西南交大继电保护课件——第七章 微机保护与综合自动化 (2).ppt

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1、电力系统继电保护原理6.1 6.1 微机保护基本原理微机保护基本原理6.1.16.1.1微机保护的特点及发展微机保护的特点及发展微机保护主要特点微机保护主要特点改善、提高保护性能，动作正确率高改善、提高保护性能，动作正确率高易于获得附加功能易于获得附加功能 维护调试工作量小维护调试工作量小 可靠性高可靠性高硬件标准化设计硬件标准化设计使用灵活方便，人机界面友好使用灵活方便，人机界面友好可以进行远方监控可以进行远方监控第七章第七章 微机保护与综合自动化微机保护与综合自动化继电保护新技术继电保护新技术自适应控制技术自适应控制技术人工神经网络与小波人工神经网络与小波故障类型的判别故障类型的判别故障测

2、距故障测距方向保护方向保护主设备保护主设备保护 智能化检测与自动测试智能化检测与自动测试数字化测试手段数字化测试手段动作行为分析的透明化动作行为分析的透明化6.1.2微机保护硬件构成微机保护硬件构成 微机保护装置硬件原理示意图微机保护装置硬件原理示意图 数据采集单元数据采集单元电压形成回路电压形成回路模拟量滤波回路模拟量滤波回路模数转换回路模数转换回路基于逐次逼近原理的模数转换器件（基于逐次逼近原理的模数转换器件（ADAD）基于电压基于电压-频率转换的模数转换器件（频率转换的模数转换器件（VFCVFC）两种模数转换器件的特点如下：两种模数转换器件的特点如下：输出数据格式输出数据格式（ADAD：

3、二进制编码，可直接进行数字运算；：二进制编码，可直接进行数字运算；VFCVFC：脉冲个数，需要将相邻两次计数值相减后才能进行数字运算）：脉冲个数，需要将相邻两次计数值相减后才能进行数字运算）分辨率分辨率（ADAD：A/DA/D芯片的位数；芯片的位数；VFCVFC：VFCVFC芯片的最高转换频率芯片的最高转换频率和采样间隔）和采样间隔）抗干扰性抗干扰性（ADAD：不便于实现光电隔离，抗干扰能力较差；：不便于实现光电隔离，抗干扰能力较差；VFCVFC：便于实现模拟系统与数字系统之间的隔离，抗干扰能力强）：便于实现模拟系统与数字系统之间的隔离，抗干扰能力强）保护保护CPUCPU单元单元保护保护CPU

4、CPU单元原理框图单元原理框图开关量输入开关量输入/输出单元输出单元开关量输入电路原理图开关量输入电路原理图开关量输出电路原理图开关量输出电路原理图人机接口与通信人机接口与通信CPUCPU单元单元 人机接口单元原理框图人机接口单元原理框图对微机保护硬件的要求对微机保护硬件的要求高可靠性高可靠性开放性开放性通用性通用性灵活性和可扩展性灵活性和可扩展性模块化与智能化状态检测模块化与智能化状态检测 即即数学模型数学模型，不同算法可实现各种保护的功能。，不同算法可实现各种保护的功能。模拟式保护的特性和功能完全由装置（模拟式保护的特性和功能完全由装置（硬件硬件）决定，而微）决定，而微机保护的硬件是共同的

5、，保护的特性与功能主要由机保护的硬件是共同的，保护的特性与功能主要由软件软件决定。决定。算法的算法的核心核心是算出可表征被保护对象运行特点的物理量，是算出可表征被保护对象运行特点的物理量，如电压、电流有效值和相位等，序分量，基波分量等。用这些如电压、电流有效值和相位等，序分量，基波分量等。用这些基本电气量的计算值，构成各种不同原理的保护。基本电气量的计算值，构成各种不同原理的保护。算法分算法分基本算法基本算法和和继电器算法继电器算法。前者是计算被测电气量的。前者是计算被测电气量的大小和相位的方法，它们是微机保护的基础；后者是根据继电大小和相位的方法，它们是微机保护的基础；后者是根据继电器的动作

