第二章电力系统继电保护基础知识 ppt课件

1、华中科技大学文华学院机电学部，华中科技大学文华学院机电学部，2019.9 电力系统继电维护电力系统继电维护 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Chapter 2 电力系统继电维护根底知识2.1 继电维护的系统配置与继电特性继电维护的系统配置与继电特性2.2 继电维护用电力互感器和输入变换器继电维护用电力互感器和输入变换器2.3 微机继电维护安装的根本构成原理微机继电维护安装的根本构成原理 2.1 继电维护的系统配置与继电特性继电维护的系统配置与继电特性2.1.1.2.1.1.继电维护的系统配置与维护范围继电维护的系统配置与维护范围 图图2.1 2.1 典型电力系统及其维护分区

2、典型电力系统及其维护分区 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维护分区的根本原那么维护分区的根本原那么 维护分区的根本类型维护分区的根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。 主维护分区根本维护分区或按主维护分区根本维护分区或按元件维护分区元件维护分区 后备维护分区根本维护分区或后备维护分区根本维护分区或相邻的多个根本维护分区相邻的多个根本维护分区 图图2.2 2.2 按重叠维护范围正按重叠维护范围正确地选择维护分区交界处确地选择维护分区交界处的电流互感器的电流互感器 维护分区必需覆盖整个电力系维护分区必需覆盖整个电力系统，不允许存在死区。统，不允许

3、存在死区。根本维护分区：根本维护分区： 以断路器为边境构成的区域以断路器为边境构成的区域 相邻维护分区的维护范围要有相邻维护分区的维护范围要有重叠。重叠。 概念与结论：概念与结论： 继电维护安装感遭到系统发生缺点并不是其动作的充分必要条件，继电维护安装只需检测到其继电维护安装感遭到系统发生缺点并不是其动作的充分必要条件，继电维护安装只需检测到其对应的维护分区内的缺点且为其规定的缺点类型时才允许按规定的时限配合及操作方式的要求产生对应的维护分区内的缺点且为其规定的缺点类型时才允许按规定的时限配合及操作方式的要求产生动作。动作。 2.1.2 继电特性继电特性阐明：继电维护动作形状确实切和稳定靠继电

4、特阐明：继电维护动作形状确实切和稳定靠继电特性来保证。性来保证。v动作电流：动作电流：Iopv可以使继电器可靠动作的最小电流值。可以使继电器可靠动作的最小电流值。v前往电流：前往电流：Irev可以使继电器可靠前往的最大电流值。可以使继电器可靠前往的最大电流值。v前往系数前往系数: Krev维护继电器的前往值与动作值之比维护继电器的前往值与动作值之比,即即:oprere/ IIK过量继电器的前往系数恒小于过量继电器的前往系数恒小于1；欠量继电器的前往系数恒大于欠量继电器的前往系数恒大于1。maxYminY0XY以过电流继电器为例：以过电流继电器为例：IIop动作动作,IIre前往。前往。reIo

5、pI前往动作图图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v继电特性的两个要点：继电特性的两个要点：v()永远处于动作或者前往形状，无中间形状；永远处于动作或者前往形状，无中间形状；v()Iop不等于不等于Ire，使接点无抖动。，使接点无抖动。2.2 继电维护用电力互感器和输入变换器继电维护用电力互感器和输入变换器继电维护输入信号的类型与特点继电维护输入信号的类型与特点 类型：电压、电流；交流、直流；电量、非类型：电压、电流；交流、直流；电量、非电量电量 特点：幅值变化范围大，衰减直流分量、丰特点：幅值变化范围大，衰减直流分量、丰富的高次谐波分量富的高次谐波分量v电压互感器的

6、作用电压互感器的作用:v 将电力系统的高电压在二次侧准确地变换成继将电力系统的高电压在二次侧准确地变换成继电维护及仪表所允许电压额定值为电维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，使继电器和仪表既能在低电压情况下任务，又能准确地反映电力系统中高电压设备的任务，又能准确地反映电力系统中高电压设备的运转情况，同时它还具有高、低电压电路的隔离运转情况，同时它还具有高、低电压电路的隔离作用，以保证二次设备和任务人员的平安。文字作用，以保证二次设备和任务人员的平安。文字符号为符号为TV旧：旧：PT2.2.1 电压互感器电压互感器维护用电力互感器的主要类型维护用

7、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；小气隙铁心式，隙铁心式，TPYTPY；空心式；空心式母线维护。母线维护。电压互感器的任务特点和要求电压互感器的任务特点和要求(3) 对电压互感器的根本要求是电压变换的准确性，对电压互感器的根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，对于维护用电压互它主要受二次负荷大小的影响，对于维护用电压互感器，还需思索电压互感器暂态过程对快速维护的感器，还需思索电压互感器暂态过程对快速维护的影响。影响。(1) 电压

