电力系统继电保护及自动装置课件-第1章 基础知识

2026/2/11第1章基础知识11。当电力系统出现故障时，能自动、快速、有选择地将故障设备从系统中切除，使故障设备免受损坏，保证系统其它部分继续运行。2。当发生不正常工作情况时，能自动、及时、有选择地发出信号，由值班人员进行处理，或切除继续运行会引起故障的设备。

二、电力系统继电保护的任务2026/2/11第1章基础知识21。电网：自动重合闸，目前已与继电保护合为1个装置；备用电源自动投入，保证供电可靠性、简化继电保护配置；自动按频率减负荷，保证电网频率稳定。2。发电厂：发电机自动调节励磁；发电机自动并列装置。

三、安全自动装置2026/2/11第1章基础知识31.1.2继电保护的基本原理一、继电保护的构成原理1。反应电气量的继电保护

（1）反应故障时电流剧增构成的电流保护;（2）反应故障时电压剧减构成的低电压保护；（3）同时反应故障时电压降低和电流增加构成的阻抗（距离）保护;（4）同时反应故障时电压与电流之间相位角的变化则可以构成方向保护。2026/2/11第1章基础知识4

2。反应非电气量的继电保护（1）反应变压器油箱内部油气流速度的瓦斯保护；（2）反应变压器及电动机绕组温度变化的温度保护

零序、负序分量是不对称故障的特征，常采用以零序、负序分量构成的继电保护反应不对称故障。例如零序电流保护。2026/2/11第1章基础知识5测量部分执行部分逻辑部分二、继电保护装置的构成输入信息整定值输出信号2026/2/11第1章基础知识6

1.1.3电力系统对继电保护的基本要求1。选择性

选择性是指,保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电的范围尽量小，以保证系统中的无故障部分仍能继续工作。2026/2/11第1章基础知识72026/2/11第1章基础知识82。速动性

速动性是指，保护装置应能尽快切除短路故障。目前110kV及以下电压等级电网保护动作时间≤0.5”220kV及以上电压等级电网保护动作时间≤0.05”继电保护快速动作有利于减小设备损坏程度，提高电力系统运行稳定性。2026/2/11第1章基础知识93。灵敏性

灵敏性是指，对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。Ksen=故障参数

/整定动作值Ksen=整定动作值/故障参数

过动作量保护欠动作量保护2026/2/11第1章基础知识104。可靠性

可靠性是指，保护该动作时应动作（即不拒动），不该动作时不动作（即不误动）。2026/2/11第1章基础知识11常用继电器及符号2026/2/11第1章基础知识121.1.4继电保护及安全自动装置的发展电磁型感应型整流型晶体管型集成电路型微机型2026/2/11第1章基础知识13继电保护技术发展趋势微机化网络化2026/2/11第1章基础知识141.2电压互感器作用：一次高压变换为二次低压，二次相间额定电压100V。

