电力RTU基础知识

电力远程终端控制系统RTU基础知识

知识点1.RTU英文全称RemoteTerminalUnit,中文全称为远程终端控制系统。

RTU（RemoteTerminalUnit）是一种远端测控单元装置.，负责对现场信号、工业设备的监

测和控制。与常用的可编程控制器PLC相比，RTU通常要具有优良的通讯能力和更大的存储

容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，提供更多的计算功能。正是由于RTU完善的功能，

使得RTU产品在SCADA系统中得到了大量的应用。

RTU具有的特点是：

1、通讯距离较长

2、用于各种环境恶劣的工业现场

3、模块结构化设计，便于扩展

4、在具有遥信、遥测、遥控领域的水利，电力调度，市政调度等行业广泛使用。

远程终端设备（RTU）是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安装在远程现场的传

感器和设备。RTU将测得的状态或信号转换成可在通信媒体上发送的数据格式。它还将从中

央计算机发送来得数据转换成命令，实现对设备的功能控制。

监视控制和数据采集是一个含义较广的术语，应用于可对安装在远距离场地的设备进行中央

控制和监视的系统。SCADA系统可以设计满足各种应用（水、电、气、报警、通信、保安等

等），并满足顾客要求的设计指标和操作概念。SCADA系统可以简单到只需通过一对导线连

在远端的一个开关，也可复杂到一个计算机网络，它由许多无线远程终端设备（RTU）组成

并与安装在中控室的功能强大的微机通信。SCADA系统的远程终端设备可以用各种不同的硬

件和软件来实现。这取决于被控现场的性质、系统的复杂性、对数据通信的要求、实时报警

报告、模拟信号测量精度、状态监控、设备的调节控制和开关控制。

变电站是电力系统的一个重要组成部分，它的安全可靠运行是电网安全经济运行的根本保

证。当前变电站正以分项自动化向着综合自动化方向发展，综合自动化的近期目标是把变电

站的保护、测量、监控、远动等融为一体，取得数据共享，资源共享，大幅度提高自动化的

功效。

对于电力系统，为了进行现代化管理，往往实现电网调度自动化，虽然省、地、县各级调度

有不同的职能和责任，但其组成基本相同，一般是由主站和远动终端（RTU）组成。远动终

端就是电网监视和控制系统中安装在发电厂或变电站的一种远动装置，它负责采集所在发电

厂或变电站电力运行状态的模拟量和状态量，监视并向调度中心传送这些模拟量和状态量,

执行调度中心发往所在发电厂或变电站的控制和调度命令。然而，随着煤矿现代化管理的飞

速发展，实施煤矿安全生产微机监控调度系统已是大势所趋，该系统通过设置在矿调度室的

主计算机能实时地监视煤矿井下生产环境安全参数和全矿重要机电设备的工况，从而对各生

产环节进行控制和调节，使生产的指挥管理和控制融为一体，成为矿井生产的中枢。

由于矿调度室远离生产现场，因此，矿井上下需要设置多个远动分站。毋庸置疑，煤矿变电

站是企业生产的核心和动力源泉，它关系着安全生产和人体安危。变电站的安全管理也是煤

矿监控系统的一个重要环节。通常变电站与煤矿生产调度中心往往相距较远，必须采用远动

技术，在变电站设置远动终端即RTU,与调度中心计算机通过信道相连接，RTU与调度中心

之间通过远距离信息传输完成RTU的远方监控功能。RTU与主站配合可以实现三遥功能，即:

遥测、遥信、遥控。

RTU的主要功能

(1)采集状态量并向远方发送，带有光电隔离，遥信变位优先传送；

(2)采集数据量并向远方发送，带有光电隔离；

(3)直接采集系统工频电量，实现对电压、电流、有功、无功的测量并向远方发送，可计算

正反向电度；(4)采集脉冲电度量并向远方发送，带有光电隔离；

(5)接收并执行遥控及返校；

(6)程序自恢复;