8、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，其一次任务电压只取决于接入点的一次电压其一次任务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，否那么会电压互感器的二次回路不允许短路，否那么会产生危险的短路电流，并烧毁电压互感器，因此，产生危险的短路电流，并烧毁电压互感器，因此，通常装有维护熔断器通常装有维护熔断器v电磁式电压互感器的任务原理电磁式电压互感器的任务原理v 与普通电力变压器一样的，但不同的是容与普通电力变压器一样的，但不同的是容量较小，要用其二次电压准确地反映一次电量较小，要用其二次电压准确地反映一次电压，因此要求变比误差要小。二次

9、侧所接丈压，因此要求变比误差要小。二次侧所接丈量仪表和继电器的电压绕组，其阻抗值很大，量仪表和继电器的电压绕组，其阻抗值很大，故电压互感器近于空载形状下运转。电压互故电压互感器近于空载形状下运转。电压互感器的额定变比为其一、二次侧额定电压之感器的额定变比为其一、二次侧额定电压之比为：比为： 电压互感器主要分为电磁式电压互感器和电容式电电压互感器主要分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器两种。压互感器两种。电磁式电压互感器的误差分析 图2-4 电磁式电压互感器的等效电路图 图2-5 电磁式电压互感器的相量图 1U2U与幅值误差U,角度误差。 电容式电压互感器电容式电压互感器 电容式电压互感器是利

10、用电容分电容式电压互感器是利用电容分压原理实现电压变换的。最简单的电压原理实现电压变换的。最简单的电容式电压互感器如下图。容式电压互感器如下图。C1、C2为为分压电容，分压电容，T为隔离变压器。二次开为隔离变压器。二次开路时的电压为：路时的电压为：121122UCCCUUC图2-7 电容式电压互感器的简化等效电路图图2-6 电容式电压互感器的简化原理图可见空载时，只需适当地选择可见空载时，只需适当地选择C1、C2的电容量，就可得到所的电容量，就可得到所需的分压比。需的分压比。 当二次侧接入负荷后，由图当二次侧接入负荷后，由图2-7中可得出各电压的关系中可得出各电压的关系为为22112112)(

11、1UZCCjUCCCUL可解得可解得 121121UCCZjCUL可见在接入负荷后，负荷阻抗破坏了原有的电容分可见在接入负荷后，负荷阻抗破坏了原有的电容分压比，即使是稳态值也将存在较大的由负荷引起的压比，即使是稳态值也将存在较大的由负荷引起的误差。误差。图2-7 电容式电压互感器的简化等效电路图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变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，同时它还具有高、低电压电路的隔离作

12、用，以保证二次设备和任务人员的平安。用，以保证二次设备和任务人员的平安。文字符号为文字符号为TA旧：旧：CT电流互感器的任务特点和要求电流互感器的任务特点和要求(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，因此其一次任务电流只取决于被接入的一次电路的电流，而一次任务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，否那么会产生电流互感器的二次回路不允许开路，否那么会产生危险的

13、过电压，要挟人身和设备的平安；危险的过电压，要挟人身和设备的平安；(3)电流互感器的二次回路必需有且只允许有一点接地，电流互感器的二次回路必需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；仅一点接地；v电流互感器的任务原理电流互感器的任务原理v 带铁芯的电流互感器的构外型式和等效带铁芯的电流互感器的构外型式和等效电路与电压互感器类似。都是原方绕组和副电路与电压互感器类似。都是原方绕组和副方绕组经过一个共同的铁芯进展互感耦合，方绕组经过一个共同的铁芯进展互感耦合，等效电路都可以采用等效电路都可以采用T型网络表示。型网络表

14、示。但电流互感器和电压互感器两者运转但电流互感器和电压互感器两者运转任务情况很不一样。任务情况很不一样。电流互感器和电压互感器两电流互感器和电压互感器两者的主要差别者的主要差别v1电压互感器正常任务时磁通密度接近饱电压互感器正常任务时磁通密度接近饱和值，发生缺点时，磁通密度下降。而电流互和值，发生缺点时，磁通密度下降。而电流互感器正常任务时磁通密度很低，发生短路时，感器正常任务时磁通密度很低，发生短路时，原方短路电流将变得很大，使磁通密度大大添原方短路电流将变得很大，使磁通密度大大添加，有时甚至远远超越饱和值。加，有时甚至远远超越饱和值。v2相对于副方的负荷来说，电压互感器的相对于副方的负荷来

