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1、计算机综合保护原理与应用计算机综合保护原理与应用中国矿业大学电气工程系中国矿业大学电气工程系陈陈 奎奎2005.10TEL：83884437高压实验室绪论绪论掌握：掌握：1.电网对继电保护的要求。电网对继电保护的要求。2.继电保护的作用。继电保护的作用。3.继电保护的构成。继电保护的构成。了解：了解：1.继电保护的发展史。继电保护的发展史。前前 言言一、课程特点一、课程特点二、课程内容二、课程内容三、课程要求三、课程要求四、参考文献四、参考文献 五、教学方式与考核五、教学方式与考核 1。专业课程：。专业课程：电力系统组成电力系统组成 先修课程：先修课程：电路、电机、电磁、电路、电机、电磁、电能
2、系统电能系统、微机原理、微机原理、二次接线等课程二次接线等课程2。综合性科学：。综合性科学：电子、计算机、微机、通讯等多学科。电子、计算机、微机、通讯等多学科。3。理论与实践性并重：。理论与实践性并重：实验、故障分析、误动、拒动等分析。实验、故障分析、误动、拒动等分析。一一.课程特点：课程特点：理论与实践并重的综合性专业课理论与实践并重的综合性专业课二二.课程内容：课程内容：1.保护原理、特点、应用：保护原理、特点、应用：各种保护原理，如：各种保护原理，如：电流保护、距离保护、高频保护、差动保护等。电流保护、距离保护、高频保护、差动保护等。2.保护配置：保护配置：10KV、35KV、110KV
3、、220KV、500KV等等 线路保护的配置；线路保护的配置；变压器、发电机、母线、电容器、电动机等变压器、发电机、母线、电容器、电动机等 元件保护的配置。元件保护的配置。3.计算机保护的构成、设计、应用等。计算机保护的构成、设计、应用等。4.计算机保护的算法、滤波、抗干扰等。计算机保护的算法、滤波、抗干扰等。三课程要求：三课程要求：1.掌握各种保护原理、特点、应用场所。掌握各种保护原理、特点、应用场所。2.掌握各种等级电压线路和不同元件的保护配掌握各种等级电压线路和不同元件的保护配置。置。3.熟悉计算机综合保护的特点、构成、各部分熟悉计算机综合保护的特点、构成、各部分的功能及工作过程。的功能
4、及工作过程。4.了解各种计算机继电保护算法的原理、应用了解各种计算机继电保护算法的原理、应用及抗干扰措施。及抗干扰措施。四参考文献：四参考文献：教材：教材：原理部分：原理部分：电力系统继电保护原理第三版电力系统继电保护原理第三版计算机继电保护部分：计算机继电保护部分：自选自选参考文献：参考文献：1.电力系统继电保护山东工业大学出版社电力系统继电保护山东工业大学出版社2.电力系统微机继电保护许建安电力系统微机继电保护许建安 中国水利水电出版社中国水利水电出版社 20013.微机保护实现原理与装置罗士萍微机保护实现原理与装置罗士萍 中国电力出版社中国电力出版社 20014.电力系统微机保护培训教材
5、杨新民电力系统微机保护培训教材杨新民 中国电力出版社中国电力出版社 20005.电力系统继电保护原理第一版电力系统继电保护原理第一版 中国电力出版社中国电力出版社五、教学方式与考核五、教学方式与考核1.1.课程总计课程总计4848学时，其中教学学时，其中教学4040学时，实验学时，实验8 8学时。学时。2.2.课程考核：课程考核：平时成绩（平时成绩（2020）+实验成绩（实验成绩（2020）+考试成绩（考试成绩（6060）100100分分第一章绪论第一章绪论 1。继电保护的作用与任务。继电保护的作用与任务 2。继电保护的基本原理及组成。继电保护的基本原理及组成 3。电力系统对继电保护的要求。电