6、特性拟定的算法，也称动作特性算法。器的动作特性拟定的算法，也称动作特性算法。评价算法优劣的评价算法优劣的标准标准：算法的精度和运算速度。速度包括：算法的精度和运算速度。速度包括：算法要求的采样点数（数据窗长度），算法运算工作量。研究算法要求的采样点数（数据窗长度），算法运算工作量。研究算法实质是在速度和精度上进行权衡。算法实质是在速度和精度上进行权衡。全波傅立叶算法全波傅立叶算法是应用最广泛、并能满足精度要求的一种，是应用最广泛、并能满足精度要求的一种，以傅立叶级数为基础，适用任何周期函数的输入信号。以傅立叶级数为基础，适用任何周期函数的输入信号。6.1.3 6.1.3 微机保护算法微机保护算

7、法、电压电压 输入模拟信号，都可按傅氏级数表达为输入模拟信号，都可按傅氏级数表达为 含有直流分量含有直流分量、和各种谐波分量和各种谐波分量、的形式，如的形式，如 为：为：分别为分别为 次谐波的余弦和正弦分量电流；次谐波的余弦和正弦分量电流；和和电流角频率。电流角频率。为基频为基频 、作样本分作样本分 别与上式别与上式 相乘，并取一周期相乘，并取一周期 T T积分，由正交函数特性得到积分，由正交函数特性得到 消去消去 和各次谐波分量的和各次谐波分量的 和和表达式，为表达式，为 电流电流 利用正、余弦正交函数集的相应正交函数作样本函数，与利用正、余弦正交函数集的相应正交函数作样本函数，与上式相关，

8、如获取基波分量电流时，用上式相关，如获取基波分量电流时，用 设每工频周期采样设每工频周期采样N N次，对上式用梯形法数值积分来代次，对上式用梯形法数值积分来代替，则得替，则得、分别为第分别为第次采样及其电流采样值。次采样及其电流采样值。和和意义为一周期（意义为一周期（T T）中）中 采样值余弦和正弦分采样值余弦和正弦分 量的加权平均值。同理求出量的加权平均值。同理求出 和和分量，则基波电流、分量，则基波电流、电压和复数形式和功率因数角分别为电压和复数形式和功率因数角分别为 需要指出，暂态的衰减直流分量将对傅氏算法基波和谐需要指出，暂态的衰减直流分量将对傅氏算法基波和谐波分量计算结果产生较大误差

9、，应采用数字滤波进行补偿。波分量计算结果产生较大误差，应采用数字滤波进行补偿。6.1.4 6.1.4 保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护变压器保护n变压器比率制动保护变压器比率制动保护Y/-11Y/-11变压器差动保护接线变压器差动保护接线变压器平衡系数变压器平衡系数电流平衡关系电流平衡关系差动电流和制动电流的计算差动电流和制动电流的计算 BCBC相、相、CACA相差动电流、制动电流计算类似。相差动电流、制动电流计算类似。差动保护差动保护差动速断差动速断按躲过变压器的合闸涌按躲过变压器的合闸涌流整定，一般整定为变压器流整定，一般整定为变压器额定电流的额定电流的7 715

10、15倍倍比率制动差动保护比率制动差动保护0.1 0.1 1.0Ie1.0Ie0.2 0.2 2.0Ie2.0Ie0.2 0.2 10Ie10Ie0.2 0.2 0.80.80.2 0.2 0.80.8二次谐波闭锁二次谐波闭锁n低压启动过电流保护低压启动过电流保护电流按电流按整定整定电压一般牵引网额定电压的电压一般牵引网额定电压的60%60%70%70%整定整定高压侧低压启动过电流保护原理框图高压侧低压启动过电流保护原理框图相低压启动过电流保护原理框相低压启动过电流保护原理框相低压启动过电流保护原理框图相低压启动过电流保护原理框图n零序过电流保护原理框图零序过电流保护原理框图 整定按经验公式整定