(7)设备自诊断(故障诊断到插件级)；

⑻设备自调；

(9)通道监视；

(10)接收并执行遥调；

(11)接收并执行校时命令(包括GPS对时功能选配)；

(12)与两个及两个以上的主站通讯；

(13)采集事件顺序记录并向远方发送；

(14)提供多个数字接口及多个模拟接口；

(15)可对每个接口特性进行远方/当地设置；

(16)提供若干种通信规约，每个接口可以根据远方/当地设置传输不同规约的数据；

(17)接受远方命令,选择发送各类信息；

(18)可转发多个子站远动信息；

(19)当地显示功能，当地接口有隔离器；

(20)支持与扩频、微波、卫星、教波等设备的通讯；

(21)选配及多规约同时运行，如DL451-91CDT规约，同进应支持POLLING规约和其他国际

标准规约(如DNP3.0,SC1801、101规约)；

(22)可通过电信网和电力系统通道进行远方设置。

RTU产品目前与无线设备，工业TCP/IP产品结合使用，正在发挥越来越大的作用。

知识点2.四遥功能由远动系统终端RTU实现，它包括：

1.遥测(遥测信息):远程测量，采集并传送运行参数，包括各种电气量和负荷潮流等。遥测

信息是RTU采集到的电力系统运行的实时参数，如发电机出力，母线电压，系统中的潮流,

有功负荷和无功负荷，线路电流，电度量等测量量信息。

2.遥信(遥信信息)：远程信号,采集并传送各种保护和开关量信息.遥信信息是RTU采集到的

电力系统继电保护的动作信息,断路圈的状态信息，告警信号等状态量信息。

3.遥控(遥控信息)：远程控制，接受并执行遥控命令，主要是分合闸.遥控信息是指从电力系

统调度控制中心发出的对断路器执行分合闸操作的状态量信息。

4.遥调（遥调信息）:远程调节，接受并执行遥调命令，调节发电机输出功率.遥调信息是指从

电力系统调度控制中心发出的对发电机有功和无功出力进行调整的测量量信息。

知识点3.定值定值一般指为完成具体保护功能根据整定计算结果设定/修改的数据值，如

速断电流的大小，延迟时间等。对于多CPU保护，一般每个CPU都有自己的定值，而且每

个CPU同时有多套定值（即，多个定值区），根据需要选择某套定值作为当前运行定值！

定值一般有召唤，下传，切换，固化等几种操作。定值按照“召唤一下传（如需要）一固

化（如需要）一切换（如需要）”过程进行，后三个过程视需要而定。

知识点4.录波录波是故障录波，进行故障分析用的。可以把故障启动前，启动后，返回前，

返回后的波形录出来，进行故障分析保护自身带的故障录波是加在主程序里面的。做的好

的厂家，可以根据录波的数据还原故障曲线动作轨迹。比如说差动保护，是怎么样进入动作

区的，都有很好的描述。

还有一种方式是故障录波器是采用上下位机，通过工控机来实现。下位机采集卡。ETX等

最新的方式，就是采用嵌入式方式，将上下位机（采集+分析）合二为一。采集和分析都是

通过DSP来实现的。如许继的WGL-800.WGL-800故障录波分析装置用于记录当电力系统中发

生各种故障如短路、振荡、频率崩溃、电压崩溃时，各种参量如电流、电压、频率等及其导

出量如有功功率、无功功率等电气量、以及相关非电量变化的全过程。

故障录波屏是对电力系统运行状况进行监控的一种自动化设备。系统王常运行时，录波装置

不启动录波，当系统发生故障时，通过启动装置迅速启动录波器录波，直接记录反映故障装

置安装处系统故障的电气量。

知识点5.SOESOE记录即事件顺序记录，当电力设备发生遥信变位如开关变位时，电力保

护设备或智能电力仪表会自动记录下变位时间、变位原因、开关跳闸时相应的遥测量值（如

相应的三相电流、有功功率等），形成SOE记录，以便于事后分析。许多继电保护设备以及

智能电力仪表，如GE电力、施奈德电气、ABB、西门子等厂家的电力保护仪表、专用电力

RTU设备等等均有SOE记录功能。与遥信是有区别的：：遥信：要求采用无源接点方式，即某

一路遥信量的输入应是一对继电岩的触点,或者是闭合,或者是断开。通过遥信端子板将继电

器触点的闭合或断开转换成为低电平或高电平信号送入RTU的YX模块。遥信功能通常用于

测量下列信号，开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设

备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号。自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继

电器方式输出的信号;事故总信号及装置主电源停电信号等。

知识点6.平衡传输/非平衡传输：SCADA系统采用非平衡模式传输就是说控制站（主站）通过

不断杳询被控站（子站）来实现数据交换.这种通信模式被广泛采用，特别是在多点共线的模

式下必须采用非平衡模式！而平衡模式就意味着子站也能主动发起谈话.

