第二章 电力系统继电保护基础知识

电力系统继电保护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2009.9Chapter2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§2.2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§2.1继电保护的系统配置与继电特性2.1.1继电保护的系统配置与保护范围图2.1典型电力系统及其保护分区２－变压器1－发电机３－母线５－电动机４－输配电线路保护分区的基本原则⑶保护分区的基本类型——按独立电气元件（及其组合）。主保护分区（基本保护分区或按元件保护分区）后备保护分区（基本保护分区或相邻的多个基本保护分区）图2.2按重叠保护范围正确地选择保护分区交界处的电流互感器⑴保护分区必须覆盖整个电力系统，不允许存在死区。基本保护分区：以断路器为边界构成的区域⑵相邻保护分区的保护范围要有重叠。概念与结论：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产生动作。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完备性，常常要求用多个继电保护装置构成一个保护系统。0I继电器状态以过电流继电器为例：I≥Iop动作,I≤Ire返回。reIopI返回动作图2.4过电流继电器的继电特性2.1.2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：Iop能够使继电器可靠动作的最小电流值。返回电流：Ire能够使继电器可靠返回的最大电流值。返回系数:Kre保护继电器的返回值与动作值之比,即:oprere/IIK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1。继电特性的两个要点：(１)永远处于动作或者返回状态，无中间状态；(２)Iop不等于Ire，使接点无抖动。2.1.2继电特性一般要求过量继电器（0.85≤Kre1,0.9~0.95）；欠量继电器（1Kre≤1.2）。§2.2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⒈类型：电压、电流；交流、直流；电量、非电量⒉特点：幅值变化范围大，衰减直流分量、丰富的高次谐波分量电压互感器的作用:将电力系统的高电压在二次侧准确地变换成继电保护及仪表所允许电压（额定值为100V或57.7V），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。文字符号为TV（旧：PT）2.2.1电压互感器保护用电力互感器的主要类型(1)TV——电磁式；电容式（CVT）(2)TA——无气隙铁心式，TP，如5P20；小气隙铁心式，TPY；空心式——母线保护。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，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影响。(1)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。(2)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，通常装有保护熔断器2.2.2电流互感器电流互感器的作用:将电力系统的高电压电路上的电流，准确地变换成二次低电压电路上的小电流（额定值为5A或1A），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。文字符号为TA（旧：CT）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响；(1)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；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（如电子元件）的要求；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。电压输入变换器电压变换器的副方电压的大小应与弱电电子元件的允许电压相匹配（如在微机式保护中，常选取对应最高输入的副方电压的有效值为2/5伏）。•电压变换器的工作原理与电磁式电压互感器完全相同。•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感器的二次电压相匹配。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;•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。电抗变换器•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.•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入电阻的负荷（如弱电电子元件）直接相连.2.3继电保护装置的基本构成原理2.3.1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，围绕着数字核心部件的是各种外围接口部件。输入变换及电压形成低通滤波ALF信号采样S/H模数变换A/D光电隔离CPU保存数据用RAM存放程序用EPROM/FlashMemory存放整定值用EERPOM/FlashMemory定时器/计数器总线计算机网络通信接口保护功能专用通信接口打印机接口调试通信接口光电隔离指示灯LED显示屏LCD键盘继电器继电器2模拟量输入接口部件3开关量输入接口部件1数字核心部件6外部通信接口部件4开关量输出接口部件5人机对话接口部件接打印机接PC告警信号跳闸信号计算机通信网络保护功能通信多路模拟量输入多路开关量输入图2-15微机保护装置的硬件系统原理框图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，一般由中央处理器、存储器，定时器/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。模拟量输入接口部件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。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，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是指那些反映“是”或“非”两种状态的逻辑变量，如断路器的“合闸”或“分闸”状态、控制信号的“有”或“无”状态等。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。开关量输出接口部件微机型保护通过开关量输出的状态来控制执行回路、信号回路，以及其他回路的继电器的动作。人机对话接口部件人机对话接口部件的作用是，建立起微机型保护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。外部通信接口部件其作用是提供与计算机局域通信网络以及远程通信网络的信息通道。课堂习题：1.欠量继电器的继电特性是如何？画出图形。作业：1.为什么电流互感器二次侧不能开路？第二章结束