6、力系统对继电保护的要求 4。继电保护的发展。继电保护的发展第一节第一节 继电保护的作用与任务继电保护的作用与任务一电力系统故障一电力系统故障 正常运行状态正常运行状态 状态状态 故障状态故障状态 不正常运行状态不正常运行状态故障原因：故障原因：外部原因：外部原因：（如雷击、污闪等）（如雷击、污闪等）内部原因：内部原因：（如绝缘老化、损坏等）（如绝缘老化、损坏等）误操作：误操作：（运行时）（运行时）故障及不正常运行状态类型故障及不正常运行状态类型故障：故障：（1）短路：）短路：三相短路三相短路（5%）（纵）两相短路（纵）两相短路（10%）两相短路接地两相短路接地（20%）单相接地单相接地 （65
7、%80%）（2）断线：）断线：（横）（横）（继电保护动作于（继电保护动作于断路器断路器跳闸）跳闸）不正常运行：不正常运行：（1）过负荷）过负荷（2）频率下降）频率下降（如功率缺额大）（如功率缺额大）（3）过电压）过电压（如突然甩负荷）（如突然甩负荷）（4）振荡）振荡（如不同步运行）（如不同步运行）（继电保护动作于发信号）（继电保护动作于发信号）二故障后果二故障后果（1）损坏设备、缩短设备使用寿命。）损坏设备、缩短设备使用寿命。（2）破坏系统运行的稳定性。）破坏系统运行的稳定性。（3）用户电压下降；破坏工作稳定，影响产）用户电压下降；破坏工作稳定，影响产品质量。品质量。（4）供电质量：供电质量：
8、电压、频率、谐波。电压、频率、谐波。三作用与任务三作用与任务1.发生故障时，自动、迅速、有选择性的切发生故障时，自动、迅速、有选择性的切除故障，使非故障部分继续运行。除故障，使非故障部分继续运行。2.对不正常运行状态发信号通知值班人员进对不正常运行状态发信号通知值班人员进行处理。行处理。第二节基本原理及组成第二节基本原理及组成一基本原理一基本原理1利用基本电气量的变化利用基本电气量的变化电流保护电流保护低电压保护低电压保护距离保护距离保护2利用线路两侧的电流差或相位差构成：内外部利用线路两侧的电流差或相位差构成：内外部故障时，两侧电流、相位的差别。故障时，两侧电流、相位的差别。（1）纵差保护纵
9、差保护（2）横差保护等横差保护等3.利用序分量构成利用序分量构成接地故障：接地故障：零序电压、零序电流保护零序电压、零序电流保护不对称相间故障：不对称相间故障：负序电流保护负序电流保护4.利用非电气量利用非电气量瓦斯、温度、行波等瓦斯、温度、行波等*可利用任何可利用任何故障与正常运行状态下故障与正常运行状态下 有区别的信号来实现保护有区别的信号来实现保护二二.继电保护的构成继电保护的构成 三三.保护分类保护分类1.按被保护设备分类：按被保护设备分类：1)线路保护：线路保护：=220KV：高频保护或行波保护高频保护或行波保护2)元件保护：元件保护：变压器保护：差动保护、瓦斯保护、过流保护等。变压
10、器保护：差动保护、瓦斯保护、过流保护等。发电机保护：纵差、横差保护、接地保护、负序发电机保护：纵差、横差保护、接地保护、负序过流保护等。过流保护等。母线保护：完全电流差动母线保护、电流比相母母线保护：完全电流差动母线保护、电流比相母线保护等。线保护等。电动机保护：相敏保护、电流保护、断线保护电动机保护：相敏保护、电流保护、断线保护 等。等。2.按保护装置的构成分类：按保护装置的构成分类：电磁型、晶体管型、集成电路型、微机型。电磁型、晶体管型、集成电路型、微机型。第三节第三节 电力系统对继电保护的要求电力系统对继电保护的要求 选择性、速动性、灵敏性、可靠性选择性、速动性、灵敏性、可靠性一一.选择
11、性选择性 指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统 中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍然能继续安全运行。无故障部分仍然能继续安全运行。含义一：含义一：仅将故障元件从电力系统中切除，使停仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围最小。电范围最小。含义二：含义二：上级保护对下一级有后备保护作用。上级保护对下一级有后备保护作用。选择性说明选择性说明二二.速动性速动性指快速地切除故障以提高电力系统并列运行的稳指快速地切除故障以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，定性，减少