知识点7.总召唤,通常在主站完成初始化后,主站必须获得现场设备的所有状态量和所有的

模拟量数据.所以主站就必须发出一个总召唤命令.在平时,如果一个通信链路故障后又恢复,

则控制站需要发送总召唤命令.还有,当主站发现子站发生事件队列溢出，也可通过总召唤命

令获得该溢出队列中的所有事件信息！

8.架空线路的结构组成

架空线路由导线，避雷线（架空地线），绝缘子，金具，杆塔等主部件组成。

9.架空线路换位的目的

消除由于位置原因引起的不对称电抗，从而消除产生的电流畸变。

10.分裂导线的优点

增大导线的有效半径，减少导线的电晕损耗，减少导线的电抗

11.导纳阵的特点

稀疏矩阵，对称矩阵

12.潮流计算的目的、在潮流的计算机算法中，节点的划分。

潮流计算的目的：

电力系统规划中用于选择系统的接线方式、选择电气设备及导线的截面；在电力系统的运行

中，用于确定运行方式和合理的供电方案，确定电压调整措施等；提供继电保护、自动装置

的设计与整定依据。

节点的划分：

PQ节点,PV节点，平衡节点

13.电压降落、电压损耗、电压偏移的定义

电压降落：

电力网中任意两点电压的相量差。

电压损耗：

电力网任意两点电压有效值之差，近似等于电压降落的纵分量。

电压偏移：

网络中某点的实际电压有效值与相应线路标称电压的差值称之为该点的电压偏移。

14.断路器的作用、种类、断路器和隔离开关的区别、倒闸操作时应遵循的操作原则。

断路器的作用：

断开或接通电路中的正常工作电流及故障电流。

断路器的种类：

多油/少油断路器一一利用绝缘油作为灭弧介质

压缩空气断路器一一利用压缩空气作为灭弧介质

SF6断路器一一利用SF6作为灭弧介质

真空断路器一一利用真空作为灭弧介质

断路器和隔离开关的区别：

断路器具有完善灭弧装置，在有电流的情况下切断电路：而隔离开关没有灭弧装置，是在有

电压无电流的情况下进行分合闸操作的。

倒闸操作时应遵循的操作原则：

分开线路时，首先断开断路器，然后断开相应的隔离开关；合闸操作时，首先合上隔离开关,

然后合上相应的断路器。

15.电力系统的备用容量。

电力系统的备用容量是指可用发电出力的后备补充力量，能够随时调整投入运行。

根据满足的需求不同分为以下几种：负荷备用，事故备用，检修备用，国民经济备用

16.电力系统的一次调频与二次调频。

一次调频：

由发电机组的调速器（所有发电机组均装有调速器，所以除已满载的机组外，每台机组均参

加频率的一次调整）来完成，按发电机组调速器的静态频率特性自动完成。

二次调频：

由发电机组的调频器完成，使发电机组的静态特性平行上移，以保证频率偏差在允许范围内。

由主调频厂和辅助调频厂来完成。

17.等微增率准则。

按各机组微增率相等的原则分配发电机发电功率，能源消耗就最小，称为等微增率准则。

18.电力系统中枢点电压的调节方式：逆调压，恒调压，顺调压

19.电力系统的无功电源、电压调整的措施

无功电源：发电机、同步调相机、静止无功补偿器、静电电容器

电压调整的措施：

改变发电机的励磁调压；改变变压器变比：改变电力网的无功功率分布；改变输电线路参数。

但是，需要注意的是，在无功不足的系统中，不能用改变变压器变比的办法来改善用户的电

压质量，否则会顾此失彼，不能从根本上解决全系统的调压问题。

20.暂态稳定的概念、提高暂态稳定的措施

暂态稳定的定义：电力系统受到大的干扰后，经过暂态过程，达到新的（或恢复到原来的）

稳态运行状态。

提高暂态稳定的措施：故障的快速切除和自动重合闸装置的应用；发电机采用快速强行励磁

装置；采用电气制动；

变压器中性点经小电阻接地；通过快关和切机减小原动机山力；高压互流（HVDC）输电联络

线的控制。

21.等面积定则

加速面积等于减速面积，即转子在减速过程中动能的减少正好等于加速过程中动能的增加。

22.电力系统静态稳定、提高静态稳定的措施

静态稳定的定义：

发电机组在遭受微小干扰后能自动恢复到原来运行状态（或相近状态）的能力。

提高静态稳定的措施：

采用自动励磁调节装置；采用分裂导线；提高线路的额定电压等级：改善系统结构、减小电

气距离；采用串联补偿设备；采用并联补偿设备。

继电保护知识

一.基本概念

1,起动电流.：对反应于电流升高而动作的电流速断保护而言，能便该保护装皆起动的最小

电流值称为保护装置的起动电流。

2,返回电流：继电器动作后能够返回的条件是：MdcvMth-Mm,对应于这一电磁转矩、能

使继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流。

3,继电特性：无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它刀可能停留在某一个中

间位置，这种特性我们称之为''继电特性〃。

4.系统最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的

方式，称之为系统最大运行方式。

5,系统最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的

方式，称之为系统最小运行方式。

6,电压死区：功率方向继电器当其正方向出口附近发生二相短路、A-B或A-C两相接地短

路，以及A相接地短路时，由于Ua约等于0或数值很小，使继电器不能动作，这称为继电

器的''电压死区〃。

二、基本原理：

L电流速断保护：仅反应于电流增大而瞬时动作

b.整定原则：根据电力系统短路的分析，当电源电势一定时，短路电流的大小取决于短路点

和电源之间的总阻抗Z,三相短路电流可表示为：L=E/Z=E/Zs+Zd

式中E——系统等效电源的相电势

Zd一一短路点至保护安装处之间的阻抗

乙一一保护安装处到系统等效电源之间的阻抗

在一定的系统运行方式下，E和Zs等于常数，此时L将随Zd的增大而减小，如图2-5所示。

当系统运行方式及故障类型改变时，L都将随之改变。对不同安装地点的保护装置，应根据

网络接线的实际情况选取其最大和最小运行方式。

在最大运行方式下三相短路时，通过保护装置的短路电流为最大，而在最小运行方式下两相

短路时，则短路电流为最小。这两种情况下短路电流的变化如图2-5中的曲线1和曲线2

所示。

为了保证电流速断保护动作的选择性，对保护1来讲，其起动电流1加”必须整定得大于d4

点短路时，可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下变电所C母线上三相短路时的电

流Id.C",亦即

Ida.1>Id.c.nix

引入可*系数&=1.2-1.3,则上式即可写为

IdzJ=Kk*Id.c.nex(2-11)

