500kV变电站继电保护讲义汇总

微机保护特点及原理简介,1。微机保护特点 维护调试方便（硬件构成简单，保护功能由软件实现，具有自检功能） 可靠性高（软件易适应一次系统日益复杂的要求，装置本身因硬件和自检功能也使可靠性提高） 动作正确率高（实时计算，及时对被保护对象变化做出判断和自纠，在保护动作延时或重合闸延时过程中也如此）,微机保护特点及原理简介,易于获得各种附加功能（硬件、软件资源共享，方便增加低频减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等） 保护性能容易改善（保护原理由软件实现，即便是较复杂的原理也不难实现，且软件易改写） 使用灵活、方便（人机界面更友好，改定值、查询运行方式更方便） 具有远方监控特性（具有通信接口，能与监控系统通信，易融入变电站综合自动化系统中）,微机保护特点及原理简介,2。硬件系统 典型硬件结构,微机保护特点及原理简介,（1）信号输入回路 两类输入信号：模拟量、开关量 模拟量：U、I等，包括三相电压、3U0；三相电 流、3I0；需经模数转换； 开关量：断路器、隔离开关辅助接点、二次系统连接片等；需经电平转换,微机保护特点及原理简介,（2）CPU系统 微机保护装置核心，现代的单片机（CPU）计算速度快、位数高（32位）、功能强大、且总线不出芯片，并有ROM、RAM、I/O接口，部份还具有通信接口。 微机保护装置有单CPU、多CPU两种结构。简单保护采用单CPU结构，复杂保护采用多CPU结构。,微机保护特点及原理简介,（3）人机接口 通过CRT、键盘、打印机、信号等，完成人机对话（定值修改、查询；事故告警等） （4）输出通道 将小功率信号转换成大功率信号，满足驱动要求。 （5）电源 采用逆变电源，实现与外电源隔离，保证电源稳定,微机保护特点及原理简介,3。硬件工作原理 （1）模拟量输入回路 从现场获取的交流信号，经隔离及电压形成、低通滤波、多路开关及模数变换，送入CPU； （2）开关量输入回路 从现场获取的开关量信号，经光隔及电平变换，送入CPU；,微机保护特点及原理简介,（3）CPU系统 由单片机CPU、RAM、EPROM、E2PROM等组成，CPU负责数值、逻辑计算；RAM存放实时数据；EPROM存放程序、E2PROM存放定值； （4）人机接口 由CRT、键盘、实时时钟、打印机等组成，方便修改定值、查询及改变运行方式、调试等 （5）开关量输出 由I/O、信号和保护出口回路组成，完成保护动作驱动及动作信号输出；,微机保护特点及原理简介,（6）硬件工作过程 现场采集到的交流量经模拟量输入回路，转换成数字量，存放在RAM； 经CPU调用存放在EPROM的程序对采集的数据进行计算，计算结果与存放在E2PROM的定值比较，并结合开关量输入情况作出相应的判断； 发现系统异常，通过输出通道动作于信号或断路器跳闸； 人机对话主要用于调试、整定、监视装置。,微机保护特点及原理简介,（7）多CPU微机保护装置特点 按功能配置多个CPU模块，模块硬件相同，分别完成不同的保护及人机接口功能； 任一模块损坏不影响其它模块工作，减少闭锁整套装置的可能； 可实现三取二的保护启动方式，提高保护动作的可靠性； 采用主从分布式的工控系统，既提高装置整体可靠性，又方便运行中对某一保护维护。,微机保护特点及原理简介,4。微机保护软件系统 微机保护软件包括接口软件和保护软件。 （1）接口软件 接口软件指人机接口软件，包括监控程序和运行程序两部分；运行程序又分主程序和中断服务程序。 监控程序：键盘命令处理程序，完成调试和整定； 主程序：完成巡检、键盘扫描、信息排列及打印； 中断服务程序：分软件时钟程序（产生定时中断服务）、对时程序、检测启动程序（保护是否起动）,微机保护特点及原理简介,（2）保护软件 各CPU保护软件配置主程序和两个中断服务程序。 