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电力系统继电保护电力系统继电保护 电气工程及其自动化专业课程电气工程及其自动化专业课程华中科技大学文华学院机电学部2009.9Chapter 2 电力系统继电保护基础知识电力系统继电保护基础知识2.1 继电保护的系统配置与继电特性继电保护的系统配置与继电特性2.2 继电保护用电力互感器和输入变换器继电保护用电力互感器和输入变换器2.3 微机继电保护装置的基本构成原理微机继电保护装置的基本构成原理2.1 继电保护的系统配置与继电特性继电保护的系统配置与继电特性2.1.1 2.1.1 继电保护的系统配置与保护范围继电保护的系统配置与保护范围 图图2.1 2.1 典型电力系统及其保护分区典型电力系统及其保护分区 变压器变压器1发电机发电机母线母线电动机电动机输配电线路输配电线路保护分区的基本原则保护分区的基本原则 保护分区的基本类型保护分区的基本类型按按独立电气元件（及其组合）。独立电气元件（及其组合）。主保护分区（基本保护分区或按主保护分区（基本保护分区或按元件保护分区）元件保护分区）后备保护分区（基本保护分区或后备保护分区（基本保护分区或相邻的多个基本保护分区）相邻的多个基本保护分区）图图2.2 2.2 按重叠保护范围正按重叠保护范围正确地选择保护分区交界处确地选择保护分区交界处的电流互感器的电流互感器 保护分区必须覆盖整个电力系保护分区必须覆盖整个电力系统，不允许存在死区。统，不允许存在死区。基本保护分区：基本保护分区：以断路器为边界构成的区域以断路器为边界构成的区域 相邻保护分区的保护范围要有相邻保护分区的保护范围要有重叠。重叠。概念与结论：概念与结论：继电保护装置感受到系统发生故障并不是其继电保护装置感受到系统发生故障并不是其动作的充分必要条件，继电保护装置只有检测到动作的充分必要条件，继电保护装置只有检测到其对应的保护分区内的故障且为其规定的故障类其对应的保护分区内的故障且为其规定的故障类型时才允许按规定的时限配合及操作形式的要求型时才允许按规定的时限配合及操作形式的要求产生动作。产生动作。继电保护的系统性继电保护的系统性继电保护不仅要保证具体保护对象的安全，更重继电保护不仅要保证具体保护对象的安全，更重要的是需要保证电力系统的安全和稳定。要的是需要保证电力系统的安全和稳定。不仅要研究继电保护装置的原理及实现技术，还不仅要研究继电保护装置的原理及实现技术，还必须研究传感器及控制对象的技术特性及要求。必须研究传感器及控制对象的技术特性及要求。对于一个保护对象，为了保证其保护的可靠性和对于一个保护对象，为了保证其保护的可靠性和完备性，常常要求用多个继电保护装置构成一个完备性，常常要求用多个继电保护装置构成一个保护系统。保护系统。以过电流继电器为例：以过电流继电器为例：IIop动作动作,IIre返回。返回。reIopI返回动作图图2.4 2.4 过电流继电器的继电特性过电流继电器的继电特性2.1.2 继电特性继电特性 说明：继电保护动作状态的确切和稳定靠继电特性来保证。动作电流：动作电流：Iop能够使继电器可靠动作的最小电流值。能够使继电器可靠动作的最小电流值。返回电流：返回电流：Ire能够使继电器可靠返回的最大电流值。能够使继电器可靠返回的最大电流值。返回系数返回系数:Kre保护继电器的返回值与动作值之比保护继电器的返回值与动作值之比,即即:过量继电器的返回系数恒小于过量继电器的返回系数恒小于1；欠量继电器的返回系数恒大于欠量继电器的返回系数恒大于1。继电特性的两个要点：继电特性的两个要点：()永远处于动作或者返回状态，无中间状态；永远处于动作或者返回状态，无中间状态；()Iop不等于不等于Ire，使接点无抖动。，使接点无抖动。2.1.2 继电特性继电特性一般要求过量继电器（一般要求过量继电器（0.85Kre 1,0.90.95）；欠量继电器）；欠量继电器（1Kre1.2）。2.2 继电保护用电力互感器和输入变换器继电保护用电力互感器和输入变换器继电保护输入信号的类型与特点继电保护输入信号的类型与特点 类型：电压、电流；交流、直流；电量、非电量类型：电压、电流；交流、直流；电量、非电量 特点：幅值变化范围大，衰减直流分量、丰富的特点：幅值变化范围大，衰减直流分量、丰富的高次谐波分量高次谐波分量电压互感器的作用电压互感器的作用:将电力系统的高电压在二次侧准确地变换成将电力系统的高电压在二次侧准确地变换成继电保护及仪表所允许电压（额定值为继电保护及仪表所允许电压（额定值为100V或或57.7V），使继电器和仪表既能在低电压情况下工），使继电器和仪表既能在低电压情况下工作，又能准确地反映电力系统中高电压设备的运作，又能准确地反映电力系统中高电压设备的运行情况，同时它还具有高、低电压电路的隔离作行情况，同时它还具有高、低电压电路的隔离作用，以保证二次设备和工作人员的安全。