对保护2来讲，按照同样的原则，其起动电流应整定得大于d2点短路时的最大短路电流

Id.b.nax>即

起动电流与Zd无关，所以在图2-5上是直线，它与曲线I和曲线II各有一个交点。在交点

以前短路时，由于短路电流大于起动电流，保护装置都能动作。而在交点以后短路时，由于

短路电流小于起动电流，保护将不能起动，由此可见，有选择性的电流速断保护不可能保护

线路的全长。

因此，速断保护对被保护线路内部故障的反应能力（即灵敏性），只能用保护范围的大小来

衡量，此保护范围通常用线路全长的百分数来表示。由图2-5可见,当系统为最大运行方式

时，电流速断的保护范围为最大，当出现其他运行方式或两相短路时，速断的保护范围都要

减小，而当出现系统最小运行方式下的两相短路时，电流速断的保护范围为最小。一般情况

下，应按这种运行方式和故障类型来校验其保护范围。

c.优缺点：优点是简单可*,动作迅速；缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范

围直接受系统运行方式变化的影响。

*应用中间继电器的原因：一是因为电流继电器的触点容量比较小，不能直接接通跳闸

线圈，故先起动中间继电器，然后再由中间继电器的触点去跳闸；二是因为中间继电器

可增大保护装置的固有动作时间，可防止线路上管型避雷器放电时引起速断保护误动作。

2.限时电流速断保护：用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时也能作为速断

的后备保护。

b.整定原则：设保护1装有电流速断，其起动电流按（2-11）式计算后为1击」,它与短路电

流变化曲线的交点M即为保护1电流速断的保护范围。当在此点发生短路时，短路电流即为

UB速断保护刚好动作。根据以上分析，保护2的限时电流速断不应超过保护1电流速断

的范围，因此在单侧电源供电的情况下，它的起动电流就应该整定为

I''<fc.2>Idz.1

上式中不可取等号，因为保护1和保护2的安装地点不同,使用的电流互感器和继电器不同,

故它们之间的特性很难完全一样，会导致其中之一误动作。引入可*系数Kk,则得1丸2=此

*Idz.1

其中Kk一般取为LIT.2o

从以上分析中已经得出，限时速断的动作时限t2,应选择得比下一条线路速断保护的动作时

限tl高出一个时间阶段，即

现以线路A-B上发生故障时，保护1和保护2的配合关系为例，说明确定的原则如下：1）

应包括故障线路DL的跳闸时间，因为在这一段时间里，故障并未消除，因此保护2在故障

电流的作用下仍处于起动状态。

2）应包括故障线路保护1中时间继电器的实际动作时间比整定值要大才能动作。

3）应包括保护2中时间继电器可能比预定时间提早动作闭合它的触点。

4）如果保护2中的测量元件（电流继电器）在外部故障切除后，由于的影响而不能立即返

回时，则中还应包括测量元件延迟返回的惯性时间。

5）考虑一定的裕度，再增加一个裕度时间ty,就得到t2〃和tl〃之间的关系为

或=++++

对于通常采用的断路器和间接作用的二次式继电器而言，位于0.35-0.6之间，通常多取为

0.5s。

c.优缺点：

*应用时间继电器的原因：采用了时间继电器，则当电流继电器动作后还必须经过一

段延时t2才能动作与跳闸，而如果在以前故障已经切除，则电流继电器立即返回，整个保

护随即恢复原状，而不会误动作。

3,定时限过电流保护：其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定，正常时不应该起动

而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能够保护本

线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。

a.工作原理及整定原则：见图2-14

为保证在正常运行情况下过电流保护绝不动作，显然保护装置的起动电流必须整定得大于该

线路上可能

出现的最大负荷电流If.max。然而，在实际上确定保护装置的起动电流时，还必须考虑在

外部故障切除后，保护装置是否能够返回的问题。

在故障切除后电压恢复时，电动机要有一个自起动的过程。电动机的自起动电流要大于它正

常工作的电流，因此，引入一个自起动系数Kzq来表示自起动时最大电流Izq.max与正常运

行时最大负荷电流If.max之比，即

Izq.max=Kzq*If.max

保护4和5在这个电流的作用下必须立即返回。为此应使保护装置的返回电流Ih大于

Izq.max0引入可*系数Kk,则

Ih=Kk*lzq.max=Kk*Kzq*lf.max

由于保护装置的起动与返回是通过电流继电器来实现的。因此，继电器返回电流与起动电流

之间的关系也就代表着保护装置返回电流与取得道路之间的关系。引入继电器的返回系数

Kh,则保护装置的起动电流即为

Idz=Ih/Kh=Kk*Kzq*If.max/Kh

式中Kk----可*系数，一般采用1.15-1.25；

Kzq自起动系数，数值大于1,应由网络具体接线和负荷性质确定；

Kh——电流继电器的返回系数，一般采用0.85.

由这一关系可见，当Kh越小时，则保护装置的起动电流越大，因而其灵敏性就越差。这是

不利的。这就是为什么要求过电流继电器应有较高的返回系数的原因。

b.灵敏性的校验：参见式2-18。当过电流保护作为本线路的主保护时，应采用最小运行方

式下本线路末端两相短路时的电流进行校验，要求当作为相邻线路的后备保

护时，则应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验，此时要求

klm>1.2.

