继电保护基础知识

培训计划一、电力系统继电保护基础知识二、发电机变压器组保护三、厂用电动机保护四、母线保护11/27/20231电力系统继电保护装置

能反应电力系统故障和不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置

11/27/20232继电保护装置的组成测量逻辑执行跳闸或信号被测物理量123整定值11/27/20233继电保护装置各组成部分作用

测量元件的作用：测量从被保护对象输入的有关物理量并与已给定的整定值进行比较，从而判断保护是否应该启动。逻辑元件的作用：根据测量部分输出量的情况使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。

执行元件的作用：根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务11/27/20234继电保护装置的分类按保护对象分类按保护原理分类按保护所反映的故障类型分类按保护所起的作用分类11/27/20235主保护、后备保护、辅助保护主保护：反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时，有选择性地切除故障的保护称为主保护。后备保护：当主保护拒动时起作用，从而动作于相应断路器以切除故障元件。近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护。远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。辅助保护：为补充主保护和后备保护的不足，而增设的较简单的保护。

11/27/20236主保护、后备保护示例11/27/20237对继电保护装置的基本要求

选择性灵敏性速动性可靠性11/27/202381、选择性

保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减小，以保证系统中非故障部分继续安全运行。为此，保护要尽力跳开离故障点最近的断路器，如图所示。

11/27/202392、速动性速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度断开故障元件。速动性的好处：减轻故障设备的损坏程度，减少用户在低电压情况下工作的时间，提高电力系统运行的稳定性。故障切除时间t等于保护装置的动作时间与断路器动作时间之和。

11/27/2023103、灵敏性

灵敏性是指保护装置对其保护区发生故障或异常运行状态的反应能力。灵敏性一般用灵敏系数Ksen来衡量.

。

11/27/202311最小运行方式和最大运行方式。

最小运行方式：是指系统中有线路或电力设备检修，系统等值阻抗最大，流过保护短路电流最小时的运行方式。最大运行方式：系统等值阻抗最小，流过保护短路电流最大时的运行方式11/27/2023124、可靠性可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时，保护装置应可靠地动作；而在不属于该保护动作的其他任何情况下，则不应该动作。11/27/202313复习思考题1-2什么是继电保护装置？其任务是什么？1-3举例说明继电保护选择性的概念。1-4继电保护装置一般由哪几部分组成？其作用是什么？1-5什么是主保护、后备保护？何谓近后备和远后备保护？11/27/202314保护用电流互感器电流互感器正方向规定：11/27/202315电流互感器等值电路11/27/202316电流互感器误差11/27/202317电磁式电压互感器常用的接线方式11/27/20231811/27/202319三相五柱式电压互感器的接线方式11/27/202320

电压互感器与电流互感器的工作特点

电流互感器二次不能开路电压互感器二次不能短路11/27/202321变换器的作用1．按照保护装置构成原理的要求，进行电气量的变换与综合；2．将被保护设备的强电交流二次回路与保护装置的直流弱电回路相隔离；3．利用测量变换器一、二次线圈的屏蔽层，抑制干扰信号的侵入，提高保护装置的抗干扰能力。

11/27/202322中间变压器（T）作用：将由电压互感器接入的电压变换成装置所需要的较小电压。中间变压器二次输出电压与一次输入电压的关系：

11/27/202323中间变流器（UA）作用：将由电流互感器接入的电流变换成装置所需要的较小电流中间变流器二次输出电流与一次输入电流的关系：11/27/202324

电抗变压器（UR）

作用：将一次电流变换成装置所需要的二次电压。

11/27/202325电抗变压器原理结构11/27/202326电抗变压器等值电路

输入和输出关系：11/27/202327电抗变压器输入和输出关系：

11/27/202328对称分量法

——求解不对称电路的一种方法一组不对称三相量可以看成是三组不同的对称三相量之和。在线性电路中，可应用叠加定理，对这三组对称分量分别按对称三相电路去解，然后将其结果叠加，就是不对称三相电路的解答，这个方法叫对称分量法。11/27/202329三组对称分量以电压为例：11/27/202330三组对称分量的相量图11/27/202331对称分量滤过器零序分量滤过器负序分量滤过器11/27/202332零序电压滤过器作用:为了获得零序电压，即它的输入是三相电压，而其输出只与输入电压中的零序电压成正比。构成依据：11/27/202333零序电流滤过器作用:为了获得零序电流，即它的输入是三相电流，而其输出只与输入电流中的零序电流成正比。构成依据：11/27/202334零序电流滤过器接线由三台具有相同型号和变比的电流互感器构成零序电流滤过器。

11/27/202335

负序分量滤过器

负序电压滤过器：为了获得负序电压单相式负序电压滤过器：是指其输出的单相电压只与输入的三相电压中的负序电压成正比的一种装置。负序电流滤过器：为了获得负序电流单相式负序电流滤过器：是指其输出的单相电压只与输入的三相电流中的负序电流成正比的一种装置11/27/202336

幅值比较与相位比较

幅值比较：就是通过比较两个电压的大小来决定继电器是否动作；相位比较：就是通过比较两个电压的相位来决定继电器是否动作。

11/27/202337幅值比较与相位比较之间的关系

幅值比较的动作方程：相位比较的动作方程11/27/202338幅值比较与相位比较之间的关系

11/27/202339电磁型继电器工作原理

它是利用电磁铁的铁心与衔铁间的吸力作用而工作的继电器。

11/27/202340电磁式过电流继电器电磁转矩满足下面关系时，继电器动作电磁转矩满足下面关系时，继电器返回11/27/202341关于继电器的接点常开接点:继电器线圈不带电时打开的接点