主程序：配置初始化和自检循环模块、保护逻辑判断模块、跳闸（及后加速）处理模块；后两个模块又称故障处理模块；保护逻辑判断模块随保护装置而定，其它两模块基本相同； 定时采样中断服务程序（依采样算法和装置要求）和串行口通信中断服务程序（按通信规约）,微机保护特点及原理简介,（3）保护软件三种工作状态 保护工作状态可由面板切换开关或菜单选择。 “运行”保护处于运行状态，执行保护主程序和中断服务程序； “调试”选“调试”工作状态后复位CPU，用于保护调试； “不对应”选“调试”工作状态不复位CPU，用于对模数插件进行调试，防止频繁报警和动作。,微机保护软件原理,微机保护的程序模块 主程序 采样中断服务程序 保护起动元件逻辑 故障处理程序 跳闸及后加速逻辑程序,微机保护软件原理,1。主程序框图,上电或复归,初始化（一）,工作方式,初始化（二）,全面自检,数据采集 系统初始化,QDB=1 ZDB=1,开放中断,等待60ms,下接A,调试,至监控 程序,不通过,告警,微机保护软件原理,A,整组复归入口,清零所有标志及计数器（包括清零QDB和ZDB） 所有开出量返回,有报告？,通用自检项目,保护专用自检项目,CX自 检循环,N,Y,向人机对话 插件送报告,微机保护软件原理,（1）初始化 对CPU、可编程扩展芯片的工作方式、参数进行设置。 初始化（一）是对单片机及扩展芯片设置； 初始化（二）是对采样定时器、采样间隔设置、计数器和标志位清零； 数据采集初始化是对采样数值存放地址指针及可编程计数器初始化。,微机保护软件原理,（2）自检内容和方式 RAM读写自检； 定值自检； EPROM自检； 开出自检。,微机保护软件原理,（3）开放中断和等待中断 初始化后，要进行一系列采样计算，所以必须开放采样中断和串行口通信中断。开放中断后必须延时60ms，以确保采样数据的完整和正确。 （4）自检循环 完成所有准备工作后，进入自检循环，包括查询检测报告，通用和专用自检；重新投入运行的保护装置，有必要将自检信息和保护动作信息打印存档。,微机保护软件原理,2。采样中断服务程序框图,微机保护软件原理,（1）TV断线自检 对小接地电流系统，当正序电压小于30V，任一相电流大于0.1A，且负序电压大于8V，延时10s不消失，可判断TV断线； 对大接地电流系统，可用,微机保护软件原理,（2）TA断线自检 变压器“”出现零序电流； 变压器一侧出现负序电流，且带有负荷电流； 也可,微机保护软件原理,3。主程序与各模块间关系,主 程 序,保护 逻辑 判断,跳闸 及后 加速,采样 中断,故障 处理,保护起动,返回,微机保护软件原理,保护装置正常运行时，执行主程序进行自检循环；定时中断执行采样服务； 判断一次系统正常，采样完成后返回主程序；若判断故障，启动保护，进入故障处理程序； 经保护逻辑判断，区内故障驱动出口跳闸；区外故障或故障消失，返回主程序（无采样中断信号）；保护延时大于采样间隔，定时中断也可进入采样服务。,微机保护软件原理,4。起动元件 （1）起动元件作用 保护出口均经起动元件闭锁。 （2）起动元件构成原理 突变量起动，两两相邻周期突变量差；,微机保护软件原理,段电流起动元件 起动元件能否起动，还需判断相应的连接片、软压板等开入量是否满足要求。,超高压输电线路保护,1. 保护配置及类型 （1）配置 主保护（独立两套），原理不同的线路纵联差动保护 后备保护，距离保护 接地故障后备保护，零序电流（方向）保护 要求后备保护原理与主保护原理不同，或是主保护的补充。,超高压输电线路保护,现在220500kV电网均要求采用微机型保护装置，且要求“双重化”配置。保护生产厂家以成套化生产模式设计、制造，因此，主保护“双重化”，也就意味着后备保护也“双重化”。 由于不同原理保护性能上的差异，为实现保护动作更可靠、快速，配置了多种原理的保护。,超高压输电线路保护,（2）类型 纵联差动保护：方向高频保护，闭锁式距离（零序）保护，光纤分相电流差动保护，零序电流差动； 距离保护：常规距离保护，工频变化量距离保护； 零序电流（方向）保护,超高压输电线路保护,2. 