15、说，电压互感器的原方是一个内阻抗很小，以致可以忽略的电压原方是一个内阻抗很小，以致可以忽略的电压源。而电流互感器的原方却内阻很大，以致可源。而电流互感器的原方却内阻很大，以致可以近似以为是一个内阻无穷大的电流源。以近似以为是一个内阻无穷大的电流源。继电维护安装内部的输入变换器继电维护安装内部的输入变换器 v在继电维护安装内部，还需求经过各种输入在继电维护安装内部，还需求经过各种输入变换器将电压互感器提供的二次电压、电流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，以顺应互感器提供的二次电流进一步变小，以顺应弱电元件如电子元件的要求；弱电元件如电子元件的要求；v同时输入变

16、换器还担负在二次回路与继电同时输入变换器还担负在二次回路与继电维护安装内部电路之间实现电气隔离和电磁维护安装内部电路之间实现电气隔离和电磁屏蔽作用，以保证人身及维护安装内部弱电屏蔽作用，以保证人身及维护安装内部弱电元件的平安、减少来自高压设备对弱电元件元件的平安、减少来自高压设备对弱电元件的干扰。的干扰。v电压输入变换器电压输入变换器 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维护中，常选取对应允许电压相匹配如在微机式维护中，常选取对应最高输入的副方电压的有效值为最高输入的副方电压的有效值为2/5伏。伏。 电压变换器的任务原

17、理与电磁式电压互感器完全一电压变换器的任务原理与电磁式电压互感器完全一样。样。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。v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;电流变换器的任务原理与电流互感器完全一样。电流变换器的任务原理与电流互

18、感器完全一样。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求进一步变换为与电流成比例器的付方输出电流需求进一步变换为与电流成比例的电压，该变换过程称为电压构成，该电压称为构的电压，该变换过程称为电压构成，该电压称为构成电压。成电压。电压构成的常用方法是在电流变换器付方输出的电压构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、正比例的构流过电阻便产生与付方电流同相位、正比例的构成电压。成电压。 电抗变换器电抗变换器v电抗变换器是一

19、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.v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 继电维护安装的根本构成原理继电维护安装的根本构成原理2.3.1 微机型继电维护安装的根本构成原理微机型继电维护安装的根本构成原理一台完好的微机型继电维护安装的构成包含一台完好的微机型继电维护安装的构成包含硬件和软件两部分。硬件

20、和软件两部分。 硬件以数字中心部件为中心，围绕着数字硬件以数字中心部件为中心，围绕着数字中心部件的是各种外围接口部件。中心部件的是各种外围接口部件。图图2-15 微机维护安装的硬件系统原理框图微机维护安装的硬件系统原理框图数字中心部件数字中心部件 本质上就是一台特别设计的公用微型计算机，普通由中央本质上就是一台特别设计的公用微型计算机，普通由中央处置器、存储器，定时器处置器、存储器，定时器/计数器及控制电路等部分组成，并经计数器及控制电路等部分组成，并经过数据总线，地址总线、控制总线连成一个系统。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

21、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，提供应数字中心部件进展处置。提供应数字中心部件进展处置。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“是或是或“非两种非两种形状的逻辑变量，如断路器的形状的逻辑变量，如断路器的“合闸或合闸或“分分闸形状、控制信号的闸形状、控制信号的“有或有或“无形状等。无形状等。继电维护安装经常需求确知开关量的形状才干继电维护安装经常需求确知开关量的形状才干正

22、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 微机型维护经过微机型维护经过开关量输出的形状来开关量输出的形状来控制执行回路、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，建立起微的作用是，建立起微机型维护与运用者之机型维护与运用者之间的信息联络，以便间的信息联络，以便对安装进展人工操作、对安装进展人工操作、调试和得到反响信息。调试和得到反响信息。外部通讯接口部件外部通讯接口部件 其作用是提供与其作用是提供与计算机局域通讯网络计算机局域通讯网络以及远程通讯网络的以

23、及远程通讯网络的信息通道。信息通道。2.3.2 数字信号采集的根本原理数字信号采集的根本原理微机型维护的根本特征是，由软件对数字信微机型维护的根本特征是，由软件对数字信号进展计算和逻辑处置来实现继电维护的原号进展计算和逻辑处置来实现继电维护的原理，而所根据的电力系统的主要电量却是模理，而所根据的电力系统的主要电量却是模拟性质的信号，因此，需求经过数字信号采拟性质的信号，因此，需求经过数字信号采集系统即上述模拟量输入接口部件将延集系统即上述模拟量输入接口部件将延续的模拟信号转变为离散的数字信号，这个续的模拟信号转变为离散的数字信号，这个过程称为量化过程。过程称为量化过程。采样过程及其数学表示采样过程及其数学表示 设输入模拟信号为设输入模拟信号为 ，如今以确定的时间间隔，如今以确定的时间间隔对其延续采样对其延续采样 )(txAST)()(SAnTxnx, 3, 2, 1n图图3.1 3.1 采样过程表示图采样过程表示图请留