此外，在各个过电流保护之间，还必须要求灵敏系数相互配合，即对同一故障点而言，要求

越*近故障点的保护应具有越高的灵敏系数。

在后备保护之间，只有当灵敏系数和动作时限都相互配合时，才能切实保证动作的选择性。

这一点在复杂网络的保护中，尤其应该注意。

c.缺陷：当故障越*近电源端时,短路电流越大，此时过电流保护动作切除故障的时限反

而越长，所以过电流保护较少用来作主保护。

4,阶段性电流保护总体评价：

电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护装置。它们

之间的区别主要在于按照不同的原则来选择起动电流，即速断是按照躲开某一点的最大短路

电流来整定，限时速断是按照躲开前方各相邻元件电流速断保护的动作电流而整定。而过电

流保护则是按照躲开最大负荷电流来整定。

由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此，为

保证迅速而有选择性地切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起,

构成阶段式电流保护。具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时速断加过电流保

护，也可以三者同时采用。

使用I段、II段或III段组成的阶段式电流保护，其最主要的优点就是简单、可以并且在

一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。因此在电网中特别是在35kv及以下的较低电

压的网络中获得了广泛的应用。保护的缺点是它直接受电网的接线以及电力系统运行方式变

化的影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用系统最小运行方

式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。

四、基本接线方式：

电流保护的接线方式，即指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。对

相间短路的电流保护，目前广泛应用的是三相星形接线和两相星形接线。（一）三相星形接

线如图2”所示,是将三个电流互感器与三个电流图24

继电器分别按相连接在一起，互感器和继电器均接成星形，在中线上流回的电流为Ia+Ib+Ic,

正常时此电流为零，在发生接地短路时则为三倍零序电流3Io。三个继电器的触点是并联接

线的，相当于"或''回路当其中任触点闭合后均可动作与跳闸或起动时间继电器等。由于在

每相上均有电流继电器，因此，它可以反应各种相间短路和中性点直接接地电网中的单相接

地短路。

（二）两相星形接线如图2・2所示,用装设在A、C相上的两个电流互感器与两个电流继电器

分别按相连接在一起，它和三相星形接线的主要区别在于B相上不装设电流互感器和相应

的继电器，因此，它不能反应B相中所流过的电流。在这种接线中，中线上流回的电流是

IA+IO当采用以上两种接线方式时，流入继电器的电流IJ就是互感器的二次电流L，设电

流互感器的变比为川=1力2，则1尸【2=山川，。因此，当保护装置的起动电流整定为IDZ时，

则反映到继电器上的起动电流即应为：[DZJ=lDz/ni.