11、按经验公式n反时限过负荷保护反时限过负荷保护 一般反时限特性：一般反时限特性：甚反时限特性：甚反时限特性：极度反时限特性：极度反时限特性：牵引网馈线保护牵引网馈线保护自适应距离保护自适应距离保护电流速断保护原理框图电流速断保护原理框图电流增量保护原理框图电流增量保护原理框图动作方程为：动作方程为：反时限过负荷保护反时限过负荷保护 一般反时限特性：一般反时限特性：甚反时限特性：甚反时限特性：极度反时限特性：极度反时限特性：馈线保护配置及整定馈线保护配置及整定l单线单边供电方式单线单边供电方式 保护配置：保护配置：阻抗阻抗段段电流速断电流速断电流增量（电流增量（可选配可选配）保护整定：保护整定：a

12、)a)阻抗阻抗段段电抗边整定电抗边整定按线路全长整定按线路全长整定电阻边整定电阻边整定按负荷阻抗整定按负荷阻抗整定 b)b)电流速断电流速断 为最大负荷电流，为最大负荷电流，为可靠系数为可靠系数 c)c)电流增量电流增量 为一列车的启动电流，为一列车的启动电流，为可靠系数为可靠系数l单线越区供电方式单线越区供电方式保护配置：保护配置：阻抗阻抗段段阻抗阻抗段段电流速断电流速断电流增量（电流增量（可选配可选配）保护整定：保护整定：a)a)阻抗阻抗段段电抗边整定电抗边整定按线路全长按线路全长L1L1的的85%85%整定整定电阻边整定电阻边整定与单线单边供电方式下的整定相同与单线单边供电方式下的整定相

13、同 b)b)阻抗阻抗段段电抗边整定电抗边整定按被保护线路全长（按被保护线路全长（L1+L2L1+L2）整定）整定 电阻边整定电阻边整定与单线单边供电方式下的整定相同与单线单边供电方式下的整定相同c)c)电流速断电流速断电流速断按分区所电流速断按分区所SPSP处最大短路电流整定处最大短路电流整定 d)d)电流增量电流增量与单线单边供电方式下的整定相同与单线单边供电方式下的整定相同l复线单边供电方式复线单边供电方式保护配置：保护配置：变电所变电所SSSS处处D1D1、D2 D2 分区所分区所SPSP处处D3D3 阻抗阻抗段段 正向阻抗正向阻抗段段 阻抗阻抗段段 反向阻抗反向阻抗段段 电流速断电流速

14、断 电流速断电流速断 电流增量（电流增量（可选配可选配）电流增量（电流增量（可选配可选配）a)a)变电所变电所SSSS的保护整定的保护整定 阻抗阻抗段段 阻抗阻抗段段 电流速断电流速断电流速断按分区所电流速断按分区所SPSP处最大短路电流整定处最大短路电流整定 电流增量电流增量 保护整定：保护整定：b)b)分区所分区所SPSP的保护整定的保护整定 正向、方向阻抗正向、方向阻抗段的整定段的整定 电流速断电流速断 按一列车的最大负荷电流整定按一列车的最大负荷电流整定 为一列车的最大负荷电流为一列车的最大负荷电流 电流增量电流增量 并补保护并补保护 保护配置：保护配置：u电流速断保护电流速断保护u过

15、电流保护过电流保护u谐波过电流保护谐波过电流保护u差电流保护差电流保护u差电压保护差电压保护u低电压保护低电压保护u过电压保护过电压保护 保护整定：保护整定：电流速断保护电流速断保护 按躲过并补装置的最大合闸涌流整定按躲过并补装置的最大合闸涌流整定 涌流计算公式为涌流计算公式为过电流保护过电流保护 电流按电容器组的额定电流整定电流按电容器组的额定电流整定，时限按躲过并时限按躲过并补装置合闸涌流的最大持续时间来整定补装置合闸涌流的最大持续时间来整定。谐波过电流保护谐波过电流保护 动作电流：动作电流：典型时限：典型时限：120s120s差电流保护差电流保护 动作电流：动作电流：为同型系数，顶流互与