文字符用，以保证二次设备和工作人员的安全。文字符号为号为TV（旧：（旧：PT）2.2.1 电压互感器电压互感器保护用电力互感器的主要类型保护用电力互感器的主要类型 (1)TV(1)TV电磁式；电容式（电磁式；电容式（CVTCVT）(2)TA(2)TA无气隙铁心式，无气隙铁心式，TPTP，如，如5P205P20；小气隙；小气隙铁心式，铁心式，TPYTPY；空心式；空心式母线保护。母线保护。电压互感器的工作特点和要求电压互感器的工作特点和要求(3)对电压互感器的基本要求是电压变换的准确性，对电压互感器的基本要求是电压变换的准确性，它主要受二次负荷大小的影响，对于保护用电压互它主要受二次负荷大小的影响，对于保护用电压互感器，还需考虑电压互感器暂态过程对快速保护的感器，还需考虑电压互感器暂态过程对快速保护的影响。影响。(1)电压互感器的一次侧与高电压路并联，因此，电压互感器的一次侧与高电压路并联，因此，其一次工作电压只取决于接入点的一次电压。其一次工作电压只取决于接入点的一次电压。(2)电压互感器的二次回路不允许短路，否则会产电压互感器的二次回路不允许短路，否则会产生危险的短路电流，并烧毁电压互感器，因此，生危险的短路电流，并烧毁电压互感器，因此，通常装有保护熔断器通常装有保护熔断器2.2.2 2.2.2 电流互感器电流互感器电流互感器的作用电流互感器的作用:将电力系统的高电压电路上的电流，准确地变将电力系统的高电压电路上的电流，准确地变换成二次低电压电路上的小电流（额定值为换成二次低电压电路上的小电流（额定值为5A或或1A），同时它还具有高、低电压电路的隔离作用，），同时它还具有高、低电压电路的隔离作用，以保证二次设备和工作人员的安全。以保证二次设备和工作人员的安全。文字符号为文字符号为TA（旧：（旧：CT）电流互感器的工作特点和要求电流互感器的工作特点和要求(4)变换的准确性主要受二次负荷和一次电流大小的影变换的准确性主要受二次负荷和一次电流大小的影响；响；(1)电流互感器的一次绕组与高电压电路串联，因此其电流互感器的一次绕组与高电压电路串联，因此其一次工作电流只取决于被接入的一次电路的电流，而一次工作电流只取决于被接入的一次电路的电流，而与其二次侧负荷的大小无关；与其二次侧负荷的大小无关；(2)电流互感器的二次回路不允许开路，否则会产生危电流互感器的二次回路不允许开路，否则会产生危险的过电压，威胁人身和设备的安全；险的过电压，威胁人身和设备的安全；(3)电流互感器的二次回路必须有且只允许有一点接电流互感器的二次回路必须有且只允许有一点接地，防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压，地，防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压，但仅一点接地；但仅一点接地；继电保护装置内部的输入变换器继电保护装置内部的输入变换器 在继电保护装置内部，还需要通过各种输入在继电保护装置内部，还需要通过各种输入变换器将电压互感器提供的二次电压、电流互感变换器将电压互感器提供的二次电压、电流互感器提供的二次电流进一步变小，以适应弱电元件器提供的二次电流进一步变小，以适应弱电元件（如电子元件）的要求；（如电子元件）的要求；v 同时输入变换器还担负在二次回路与继电保同时输入变换器还担负在二次回路与继电保护装置内部电路之间实现电气隔离和电磁屏蔽作护装置内部电路之间实现电气隔离和电磁屏蔽作用，以保障人身及保护装置内部弱电元件的安全、用，以保障人身及保护装置内部弱电元件的安全、减少来自高压设备对弱电元件的干扰。减少来自高压设备对弱电元件的干扰。电压输入变换器电压输入变换器 电压变换电压变换器的副方器的副方电压电压的大小的大小应应与弱与弱电电电电子元件的子元件的允允许电压许电压相匹配（如在微机式保相匹配（如在微机式保护护中，常中，常选选取取对应对应最高最高输输入的副方入的副方电压电压的有效的有效值为值为伏）。伏）。电压变换器的工作原理与电磁式电压互感器完全相电压变换器的工作原理与电磁式电压互感器完全相同。