12、用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。以及缩小故障元件的损坏程度。好处：好处：1.有利于提高系统运行的稳定性；有利于提高系统运行的稳定性；2.减少用户低电压运行的时间；减少用户低电压运行的时间；3.减少设备的损坏程度；减少设备的损坏程度；4.避免事故进一步扩大：避免事故进一步扩大：如：接地故障如：接地故障 短路故障短路故障 瞬间性故障瞬间性故障 永久性故障永久性故障三三.灵敏性灵敏性指对于其保护范围内发生故障及不正常运指对于其保护范围内发生故障及不正常运行状态的反应能力。行状态的反应能力。通常用通常用灵敏系数灵敏系数来衡量，它主要决定于被来衡量，它主要决定于被保护元件和
13、电力系统的参数、运行方式。保护元件和电力系统的参数、运行方式。四四.可靠性可靠性指在该保护装置规定的保护范围内发生了指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。则不应该误动作。可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平而言。护水平而言。1.不误动；不误动；2.不拒动。不拒动。五五.四者的关系四者的关系选择性、速动性、灵敏性、可靠性选择性、速动性、灵敏性、可靠性之间的关系之间的关系六六.几个基本概念
14、几个基本概念1。继电保护：。继电保护：（在电力行业）泛指继电保护（在电力行业）泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。护系统。2。继电保护装置：。继电保护装置：指各种具体的装置。指各种具体的装置。（单个继电器或继电器与其附属设备构成，（单个继电器或继电器与其附属设备构成，电子元件，计算机）电子元件，计算机）指能反映电力系统中电气元件发生故指能反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。闸或发出信号的一种自动装置。3。一次系统：。一次系统：发电厂和变电所的电器主
15、接线，是由发电厂和变电所的电器主接线，是由高压电器设备通过连接线组成的系统统称高压电器设备通过连接线组成的系统统称为一次系统。为一次系统。一次设备对于运行可靠及检修方便要一次设备对于运行可靠及检修方便要求甚高。求甚高。主要包括生产和转换电能的设备，接主要包括生产和转换电能的设备，接通或断开电路的设备，限制故障电流和防通或断开电路的设备，限制故障电流和防御过电压的电器，接地装置和载流导体御过电压的电器，接地装置和载流导体5部分。部分。4。二次系统：。二次系统：二次系统是由二次设备组成的系统。凡监二次系统是由二次设备组成的系统。凡监视，控制，测量，以及起保护作用的设备，视，控制，测量，以及起保护作
16、用的设备，如测量表计，继电保护，控制和信号装置如测量表计，继电保护，控制和信号装置等，皆属于二次设备。等，皆属于二次设备。5。主保护：。主保护：在被保护设备整个部分中以无时限或带时在被保护设备整个部分中以无时限或带时限切除该部分内部发生的各种或某种类型限切除该部分内部发生的各种或某种类型的故障。的故障。6。后备保护（近后备保护、远后备保护）。后备保护（近后备保护、远后备保护）a)近后备保护：b)远后备保护：第四节第四节.继电保护的发展继电保护的发展继电保护技术是随着电力系统的发展而发继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的。展起来的。一一.继电保护理论的发展：继电保护理论的发展：熔断器熔断