16、底流互同型时取为同型系数，顶流互与底流互同型时取0.50.5，不，不同型取同型取1 1；为流互最大允许误差，取为流互最大允许误差，取0.10.1。典型时限：典型时限：0.5s0.5s差电压保护差电压保护 确定电容器组中故障电容器端电压超过确定电容器组中故障电容器端电压超过1.11.1倍额倍额定电压时，熔断器切除电容器的台数定电压时，熔断器切除电容器的台数K K，按下式计算，按下式计算M M为并联电容器数；为并联电容器数；N N为串联电容器数；为串联电容器数；D D为补偿为补偿度；度；为母线最高电压；为母线最高电压；为电容器组额定电压。为电容器组额定电压。计算差电压计算差电压有击穿电容支路电容量

17、：（有击穿电容支路电容量：（M-KM-K）C C完好部分电容量：完好部分电容量：MC/MC/（N-1N-1）电感部分电抗：电感部分电抗：DN/DN/MCMC流过补偿支路电流可以根据下式求出：流过补偿支路电流可以根据下式求出：有击穿电容部分电容上的电压为：有击穿电容部分电容上的电压为：无击穿电容部分电容上的电压为：无击穿电容部分电容上的电压为：差压回路的电压为：差压回路的电压为：计算差电压整定值计算差电压整定值 动作电压：动作电压：典型时限：典型时限：0.10.10.2s0.2s 低电压保护低电压保护 动作电压：一般按动作电压：一般按0.50.50.60.6倍牵引网额定电压整倍牵引网额定电压整定

18、。定。典型时限：为典型时限：为0.50.51s1s。过电压保护过电压保护 一般按电容器组额定电压的一般按电容器组额定电压的1.051.051.11.1倍整定。倍整定。取取1.051.051.11.1，为电容器组额定电压为电容器组额定电压典型时限：典型时限：1 15s5s整定计算实例整定计算实例系统参数系统参数电力系统参数电力系统参数系统容量系统容量 =100MVA=100MVA，=0.3129,=0.3193=0.3129,=0.3193 =115kV =115kV牵引主变压器参数牵引主变压器参数Y/Y/-11-11变压器变压器 变压器容量变压器容量 =20MVA=20MVA短路电抗短路电抗

19、=10.62%=10.62%高压侧高压侧CTCT变比变比 =40=40低压侧低压侧CTCT变比变比 =150=150零序零序CTCT变比变比 =20=20 接触网参数接触网参数采用单线单边供电方式采用单线单边供电方式最大负荷电流最大负荷电流 =610A=610A接触网单位阻抗接触网单位阻抗 =0.263+j0.565/km=0.263+j0.565/km供电臂长度供电臂长度L=26.08kmL=26.08kmCTCT变比变比 =150=150并补装置参数并补装置参数电容组为电容组为6 6并并4 4串串额定容量额定容量 =2400kVar=2400kVar额定电压额定电压 =42kV=42kV过

20、流过流CTCT变比变比 =40=40，差流，差流CTCT变比变比 =30=30变压器保护整定计算变压器保护整定计算变压器额定电流变压器额定电流高压侧额定电流：高压侧额定电流：低压侧额定电流：低压侧额定电流：对于对于Yn,d11Yn,d11接线牵引变压器接线牵引变压器短路电流短路电流变压器短路电抗：变压器短路电抗：最大运行方式下的短路电流为：最大运行方式下的短路电流为：最小运行方式下的短路电流为：最小运行方式下的短路电流为：平衡系数整定平衡系数整定 差动速断保护差动速断保护比率差动保护比率差动保护差动电流差动电流制动电流制动电流段段制动电流制动电流段段段段比率比率段比率段比率低压启动低压启动高压