注意：TV二次严禁短路！2026/2/11第1章基础知识151.电压互感器的型式电磁式电压互感器优点:结构简单，有长时间的制造和运行经验，产品成熟；暂态响应特性较好。问题：因铁芯的非线性特性，容易产生铁磁谐振，体积、重量较大。2026/2/11第1章基础知识16电容式电压互感器优点：没有谐振问题。主要缺点：暂态响应特性较电磁式差。2026/2/11第1章基础知识17光电式电压互感器具有无饱和，高精度，线性度好，安全性高等特点2026/2/11第1章基础知识18具有线路保护和计量功能的数字式光电互感器柜光电式传统电磁型2026/2/11第1章基础知识192026/2/11第1章基础知识20光电电流电压互感器结构示意图2026/2/11第1章基础知识212.电压互感器的基本参数（1）一次参数（2）二次额定电压（3）二次额定输出容量（4）电压互感器的误差对应相应电压等级相间100V1O、15、25、30、50、75、100、150、200、250、300、400、500VA。测量用TV：0.1、0.2、0.5、1.0、3.0保护用TV：3P、6P2026/2/11第1章基础知识223.电压互感器的二次回路接线（1）电压互感器的配置（a）单母线、单母线分段、双母线等主接线，在母线上安装三相式电压互感器；当出线上有电源，需要重合闸鉴同期或无压，应在线路侧安装单相或两相电压互感器；（b）对于3/2主接线，常常在线路或变压器侧安装三相电压互感器，而在母线上安装单相互感器以供同期并联和重合闸鉴无压、鉴同期使用；（c）内桥接线的电压互感器可以安装在线路侧，也可以安装在母线上。*TV次级可为2个，1个接星型，一个接开口三角形；也可为3个，实现双重化保护电压回路相互独立或保护、测量用电压相互独立。2026/2/11第1章基础知识23(2)继电保护和测量用电压二次回路接线单相接线常用于大接地电流系统判线路无压或同期，可以接于任何一相。2026/2/11第1章基础知识24单线电压接线中一只电压互感器接于两相电压间，主要用于小接地电流系统判线路无压或同期。2026/2/11第1章基础知识25V/V接线主要用于小接地电流系统的母线电压测量，该接线在二次回路无法测量系统的零序电压，当需要测量零序电压时，不能使用该接线。2026/2/11第1章基础知识26应用最多用于测量母线三相电压用于测量零序电压2026/2/11第1章基础知识27在星形接线的中性点接一只电压互感器也能起到消谐的作用。该电压互感器也称为消谐电压互感器。2026/2/11第1章基础知识28(3)电压互感器二次回路的保护一般采用快速熔断器或自动空气开关(4)电压二次回路的接地电压二次回路只能有一点接地2026/2/11第1章基础知识291.3电流互感器1.电流互感器的工作原理作用：一次大电流变换为二次小电流，二次相间额定电流为5A或1A。

注意：TA二次严禁开路！注意：TA二次侧必须有一点接地，也只能有一点接地！2026/2/11第1章基础知识302.电流互感器极性TA参考方向规定与《电机学》中变压器参考方向相反，按照TA参考方向，与同相；而在变压器参考方向下，与反相。2026/2/11第1章基础知识313.电流互感器接线方式用于35kV及以下电压等级小电流接地系统，可以获得A、C相电流。图中KA为电流继电器或继电保护电流测量元件2026/2/11第1章基础知识32用于110kV及以上电压等级大电流接地系统，可以获得三相相电流。2026/2/11第1章基础知识33可以获得三相电流之和，即3倍的零序电流2026/2/11第1章基础知识344.电流互感器的误差测量用TA的准确度级分为0.1、0.2、0.5、1、3、5保护用TA的准确度级分为5P、10P准确度级比值误差土(％)（额定一次电流下）复合误差土(％)（额定准确限值的一次电流下）额定一次电流下相位差±（’）±(rad×10-2)5P15601.810P310————IEC规定5P、10P的误差极限2026/2/11第1章基础知识35TA的10％误差曲线m：一次电流倍数一次电流越大，TA误差越大Z：二次负载二次负载越大，TA误差越大2026/2/11第1章基础知识361.4变换器1.变换器作用(1)电量变换将互感器二次侧电压(额定100V)、电流(额定5A或1A)，转换成弱电压（数伏），以适应弱电元件的要求。(2)电气隔离必须接地不允许接地2026/2/11第1章基础知识372.电压变换器（UV）2026/2/11第1章基础知识383.电流变换器（UA）2026/2/11第1章基础知识394.电抗变压器（UX）Zm<<Zload,原方电流几乎全部用于励磁，Im≈I12026/2/11第1章基础知识40UX转移阻抗大小通过调整铁芯气隙及一、二次线圈匝数改变转移阻抗的角度通过辅助绕组上的电阻调整

转移阻抗的调整2026/2/11第1章基础知识41电磁型继电器原理结构图1.5电磁型继电器2026/2/11第1章基础知识42DL-12-6型电磁型电流继电器1.5.1电磁型电流继电器2026/2/11第1章基础知识43动作条件为动作电流与返回电流弹簧力矩摩擦力矩电磁力矩Iact：动作电流，能使电流继电器动作的最小电流。动作：继电器动合触点（常开接点）由打开状态变为闭合状态2026/2/11第1章基础知识44返回条件为弹簧力矩摩擦力矩电磁力矩Ire：返回电流，能使电流继电器返回的最大电流。返回：继电器动合触点（常开接点）由闭合状态回到打开状态2026/2/11第1章基础知识45动作返回返回系数一般为0.85～0.92026/2/11第1章基础知识46（2）电流继电器特性当输入电流IK>Iact时，继电器动作，动合触点闭合；若IK<Ire，继电器返回，触点又断开。以电流继电器动合触点接通断路器跳闸回路，当发生故障、电流超过设定值时，电流继电器动作，触点闭合，接通断路器跳闸回路，跳开断路器，切除故障。故障切除后，故障电流消失，继电保护返回。2026/2/11第1章基础知识47动作电流的调整方法如下：（1）改变弹簧力矩弹簧旋紧则IK.act