17、器直接反应于一次短路电流的电磁型过电流继电保直接反应于一次短路电流的电磁型过电流继电保护护 1890年左右出现了装于断路器上并直接作用年左右出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式的电磁型过电流继电器。随着于断路器的一次式的电磁型过电流继电器。随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。展的开端。利用二次侧电流的感应型继电保护利用二次侧电流的感应型继电保护 1901年出现了感应型过电流继电器。年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了比较被保护元件两端
18、的电流差动年提出了比较被保护元件两端的电流差动保护原理。保护原理。1910年方向性电流保护开始得到应用。年方向性电流保护开始得到应用。通讯技术在继电保护中的应用通讯技术在继电保护中的应用 随着电力系统载波通讯的发展，随着电力系统载波通讯的发展，在在1927年前后年前后出现高频保护装置出现高频保护装置，50年代年代，微波中继通讯开，微波中继通讯开始应用于电力系统，从而出现了利用微波传送始应用于电力系统，从而出现了利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的和比较输电线两端故障电气量的微波保护微波保护。以。以及行波实现快速继电保护的设想，到及行波实现快速继电保护的设想，到1970年左年左右终于产生了行
19、波保护。右终于产生了行波保护。二二.继电保护设备的发展：继电保护设备的发展：与此同时，构成继电保护装置的元件、材料、保与此同时，构成继电保护装置的元件、材料、保护装置的结构型式和制造工艺也发生了巨大的变护装置的结构型式和制造工艺也发生了巨大的变革。革。50年代以前的继电保护装置都是由电磁型，年代以前的继电保护装置都是由电磁型，感应型或电动型继电器组成的，这些继电器统称感应型或电动型继电器组成的，这些继电器统称为机电式继电器。为机电式继电器。20世纪世纪50年代初由于半导体晶体管的发展，开年代初由于半导体晶体管的发展，开始出现了晶体管式继电保护装置，称之为始出现了晶体管式继电保护装置，称之为电子
20、式电子式静态保护装置；静态保护装置；随后随着大规模集成电路的发展随后随着大规模集成电路的发展出现了集成电路保护。出现了集成电路保护。20世纪世纪70年代年代微机继电保护装置微机继电保护装置的出现的出现三三.微机继电保护的发展：微机继电保护的发展：（一）国外发展（一）国外发展1。基本情况：。基本情况：较先进的国家：日本、美国、英国、德国较先进的国家：日本、美国、英国、德国1965年提出年提出 英国剑桥大学、澳大利亚新南威尔士大学设想英国剑桥大学、澳大利亚新南威尔士大学设想（发表发表 Fault protection with a digital computer，首先提出继电保护的，首先提出继电
21、保护的思想）思想）70年代进行理论研究和实验室实验年代进行理论研究和实验室实验2。理论探索：。理论探索：算法研究算法研究 数据适配数据适配 数字滤波数字滤波3。样机实验：。样机实验：（实验室）（实验室）特点：一机多用特点：一机多用 当时条件：计算机价格高、可靠性差、不具有商业价值当时条件：计算机价格高、可靠性差、不具有商业价值4。实用阶段。实用阶段 70年代中期计算机价格的下降、可靠性的提高为年代中期计算机价格的下降、可靠性的提高为应用创造了条件。应用创造了条件。75年英国年英国GEC公司公布了应用情况。公司公布了应用情况。77年日本发表了其微机保护的试运行结果。年日本发表了其微机保护的试运行
22、结果。70年代后期年代后期80年代初期进入实用阶段。现在西方年代初期进入实用阶段。现在西方发达国家基本全部采用微机保护。发达国家基本全部采用微机保护。5。典型微机保护装置：。典型微机保护装置：美国：美国：SEL公司的公司的SEL-279、SEL-321型型 (Schweizer Engineering Laboratary)德国西门子公司的德国西门子公司的7SA531型微机保护装置型微机保护装置。瑞士瑞士ABB公司的微机保护装置等公司的微机保护装置等 （二）国内发展情况：1。研究起始于。研究起始于70年代后半期年代后半期 主要是华北电力、华中工学院、东南大学等高校主要是华北电力、华中工学院、东