常闭接点:继电器线圈不带电时闭合的接点

11/27/202342测量电流继电器动作电流与返回电流的实验接线～11/27/202343

过电流继电器的动作电流、返回电流和返回系数过电流继电器的动作电流：使继电器常开触点闭合的最小电流

，称为继电器的动作电流Ioper。过电流继电器的返回电流：使继电器常开触点打开的最大电流，称为返回电流Ires

返回系数：返回电流与动作电流之比，称为继电器的返回系数Kres

，

Kres<111/27/202344测量低电压继电器动作电压与返回电压的实验接线～11/27/202345低电压继电器动作电压、返回电压、返回系数动作电压：使低电压继电器常闭触点闭合的最大电压称为低电压继电器的动作电压。返回电压：使低电压继电器常闭触点打开的最小电压称为低电压继电器的返回电压。返回系数：返回电压与动作电压之比;

返回系数大于1。

11/27/202346电流继电器和低电压继电器

动作和返回条件动作条件：返回条件：11/27/202347常用电磁式继电器作用时间继电器：建立保护所需要的延时时间。信号继电器：当保护装置动作时，明显标示出继电器或保护装置动作状态，或接通灯、声、光信号电路，以便分析保护动作行为和电力系统故障性质。中间继电器：作为保护逻辑回路和出口回路的继电器11/27/202348复习思考题2-7什么是电磁式过电流继电器动作电流、返回电流、返回系数？2-8什么是电磁式低电压继电器动作电压、返回电压、返回系数？2-9时间继电器、信号继电器、中间继电器的作用及工作特点是什么？

11/27/202349微机保护基础知识离散信号采样和采样定理数字滤波相电流突变量算法的原理微机保护硬件系统及其作用原理11/27/202350离散信号及系统离散信号：只有在离散时刻才有定义的信号。离散时间信号的表示：11/27/202351离散时间信号举例11/27/202352

采样信号和采样定理采样信号：将时间连续的信号，按照一定的时间间隔变成时间的离散信号采样定理：一个有限频带时间信号f（t），其最高频率为fm，若以T≤1/（2fm）

的时间间隔进行采样，所得到的采样信号fs（t）将含有原信号f（t）的全部信息。11/27/202353采样过程描述11/27/202354采样定理的说明

——通过取不同的采样周期采样，来理解采样定理

11/27/202355简单滤波器工作原理说明

——利用加法运算构成11/27/2023562-9微机保护算法根据代表电力系统运行状态的电流、电压的数字量进行数学运算，以计算出电流、电压的基波幅值、比值、相位差和功率等，然后再进行分析、比较、判断以完成继电保护功能的计算方法11/27/202357相电流突变量元件算法

——反映电流增量工作原理：11/27/202358微机保护硬件系统11/27/202359各组成部分作用数据采集系统的作用:

完成输入信号的预处理工作。即对取自被保护元件的连续模拟信号进行必要的处理并将其变成离散信号，最后转换成数字信号，输入给微处理机。CPU主系统的作用:由微处理器执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理，以完成各种继电保护的功能。开关量输人／输出系统的作用:完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部开关量的输入及人机对话等功能。11/27/202360一、数据采集系统—比较式模数变换的数据采集系统1、电压形成回路2、前置模拟低通滤波器3、采样保持电路4、模拟量多路转换开关5、比较式模数变换器11/27/202361数据采集系统—计数式模数变换的数据采集系统1、电压频率式模数转换器VFC变换原理：是产生一个频率正比于输入电压瞬时值的等幅脉冲序列2、计数器在固定的时间间隔内记录VFC输出的等幅脉冲的个数，从而知道此时输入电压的大小，即得到此时模拟电压的数字量。11/27/202362二、CPU系统11/27/202363CPU系统基本工作过程

每隔一个采样间隔，随机读写存储器（RAM）就从数据采集系统中提取一组数据，该数据就代表了模拟量电流或电压某一时刻的大小。CPU系统中的单片机根据开入量的状态，执行EPROM中的相应程序，并不断从RAM中读取原始数据与EEPROM中保护整定值比较、分析、运算和判断，最后，根据程序要求，输出相应的开出量，完成规定的保护动作行为（如跳闸、信号等）。11/27/202364三、数据采集系统与CPU系统之间数据传送方式

1、程序查询方式由计算机起动A/D变换开始，然后程序一直查询变换结束标志是否置位，等到置位后，即将变换结果存入内存2、中断方式由计算机起动变换，变换完毕，由A/D自动中断CPU，然后由CPU将变换结果存入内存3、直接内存存取方式直接在存储器与外设控制器之间交换数据11/27/202365四、输入输出系统1、开关量输入和输出回路实现开关输入量和开关输出量与计算机的联系2、人机对话实现人和计算机的交流11/27/202366开入量输入回路11/27/202367开出量输出回路11/27/202368人机对话电路硬件框图基本工作情况单片机中的串行口与CPU系统中单片机串行口相连接，利用这种关系对CPU硬件系