松则IK.act

（2）改变两个线圈的连接方式线圈串联时的动作电流是并联时的一半。（3）继电器动作电流调整2026/2/11第1章基础知识481.5.3电磁型电压继电器加在线圈上的电压线圈阻抗*过电压继电器：反应电压升高而动作返回系数Kre=(UK.re/UK.act)<1*低电压继电器：反应电压降低而动作返回系数Kre=(UK.re/UK.act)>12026/2/11第1章基础知识49低电压继电器使用的是动断触点（常闭接点）当继电器没有输入电压时，其接点闭合。电力系统正常运行时，电压较高，电压继电器接点打开；当发生故障时电压较低，继电器接点闭合，接通跳闸回路。2026/2/11第1章基础知识502026/2/11第1章基础知识51

1.5.4辅助继电器（1）时间继电器作用：建立必要的动作时限。电磁型时间继电器多为直流继电器。2026/2/11第1章基础知识52时间继电器应用2026/2/11第1章基础知识53时间电路原理框图符号第1章基础知识2026/2/11第1章基础知识54（2）中间继电器作用：1）可同时闭合或断开几个回路；

2）作为出口继电器，接通断路器跳闸或合闸回路，并在必要时构成自保持回路；

3）可实现较短的延时。类型：1）普通吸引衔铁式；2）带自保持线圈式

3）小型密封；4）干簧继电器式2026/2/11第2章电网相间短路的电流电压保护55中间继电器使用2026/2/11第1章基础知识56（3）信号继电器KS作用：用于对继电器或继电器保护装置所处状态给出明显标示，或接通灯光、音响回路，以提醒运行人员发现故障。类型：1）机械保持型

2）磁保持型2026/2/11第1章基础知识57模拟量输入系统（或称数据采集系统）CPU主系统开关量输入/输出回路人机接口回路通讯回路电源回路1.4微机保护硬件将交流模拟量转为CPU能够处理的数字量，并要达到隔离与精度要求。基本通用的微机主系统。接点状态或高低电平的处理。便于操作，如键盘、液晶显示、打印机、信号灯等便于综合自动化。开关电源，要强调抗干扰。2026/2/11第1章基础知识58可靠性高；灵活性强；性能改善，功能易于扩充；维护调试方便；有利于实现变电站综合自动化。微机保护优点元件少，接线简单，软件一致。投退功能灵活，硬件通用。可以实现复杂继电保护原理，如任意形状阻抗继电器，功能扩充时可以不需要更改硬件。微机保护测试仪的应用，缩短了调试时间。通信与网络功能的加强，可以实现遥控、遥信、遥测、遥调的“四遥”功能。2026/2/11第1章基础知识59

数据采集系统

开关量系统

人机对话微机保护硬件组成2026/2/11第1章基础知识60微处理器CPU存储器并行口串行口定时/计数器等微机主系统需要强调的是，存储器包括EPROM－用于存放保护程序，即软件RAM－用于存放运算的中间结果。EEPROM－用于存放保护定值，也可采用FLASH来存放。2026/2/11第1章基础知识61类型电流变换器（UA）电压变换器（UV）电抗变换器（UR）（1）电压形成回路作用TA、TV二次侧电流电压较大，变化范围也较大，为适应模数转换器的转换要求将交流模拟量适当值，以满足精度要求。屏蔽和隔离，TA、TV二次侧过电压损坏保护装置。1.6.1基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入系统2026/2/11第1章基础知识62采样：将一个连续时间信号x(t)变成离散时间信号x*(t)。（2）采样保持（S/H）电路TS－采样周期

fS=1/TS－采样频率工频每周期采样点数N为：T－工频周期，20msf=1/T－工频频率，50HZ2026/2/11第1章基础知识63保持：为保证各通道采样的同时性，在等待模数转换的过程中，必须保持采样值不变。（2）采样保持（S/H）电路粉红色为理想值，红色为实际值。2026/2/11第1章基础知识64要求：