同。电压变换器的原方与电压互感器的二次侧并联，电压变换器的原方与电压互感器的二次侧并联，其原方额定电压及电压允许变化范围应与电压互其原方额定电压及电压允许变化范围应与电压互感器的二次电压相匹配。感器的二次电压相匹配。电流输入变换器电流输入变换器电流变换器的原方与电流互感器的二次侧串联，其电流变换器的原方与电流互感器的二次侧串联，其原方额定电流及电流允许变化范围应与电流互感器原方额定电流及电流允许变化范围应与电流互感器的二次电流相匹配的二次电流相匹配;电流变换器的工作原理与电流互感器完全相同。电流变换器的工作原理与电流互感器完全相同。由于弱电电子元件多为电压输入型，因此电流变换由于弱电电子元件多为电压输入型，因此电流变换器的付方输出电流需要进一步变换为与电流成比例器的付方输出电流需要进一步变换为与电流成比例的电压，该变换过程称为电压形成，该电压称为形的电压，该变换过程称为电压形成，该电压称为形成电压。成电压。电压形成的常用方法是在电流变换器付方输出的两电压形成的常用方法是在电流变换器付方输出的两个端子间接入一个低阻值电阻，付方输出电流流过个端子间接入一个低阻值电阻，付方输出电流流过电阻便产生与付方电流同相位、正比例的形成电压。电阻便产生与付方电流同相位、正比例的形成电压。电抗变换器电抗变换器电抗变换器是一种铁芯带气隙的特殊的电流变电抗变换器是一种铁芯带气隙的特殊的电流变换器，它可以将电流直接变换成电压换器，它可以将电流直接变换成电压.电抗变换器的原方与电流变换器一样，与电流电抗变换器的原方与电流变换器一样，与电流互感器的二次侧串联；而付方与具有很高的输互感器的二次侧串联；而付方与具有很高的输入电阻的负荷（如弱电电子元件）直接相连入电阻的负荷（如弱电电子元件）直接相连 .2.3 2.3 继电保护装置的基本构成原理继电保护装置的基本构成原理2.3.1 2.3.1 微机型继电保护装置的基本构成原理微机型继电保护装置的基本构成原理一台完整的微机型继电保护装置的构成包含硬件一台完整的微机型继电保护装置的构成包含硬件和软件两部分。和软件两部分。硬件以数字核心部件为中心，围绕着数字核心部硬件以数字核心部件为中心，围绕着数字核心部件的是各种外围接口部件。件的是各种外围接口部件。图图2-15 微机保护装置的硬件系统原理框图微机保护装置的硬件系统原理框图数字核心部件数字核心部件 实质上就是一台特别设计的专用微型计算机，一般由中央实质上就是一台特别设计的专用微型计算机，一般由中央处理器、存储器，定时器处理器、存储器，定时器/计数器及控制电路等部分组成，并计数器及控制电路等部分组成，并通过数据总线，地址总线、控制总线连成一个系统。通过数据总线，地址总线、控制总线连成一个系统。模拟量输入接口部件模拟量输入接口部件 一次系统的模拟电量可分为交一次系统的模拟电量可分为交流电量，直流电量以及各种非电量。流电量，直流电量以及各种非电量。其作用是将电力传感器输入的模拟其作用是将电力传感器输入的模拟电量正确地变换成离散化的数字量，电量正确地变换成离散化的数字量，提供给数字核心部件进行处理。提供给数字核心部件进行处理。开关量输入接口部件开关量输入接口部件 开关量是指那些反映开关量是指那些反映“是是”或或“非非”两种两种状态的逻辑变量，如断路器的状态的逻辑变量，如断路器的“合闸合闸”或或“分分闸闸”状态、控制信号的状态、控制信号的“有有”或或“无无”状态等。状态等。继电保护装置常常需要确知开关量的状态才能继电保护装置常常需要确知开关量的状态才能正确地动作。正确地动作。开关量输出接口部件开关量输出接口部件 微机型保护通过微机型保护通过开关量输出的状态来开关量输出的状态来控制执行回路、信号控制执行回路、信号回路，以及其他回路回路，以及其他回路的继电器的动作。的继电器的动作。人机对话接口部件人机对话接口部件 人机对话接口部件人机对话接口部件的作用是，建立起微机的作用是，建立起微机型保护与使用者之间的型保护与使用者之间的信息联系，以便对装置信息联系，以便对装置进行人工操作、调试和进行人工操作、调试和得到反馈信息。得到反馈信息。外部通信接口部件外部通信接口部件 其作用是提供与其作用是提供与计算机局域通信网络计算机局域通信网络以及远程通信网络的以及远程通信网络的信息通道。信息通道。课堂习题：课堂习题：1.欠量继电器的继电特性是如何？画出图欠量继电器的继电特性是如何？画出图形。形。作业：作业：1.为什么电流互感器二次侧不能开路？为什么电流互感器二次侧不能开路？第二章 结束