23、南大学等高校与水电部南京自动化研究院，进行研究。与水电部南京自动化研究院，进行研究。2。1984年华北电力学院年华北电力学院 杨奇逊杨奇逊 研制的研制的MDP-1型型（距离保护）即：（距离保护）即：所谓的所谓的“01型型”微机保护。微机保护。开始试运行（在河北邯郸码头电厂）。开始试运行（在河北邯郸码头电厂）。1987年投入批量生产。年投入批量生产。特点：单特点：单CPU，多路，多路ADC模数转换模数转换3。90年代开发出第二代产品年代开发出第二代产品 代表产品有代表产品有WXH-11型和型和WXB-11型微机保护。型微机保护。特点：多特点：多CPU、总线不引出插件、总线不引出插件、VFC模数转
24、换器模数转换器 与第一代相比：精度高、速度快与第一代相比：精度高、速度快4。北京哈德威四方公司与华北电力大学联合研制的。北京哈德威四方公司与华北电力大学联合研制的CS系列系列产品，产品，如：如：CSL-101系列线路保护、系列线路保护、CST-200系列变压器保护系列变压器保护5。以上都是从微机保护硬件方面来看的。以上都是从微机保护硬件方面来看的。在微机保护原理和软件南瑞的在微机保护原理和软件南瑞的LFP-900系列超高速保护做系列超高速保护做了一些研究。了一些研究。特点：采用不扩展单片机、总线不引出芯片、较先进的网特点：采用不扩展单片机、总线不引出芯片、较先进的网络通讯结构。络通讯结构。6。
25、从。从90年代开始我国继电保护技术已进入微机保护的时代。年代开始我国继电保护技术已进入微机保护的时代。主要公司：南瑞、南自、许继、东方电子、四方等主要公司：南瑞、南自、许继、东方电子、四方等 已经达到国外先进水平已经达到国外先进水平四四.计算机继电保护的特点计算机继电保护的特点1.维护调试方便：维护调试方便：软件成熟后，硬件完好下几乎不用调试。软件成熟后，硬件完好下几乎不用调试。2.性能优性能优:可实现复杂的保护功能，许多传统继电保护无可实现复杂的保护功能，许多传统继电保护无法实现的新功能。法实现的新功能。（如：距离保护中阻抗继电器的动作特性复杂形（如：距离保护中阻抗继电器的动作特性复杂形状的
26、实现、振荡与短路的区别；变压器保护中状的实现、振荡与短路的区别；变压器保护中励磁涌流与内部故障的鉴别等）励磁涌流与内部故障的鉴别等）故障追忆、测距、打印、波形显示、故障分析故障追忆、测距、打印、波形显示、故障分析等其他功能。等其他功能。3.可靠性高可靠性高 具有自诊断功能、抗干扰措施、多次具有自诊断功能、抗干扰措施、多次计算、自动校验等措施。计算、自动校验等措施。4.灵活性强：灵活性强：硬件、外围设备可通用。硬件、外围设备可通用。5.经济性好：经济性好：包括投资费用和运行维护费用都低，包括投资费用和运行维护费用都低，经济效益可观。经济效益可观。五五.计算机保护的发展方向计算机保护的发展方向充分
27、利用计算机的特点开发具有新原理的继电充分利用计算机的特点开发具有新原理的继电保护装置。保护装置。（如暂态分量、行波、非线性理论等）（如暂态分量、行波、非线性理论等）计算机保护的硬件应相对稳定、力求统一、有计算机保护的硬件应相对稳定、力求统一、有利于运行管理。利于运行管理。自适应继电保护的开发。自适应继电保护的开发。计算机保护与变电站综合自动化计算机保护与变电站综合自动化 既要相对独立、又要与变电站监测、监控等有既要相对独立、又要与变电站监测、监控等有良好的接口。良好的接口。几种微机保护产品图几种微机保护产品图配电自动化系统图配电自动化系统图复习一一.断路器操作机构断路器操作机构SF6断路器多油断路器真空断路器户外 户内 二二.互感器互感器