21、侧过电流高压侧过电流时限：时限：T=1.2sT=1.2s 低压侧过电流低压侧过电流时限：时限：T=0.9sT=0.9s 零序过电流零序过电流时限：时限：T=3.5sT=3.5s 一般反时限过负荷一般反时限过负荷时间常数：时间常数：t=1.23st=1.23s馈线保护整定计算馈线保护整定计算电流速断保护电流速断保护时限：时限：T=0.1sT=0.1s阻抗阻抗段保护段保护 时限：时限：T=0.1sT=0.1s电流增量保护电流增量保护时限：时限：T=0.1sT=0.1s 并补保护整定计算并补保护整定计算电容器组额定电流和容抗电容器组额定电流和容抗并补合闸涌流并补合闸涌流 电流速断保护电流速断保护过电

22、流保护过电流保护时限：时限：T=5sT=5s 谐波过电流保护谐波过电流保护 时限：时限：T=120sT=120s 差电流保护差电流保护时限：时限：T=0.5sT=0.5s 低电压保护低电压保护时限：时限：T=0.5sT=0.5s过电压保护过电压保护 时限：时限：T=5sT=5s 差电压保护差电压保护a)a)根据公式根据公式 计算计算K K 求出求出K2.69K2.69，取，取K=3K=3。b)b)根据公式根据公式 计算差电压为计算差电压为 c)c)根据公式根据公式 计算差电压整定值计算差电压整定值时限：时限：T=0.5sT=0.5s 6.1.56.1.5提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠

23、性的措施抗干扰措施抗干扰措施隔离与屏蔽措施隔离与屏蔽措施光电隔离光电隔离变压器隔离变压器隔离继电器隔离继电器隔离滤波与去耦滤波与去耦数据采集单元中的模拟低通滤波器数据采集单元中的模拟低通滤波器集成电路芯片旁的去耦电路集成电路芯片旁的去耦电路电源入口处的抗干扰电容电源入口处的抗干扰电容硬件自复位电路硬件自复位电路硬件冗余设计硬件冗余设计完全双重化的保护配置完全双重化的保护配置装置内部实现部分插件的双重化或热备用装置内部实现部分插件的双重化或热备用部分元件采用表决方案部分元件采用表决方案出口跳闸回路闭锁出口跳闸回路闭锁双线驱动命令编码方式双线驱动命令编码方式出口电源受告警继电器和启动元件控制出口电

24、源受告警继电器和启动元件控制自动检测自动检测存储器自检存储器自检程序和定值自检程序和定值自检数据采集单元自检数据采集单元自检开关量输入通道自检开关量输入通道自检开关量输出回路自检开关量输出回路自检6.2 6.2 综合自动化系统的功能及构成综合自动化系统的功能及构成6.2.16.2.1综合自动化系统的发展概况综合自动化系统的发展概况发展概况发展概况 分立元件的自动化装置阶段分立元件的自动化装置阶段 2020世纪世纪7070年代以前；年代以前；主要采用模拟电路，由晶体管等分立元件组成；主要采用模拟电路，由晶体管等分立元件组成；各装置独立运行，互不相干；各装置独立运行，互不相干；缺乏智能性，没有故障

25、自诊断能力。缺乏智能性，没有故障自诊断能力。智能自动装置阶段智能自动装置阶段 微机保护装置、微机远动装置微机保护装置、微机远动装置 ；具有故障自诊断能力具有故障自诊断能力 ；独立运行，不能资源共享独立运行，不能资源共享 。综合自动化系统阶段综合自动化系统阶段国外发展概况国外发展概况始于始于2020世纪世纪7070年代年代日本的日本的SDCS-1SDCS-1系统系统西门子的西门子的LSA678LSA678系统系统ABBABB的的SCS100SCS100系统（中低压）、系统（中低压）、SCS200SCS200系统（高压）系统（高压）最新进展（基于最新进展（基于IEC61850 IEC61850）A

26、BBABB的的MicroSCADAMicroSCADA Pro Pro变电站自动化系统（变电站自动化系统（SYS600SYS600）间隔层：间隔层：IED670IED670系列智能化微机保护及控制装置系列智能化微机保护及控制装置 西门子的西门子的SICAM PASSICAM PAS系统系统 间隔层：间隔层：SIPROTECSIPROTEC系列间隔控制单元系列间隔控制单元 国内发展概况国内发展概况以以RTURTU为基础的变电站自动化系统为基础的变电站自动化系统 集中式变电站自动化系统集中式变电站自动化系统 传统系统的缺陷传统系统的缺陷组成：继电保护组成：继电保护+RTU+RTU的模式的模式 安全

