，确定参加运算的数据。（5）地址锁存器：根据程序的要求，使控制总线依一定的时序工作。（6）计数器：对脉冲记数。2024/5/1318CPU系统基本工作过程：

每隔一个采样间隔，随机读写存储器（RAM）就从数据采集系统中提取一组数据，该数据就代表了模拟量电流或电压某一时刻的大小。CPU系统中的单片机根据开入量的状态，执行EPROM中的相应程序，并不断从RAM中读取原始数据与EEPROM中保护整定值比较、分析、运算和判断，最后，根据程序要求，输出相应的开出量，完成规定的保护动作行为（如跳闸、信号等）。

2024/5/1319举例说明

南瑞LFP-900：

CPU1（主）距离纵联保护（LFP-902）方向纵联保护（LFP-901）

CPU2（后备）三段式相间距离及接地距离、重合闸

CPU3人机接口和故障测距

CPU1高频距离零序保护（纵联保护）

CPU2距离保护许继CPU3零序保护

CPU4重合闸

CPU0（MMI）人机接口2024/5/1320WXH-801：采用带补偿的正序故障分量方向元件和零序方向元件构成方向纵联；近段快速跳闸的独立跳闸方式；三段式距离保护；六段式零序电流保护WXH-802：采用阻抗继电器复合正序故障分量方向元件和零序方向元件构成距离纵联；近段快速跳闸的独立跳闸方式；三段式距离保护；六段式零序电流保护。WXH-803：采用分相电流差动保护作为全线速动保护；三段式距离保护；六段式零序电流保护。WXH-811：三段式距离保护；四段式零序电流（方向）保护。WXH-812：高频距离保护；三段式距离保护；四段式零序电流（方向）保护WXH-813：分相电流差动；三段式距离保护；四段式零序电流（方向）保护WXH-821：三段式电流（方向）保护；零序电流（方向）保护；过负荷保护；低周减载保护；低压减载保护。2024/5/1321六、人机对话插件

电路硬件框图建立起微机保护装置与使用者之间的信息联系，以便对装置进行人工操作、调试和得到反馈信息。2024/5/13222024/5/132024/5/132024/5/132024/5/13例如：RCS-900CPU3作用：（1）内设装置总起动元件,动作后开放出口继电器正电源。（2）产生通信中断、负责对CPU1、CPU2的通讯，完成装置的自检、报警及整定、打印、显示等。（3）负责完成与具有控制功能的输入输出设备的连接，具有友好的人机界面。许继800的MMI接口：

1、完成继电保护装置的人机对话功能。

2、管理各保护软件。

3、处理、显示和发送各种报文。

4、作为监控系统的智能终端。2024/5/13272024/5/13七、通信插件（RCS-900、PSL-600）此插件完成公共的开入量接入、打印和接入监控系统的功能。提供计算机局域通信网络以及远程通信网络的信息通道，是实现变电站综合自动化的必要条件。2024/5/1328八、信号插件

OP信号告警插件南瑞900TA许继启动告警

TB跳A高频

TC跳B距离

CH跳C零序永跳重合闸重合总报警呼唤巡检中断2024/5/1329RCS-9600系列：“运行”灯为绿色，装置正常运行时点亮。“报警”灯为黄色，当发生报警时点亮。“跳闸”灯为红色，当保护跳闸时点亮，在信号复归后熄灭。“合闸”灯为红色，当保护合闸时点亮，在信号复归后熄灭。“跳位”灯为绿色，当开关在分位时点亮。“合位”灯为红色，当开关在合位时点亮。2024/5/13呼唤：表示本装置有报告信息显示或打印，呼唤运行人员到屏前查看。总告警:巡检出保护CPU插件出错或本插件硬件损坏时。

告警信号灯亮后，同时切断相应保护插件的24V电源，以防保护误动。巡检中断：高频、距离、零序三个保护插件在长时间收不到接口插件的巡检命令时。永跳：瞬时三相跳闸但不重合闸。例如当手合至故障线路时，启动永跳回路。

2024/5/1331800系列装置异常告警及其处理：运行不亮现象：通讯中断，无报告打印，但不影响保护运行和出口跳闸原因：接口程序紊乱或丢失；接口板芯片坏；运行灯坏处理：关断装置直流电源；按面板上复位按钮；重新写程序；更换接口板