（三）两种接线方式的经济性比较：三相星形接线需要三个电流互感器、三个电流继电器和四

根二次电缆，相对来讲是复杂和不经济的。具体使用情况如下：三相星形接线广泛应用于发

电机、变压器等大型贵重电力设备的保护中，因为它能提高保护动作的可*性和灵敏性。此

外，它也可用于中性点直接接地电网中，作为相间短路和单相接地短路的保护。然而，实际

应用中为达上述目的而采用三相星形接线方式的并不多。由于两相星形接线较为简单经济,

因此在中性点直接接地电网和非直接接地电网中，都是广泛地采用它作为相间短路的保护，

此外在分布很广的中性点非直接接地电网中，两点接地短路发生在图2]所示线路上的可能

性要比图22的可能性大得多。，采用两相星形就可以保证有2/3的机会只切除一条线路，

这一点比之用三相星形接线是有优越性的。当电网中的电流保护采用两相星形接线方式时，

应在所有的线路上将保护装置安装在相同的两相上，以保证在不同线路上发生两点及多点接

地时，能切除故障。

电力变压器的继电保护

一、基本概念1,励磁涌流：当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现

数值很大的励磁电流，即为励磁涌流。这是因为在稳态工作情况下，如图很2（a）所示。

铁心中的磁通不能突变，因此，将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为+中m。这样在经

过半个周期以后，铁心之中的磁通达到2中m,如图6・2（b）。其数值最大可达额定电流的

6—8倍，如图6-2（c）所示。请看励磁电流动态演示图2,最小起动电流：如图6-1所示,

当中没有电流时，为使差动继电器起动，需在工作线圈中加入一个电流，由此电流产生的

磁通在中感应一定的电势，它刚好能使执行元件动作，此电流称作继电器的最小起动电流。

二、保护类型L故障类型及不正常运行状态a.变压器的内部故障可分为油箱内和油箱外故

障两种：油箱内故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损，油箱外的

故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。（上述接地短路均系对中性点直接接

地电力网的一侧而言）b.变压器的不正常运行状态主要有：由于变后器外部相间短路引起

的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负

荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。

2.相应保护类型a.瓦斯保护：针对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低而装设，反应

于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作与信号，重瓦斯保护动作于跳

开变压器各电源侧的短路器。应装设瓦斯保护的变压器容量界限是：800kVA及以上的油浸

式变压器河400kVA及以上的车间内油浸式变压器。

b.纵差动保护：（1）基本接线如图@之，由图可知，要实现变压器的纵差动保护就适当地选

择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比。（2）保护特点：需要躲开流过差动

回路中的不平衡电流。不平衡电流产生的原因和消除方法详见表比1。（3）差动继电器类型：

带有速饱和变流器的差动继电器及具有比率制动和二次谐波制动的差动继电器。

c.电流和电压保护：根据变压器容量和系统短路电流水平的不同，实现保护的方式有：过

电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护以及负序过电流保护等。

d.零序保护：对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性

点接地运行则应装设零序电流保护，当有选择性要求时应增设零序方向元件。

e.过负荷保护：对400KVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备

用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。

f.过励磁保护：高压侧电压为500KVA及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变

压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。

母线保护

一.装设母线保护的基本原则发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，

当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障故障母线期间，或转换