27、性、可靠性不高安全性、可靠性不高占地面积大，增加了投资占地面积大，增加了投资维护工作量大，设备可靠性差维护工作量大，设备可靠性差发展方向发展方向全数字化综合自动化系统的主要特点：全数字化综合自动化系统的主要特点：智能化的一次设备智能化的一次设备网络化的二次设备网络化的二次设备 自动化的运行管理系统自动化的运行管理系统6.2.26.2.2综合自动化系统的构成综合自动化系统的构成 系统构成系统构成变电所层变电所层当地监控单元当地监控单元当地监控功能当地监控功能系统维护功能系统维护功能实时及报表打印功能实时及报表打印功能远动通信单元远动通信单元间隔层间隔层牵引主变压器单元牵引主变压器单元保护功能保护

28、功能测量功能测量功能控制功能控制功能故障录波和负荷录波功能故障录波和负荷录波功能备用电源自投功能备用电源自投功能馈线单元馈线单元保护功能保护功能测量功能测量功能控制功能控制功能故障录波和负荷录波功能故障录波和负荷录波功能故障测距功能故障测距功能并补单元并补单元保护功能保护功能测量功能测量功能控制功能控制功能故障录波和负荷录波功能故障录波和负荷录波功能综合自动化系统的特点综合自动化系统的特点功能综合化功能综合化分层分布化结构分层分布化结构操作监视屏幕化操作监视屏幕化运行管理智能化运行管理智能化通信手段多元化通信手段多元化测量显示数字化测量显示数字化综合自动化系统的优点综合自动化系统的优点 与传统

29、的微机保护与传统的微机保护+RTU+RTU自动化系统相比，综合自动化系统相比，综合自动化系统具有如下优点：自动化系统具有如下优点：提高牵引变电所的安全、可靠运行水平提高牵引变电所的安全、可靠运行水平 提高牵引供电系统的运行管理水平提高牵引供电系统的运行管理水平 降低造价，减少总投资降低造价，减少总投资 促进无人值班变电所管理模式的实行促进无人值班变电所管理模式的实行 6.2.36.2.3综合自动化系统的主要功能综合自动化系统的主要功能监控子系统监控子系统数据采集功能数据采集功能事件顺序记录功能事件顺序记录功能故障记录、故障录波和测距功能故障记录、故障录波和测距功能操作控制功能操作控制功能安全监

30、视功能安全监视功能继电保护子系统继电保护子系统故障记录功能故障记录功能统一时钟对时功能统一时钟对时功能存储多套整定值存储多套整定值当地、远方修改整定值当地、远方修改整定值故障自诊断、自闭锁和自恢复功能故障自诊断、自闭锁和自恢复功能通信子系统通信子系统所内通信功能所内通信功能与调度端通信功能与调度端通信功能分散式无人值守综合自动化系统配置图分散式无人值守综合自动化系统配置图分散式分散式无人值守无人值守模式模式视频监视频监控单元控单元自动灭自动灭火单元火单元分散式分散式保护测控保护测控单元单元当地监当地监控单元控单元6.2.46.2.4综合自动化系统的应用模式综合自动化系统的应用模式集中式有人值守综合自动化系统配置图集中式有人值守综合自动化系统配置图集中集中式有人式有人值班模值班模式式集中集中式保护式保护测控单测控单元元当地当地监控单监控单元元中央中央信号信号显示显示表计表计集中式无人值守综合自动化系统配置图集中式无人值守综合自动化系统配置图集中式集中式无人值守无人值守模式模式视频监视频监控单元控单元自动灭自动灭火单元火单元集中式集中式保护测控保护测控单元单元 当地监当地监控单元控单元谢谢大家！谢谢大家！