1、截获时间尽量短，特别是对快速变化的输入信号采样更应保证这一点；

2、保持时间要长；

3、模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的泄露电流要小。（2）采样保持（S/H）电路采样电子开关要求1：CH越小越好要求2：CH越大越好CH的大小应当如何确定呢？2026/2/11第1章基础知识65离散信号怎样才能真实反映被采样的连续信号，若要求不丢失信息，应满足什么条件？（3）ALF和采样频率问题被采样信号x(t)的频率为f0，TS为采样周期，fS为采样频率混叠混叠正确2026/2/11第1章基础知识66若要不丢掉信息地对输入信号进行采样，就必须满足fs≥2f0。（3）ALF和采样频率结论采样定理若输入信号x(t)含有各种频率成份，其最高频率为fmax，若要对其不失真地采样，或者采样后不产生频率混叠现象，采样频率必须不小于2fmax，即fs≥2fmax。采样定理对模拟信号要求（采用模拟低通ALF的原因）限于CPU运算速度，要限制输入信号的最高频率，只需在采样前用一个模拟低通滤波器（ALF），滤出fs／2以上的频率分量。2026/2/11第1章基础知识67目前绝大多数微机保护的采样周期TS为5/6ms或5/3ms，即采样频率为1200HZ或600HZ。（3）ALF和采样频率微机保护现状每周期采样N=24点或12点。2026/2/11第1章基础知识68（3）ALF分类与电路有源ALF无源ALF由RC网络加上运算放大器构成，其特性较稳定，不受时间、温度变化的影响，可以避免采用大电容，有好的特性及快的速度。无源滤波器通常是由RLC等元件组成，滤波特性受温度变化发生漂移，而且保护带来延时，在微机保护ALF中很少应用。无源电路特性2026/2/11第1章基础知识69（4）模拟多路转换开关（MPX）模拟量输入通道公用一个A/D芯片多路转换开关是电子型的，通道切换受微机控制。译码/驱动器ENA1A2A3A0AS1AS15AS015V+15V–ui0ui1ui15uout2026/2/11第1章基础知识70ADC的基本原理（5）模数转换器（ADC回路）将输入的离散模拟量u*(t)与基准电压UR进行比较，按照四舍五入的原则，编成二进制代码的数字信号。将数字量D转换成模拟量。数摸转换器2026/2/11第1章基础知识71二分法举例ADC的基本原理已知某物品价格在0-64元间（31元），猜一猜该物品价格（精确到1元）。第1次第2次第3次第4次第6次第5次321624283130高低低低结束低64是基准值；最多6次，26＝64；精度64/26

＝1元。2026/2/11第1章基础知识72逐次逼近ADC原理ADC的基本原理参考电压UR，ADC位数N位，输入电压Ui，则最多需要比较N次，精度为UR/2N

。第1次第2次…第N次100…00010…00…011…01高，1改0低，1保持…结束第3次011…00低模数转换器的位数越多即N值越大，则模数转换器分辨率与转换的精度越高。2026/2/11第1章基础知识73用于将上述ADC过程中数字量转化为模拟量与输入电压进行比较。DAC数模转换原理可见，输出模拟电压正比于输入的数字量D。2026/2/11第1章基础知识74模数转换器回路逻辑较快的二分逼近方法，N位转换器只要比较N次，比较的次数与输入模拟量的值无关。2026/2/11第1章基础知识75查询方式数据采集系统与微机接口靠CPU查询AD转换是否结束AD转换结束向CPU发出中断请求AD转换结果直接存入内存中断方式DMA2026/2/11第1章基础知识76开关量输入回路1.6.2开关量输入输出回路原理电平接点直接接入并行口外部接点要采取抗干扰措施，如光耦的隔离不带电位的接点（QF位置、跳闸等）、逻辑电平（键盘、信号）。2026/2/11第1章基础知识77开关量输出回路电平接点并行口直接输出外部接点要采取抗干扰措施，如光耦隔离、防止误输出2026/2/11第1章基础知识78主程序1.7微机保护的软件构成中断服务程序内容2026/2/11第1章基础知识791主程序模拟量采集与滤波开关量的采集装置硬件自检TA、TV断线检验起动判断2026/2/11第1章基础知识802中断服务程序正常运行程序检查开关位置