到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢组变电所的母线上故障

时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。一般说来，不采用专门的母线保护，而

利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。当双母线同时运行或母线分段单母线时，

供电元件的保护装置则不能保证有选择性地切除故障母线，因此应装设专门的母线保护,具

体情况如下：1）在110KV及以上的双母线和分段单母线上，为保证有选择性地切除任一组

（或段）母线上所发生的故障，而另一组（或段）无故障的母线仍能继续进行，应装设专fJ

的母线保护。2）110KV及以上的单母线，重要发电厂的35KV母线或高压侧为110KV及以

上的重要降压变电所的35KV母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故

障时，应装设专用的母线保护。为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构

成的。所以不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的，即：a）在正常

运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等，

或表示为I总=0;b）当母线上发生故障时，所有与电源连接元件都向故障点供给短路电流,

而在供电给负荷的连接元件中电流等于零，因此，I总c）如从每个连接元件中电流的

相位来看，则在正常运行以及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电

流相位是相反的，具体地说，就是电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。而

当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其它元件中的电流则是同相位的。

二.完全电流差动母线保护原理接线如图生生所示，在母线的所有连接元件上装设具有相

同变比和特性的电流互感器。因为在一次侧电流总和为零时，母线保护用电流互感器必须具

有相同的变比nl,才能保证二次州的电流总和也为零。所有互感器的二次线圈在母线侧的

端子互相连接，另一端的端子也互相连接，然后接入差动继电器。这样，继电器中的电流

口即为各个二次电流的向量和。在正常运行及外部故障时，流入继电器的是由于各互感器

的特性不同二引起的不平衡电流儿；而当母线上（如图中d点）故障时，则所有与电源连

接的元件都向d点供给短路电流，于是流入继电器的电流为L即为故障点的全部短路电流,

此电流足够使继电器2动作而起动出口继电器3,使断路器1）1,1、DL2和DL3跳闸。差动继

电器的起动电流应按如下条件考虑，并选择其中较大的一个：1）躲开外部故障时所产生的

最大不平衡电流，当所有电流互感器均按10%误差曲线选择，且差动继电器采用具有速饱和

铁心的继电器时，起动电流可按下式计算：式中L为可*系数，取为1.3；If为在母

线范围外任一连接元件上短路时，流入差动保护电流互感器的最大短路电流；nl为母线保

护用电流互感器的变比。2）由于母线差动保护电流回路中连接的元件较多，接线复杂，因

此，电流互感器二次回路断线的机率就比较大，为了防止在正常运行情况下，任一电流互感

器二次回路断线时，引起保护装置误动作，起动电流应大于任一连接元件中最大的负荷电流

卜皿，即：尸当保护范围内部故障时，应采用下式校验灵敏系数，其值••般

应不低于2K式中Idnin应采用实际与中可能出现的连接元件最少时，在母线

上发生故障的最小短路电流值。这种保护方式适用与单母线或双母线经常只有一组母线运

行的情况。

自动重合闸

基本概念

（1）瞬时性故障：在线路被继电保护迅速断开后，电弧即行熄灭，故障点的绝缘强度重新

恢复，外界物体也被电弧烧掉而消失，此时，如果把断开的线路断路器再合上，就能恢复正

常的供电，因此称这类故障为“瞬时性故障”。（2）永久性故障：在线路被断开以后，故

障仍然存在，这时即使再合上电源，由于故障仍然存在，线路还要被继电保护再次断开，因

而就不能恢复正常的供电。此类故障称为“永久性故障”。

二.基本要求

1,在下列情况下，重合闸不应动作：1）由值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断

开时；2）手动投入断路器，由于线路上有故障，而随即被继电保护将其断开时。因为在这

种情况下，故障是属于永久性的，它可能是由于检修质量不合格、隐患未消除或者保安的接

地线忘记拆除等原因所产生，因此再重合一次也不可能成功。2,除上述条件外，当断路器

由继电保护动作或其它原因而跳闸后，重合闸均应动作，使断路器重新合闸。3,为了能