纵联差动保护 （1）方向高频保护 原理：比较被保护线路两侧的功率方向，以判别被保护线路发生内部故障或外部故障。判定是正方向，不发闭锁信号；判定是反方向，发出闭锁信号。又称为“高频闭锁方向保护”。,超高压输电线路保护,特点：按闭锁信号构成的保护只在非故障线路上才传送高频信号，而在故障线路上并不传送高频信号。短路破坏高频通道，但不影响保护的正确动作。,高频闭锁信号,高频闭锁信号,超高压输电线路保护,不同起动方式工作原理： 电流起动方式 每侧设有两套起动元件，灵敏度高的“Iq1”用于起动发信机，灵敏度较低的“Iq2”用于起动跳闸回路和准备停信。 方向元件S+用于判断短路功率方向。,超高压输电线路保护,外部故障（远短路点），接到对侧闭锁信号，闭锁保护跳闸回路；（近短路点），S+判定反方向，也闭锁保护跳闸回路。 内部故障，灵敏I瞬时起动发信；不灵敏I与方向元件判定动作，经延时（短延时）跳闸；并停信（闭锁发信回路）,超高压输电线路保护,方向元件起动方式 设有两个方向元件，S+为正方向短路动作的元件，S-为反方向短路动作的元件。 内部故障，两侧S-都不会动作不发信；两侧S+均起动，经短延时，并没收到对侧闭锁信号，动作于跳闸。 外部故障，近短路点侧S-起动发信，S+不动作；远短路点侧S+动作，接到对侧闭锁信号后闭锁跳闸回路。,超高压输电线路保护,远方起动方式 远方起动只设有一个电流元件I，闭锁信号可由电流元件起动，也可由收信机输出起动。 外部故障，不仅起动本侧发信，同时通过高频信号起动对侧发信机。 内部故障，本侧电流元件不起动，也无对侧闭锁信号，可动作于跳闸。 单电源内部故障，受电端起动后不能停信，导致电源侧拒动。,超高压输电线路保护,（2）闭锁式距离保护 原理：通过高频通道传送的信号，比较两侧测量阻抗结果，判明是内部故障还是外部故障，决定保护动作于跳闸还是发闭锁信号。 构成：起信元件（故障检测元件）有负序电流或负序、零序复合电流起动元件；停信元件（故障点测量元件）有方向阻抗元件（距离段）；高频通道等。,超高压输电线路保护,动作逻辑： 外部故障，近短路点侧起动发信，闭锁对侧主保护；远短路点侧保护仍可起动，接对侧闭锁信号闭锁主保护，但保留、段距离保护作为相邻线路后备保护。 内部故障，起动元件起信后，测量元件判定是区内故障，停发闭锁信号动作于跳动闸。,超高压输电线路保护,（3）光纤分相差动保护 原理：通过光纤通道信号，比较线路两侧电流差值，判别是区内故障还是区外故障，当差流超过某个阈值，保护动作于跳闸。 动作判据：,超高压输电线路保护,超高压输电线路保护,动作特性,超高压输电线路保护,同步采样，为保证同一时刻电流值进行比较，发出的信息带有时间标签，对侧收到信息记录收信时间，从而确定信息延时时间，可以对应取以前储存的电流值进行比较。 采样处理，传输采用G.703同步协议，64Kb/s传输速率，综合考虑暂态响应和带宽要求，必须在时间和相位两方面取得一致。 TA断线判别 TA饱和引起的不平衡电流,超高压输电线路保护,3. RCS-931保护实例 总起动元件（保护起动元件） 电流变化量起动,超高压输电线路保护,IMAX 相间电流的半波积分的最大值； IT 浮动门坎，随变化量的变化自动调整，1.25是可靠系数； IZD 固定门坎，可整定。 起动后展宽输出脉冲（7s），开放保护出口。,超高压输电线路保护,零序过流起动 3I0 外接和自产零序电流； K 可靠系数，按厂家规定，大于1； I0.ZD 整定值。,超高压输电线路保护,纵联差动起动 区内三相短路故障，弱电源侧上述两起动元件可能不动作，此时若收到对侧的差动保护允许信号，则判别动作相关相的相间电压，若小于65%额定电压，辅助电压起动元件起动，开放保护出口（7s）。,超高压输电线路保护,远跳起动 当收到对侧的远跳信号，且定值中（