够满足第1、2项所提出的要求，应优先采用由控制开关的位置与断路器位置不对应的原则

来起动重合闸，即当控制开关在合闸位置而断路器实际上在断开位置的情况下，使重合闸起

动，这样就可以保证不论是任何原因使断路器跳闸以后，都可以进行一次重合。当用手动操

作控制开关使断路器跳闸以后，控制开关与断路器的位置仍然是对应的。因此，重合闸就不

会起动。4,自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。如一次式重合闸就应该只动作

一次，当重合于永久性故障而再次跳闸以后，就不应该在动作；对二次式重合闸就应该能

够动作两次，当第二次重合于永久性故障而跳闸以后，它不应该再动作。5,自动重合闸在

动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作。但对1OKV及以下电压的线路，如当

地有值班人员时，为简化重合闸的实现，也可采用手动复归的方式。采用手动复归的缺点

是：当重合闸动作后，在值班人员未及时复归以前，而又一次发生故障时，重合闸将拒绝动

作，这在雷雨季节，雷害活动较多的地方尤其可能发生。6,自动重合闸装置应有可能在重

合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便更好地与继电保护相配合加速故障的切

除。7,在双侧电源的线路上实现重合闸时，应考虑合闸时两侧电源的同步问题，并满足所

提出的要求。8,当断路器处于不正常状态（如操作机构中使用的气压、液压降低等）而不

允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置锁闭。

三.重合闸与继电保护的配合1,前加速保护：重合闸前加速保护一般乂简称为“前加速保

护”。如图5Tl所示的网络接线,假定在每条线路上均装设过电流保护，其动作时限按阶

梯型原则来配合。因而在*近电源端保护3处的时限就很长。为了能加速故障的切除，可在

保护3处采用前加速的方式，即当任何一条线路上发生故障时，第一次都由保护3瞬时动作

予以切除。如果故障是在线路A-E以外（如d点），则保护3的动作都是无选择性的。但断

路器3跳闸后，即起动重合闸重新恢复供电，从而纠正了上述无选择性动作。如果此时的故

障是瞬时性的，则在重合闸以后就恢复了供电。如果故障是永久性的，则由保护1或2切除,

当保护2拒动时则保护3第二次就按有选择性的时限t3动作于跳闸。为了使无选择性的动

作范围不扩展的太长，一般规定当变压器低压侧短路时，保护3不应动作。因此，其起动电

流还应按照躲开相邻变压器低压侧的短路（d2）来整定。采用前加速的优点是：a.能够快

速地切除瞬时性故障；b.可能使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，从而提高重合间的

成功率；c.能保证发电厂和重要变电所的母线0.6-0.7倍额定电压以上，从而保证厂用电

和重要用户的电能质量；d.使用设备少，只需装设一套重合闸装置，简单、经济。采用前

加速的缺点是：a.断路器工作条件恶劣，动作次数较多；b.重合于永久性故障上时，故

障切除时间可能较长；c.如果重合闸装置或断路器拒绝合闸，则将扩大停电范围。甚至在

最末一级线路.匕故障时，都会使连接在这条线路上的所有用户停电。前加速保护主要用于

35KV以下由发电厂或重要变电所引出的直配线路上，以便快速切除故障，保证母线电压。

在这些线路上一般只装设简单的电流保护。

2,后加速保护重合闸后加速保护•般又简称为“后加速”。所谓后加速就是当线路第一次

故障时，保护有选择性地动作，然后进行重合。如果重合于永久性故障上，则在断路器合闸

后，再加速保护动作，瞬间切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。后加速的配合方

式广泛应用于35KV以上的网络及对重要负荷供电的送电线路上。因为在这些线路上一般都

装有性能比较完善的保护装置。

后加速保护的优点：a.第一次是有选择性的切除故障，不会扩大停电范围，特别是在重要

的高压电网中，一般不允许保护无选择性的动作而后以重合闸来纠正。b.保证了永久性故

障能瞬间切除，并仍然是有选择性的c.和前加速相比，使用中不受网络结构和负荷条件的

限制，一般说来是有利而无害的。后加速保护的缺点：a.每个断路器上都需要装设一套重

合闸，与前加速相比较为复杂；b.第一次切除故障可能带有延时。原理接线图如5-12,LJ

为过电流继电器的触点，当线路发生故障时，它起动时间继电器SJ,然后经整定的时限后

SJ2触点闭合，起动出口继电器ZJ而跳闸。当重合闸以后，如前分析，JSJ的触点将闭

合1s的时间，如果重合于永久性故障上，则LJ再次动作，此时即可臼时间继电器的瞬时常

开触点SJ1、压板LP和JSJ的触点串联而立即起动ZJ动作于跳闸，从而实现了重合闸以后

使过电流保护加速的要求。

综合重合闸在采用单相重合闸