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1、继电保护讲义电力系统电力系统是由电力生产的5个环节：发电、输电、变电、配电和用电组成的整体。输电网和配电网统称为电网。完成一次能源转换成电能并输送和分配到用户的统一系统称为一次系统；对一次系统进行保护、控制、测量、调节、监视、通信等相应的辅助系统称为二次系统。继电保护当电力系统中的电力元件发生故障时，向运行值班人员及时发出警告信号，或者向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套硬件设备，用于保护电力元件的一般称为继电保护装置。安全自动装置当电力系统本身发生故障或危及其安全运行的事件时，向运行值班人员及时发出警告信号，或者向所控制的断路器发出
2、跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套硬件设备，用于保护电力系统的通称为电力系统安全自动装置。功率 瞬时功率：电阻、电感和电容的瞬时功率。有功功率：用电设备真实消耗掉的功率称为有功功率。有功与频率相关；无功功率：在完成电能转换为机械能的过程中，建立电、磁场需要的功率称为无功功率，无功与电压相关。频率、电压和谐波是反映电能质量的三大指标，频率和电压又是保持电网稳定最重要的电气量。现在有人加供电的可靠性。视在功率：瞬时功率：功率一次，以母线流向线路为电流正方向；母线对地为电压正方向。二次，极性端流入继电保护装置为电流正方向；极性端对地为电压正方向。只有这样规定
3、，才有：当接入R时，发电机发出P，P0；负荷受入P。Q=0。电压电流同相。当接入L时，发电机发出Q，Q0；负荷受入Q。P=0。电压超前电流900。当接入C时，发电机受入Q，Q0Q0P0Q0P0P0Q1极化电压极化电压（参考电压）。距离保护通常是补偿电压落在电压平面的某区域内动作，极化电压就是用来划分动作区域的。例如：方向阻抗继电器，测量电压就是极化电压。当然也可以用电流作极化量。对距离保护的研究归根结底是对极化量的研究。极化电压电压极化为圆特性电流极化为直线特性记忆消除死区将极化电压改为故障前的电压（通过记忆得到）。根据负荷分析故障前的电压和电势的关系。用故障后电压、电流用补偿的办法表示电势（
4、认为电势故障前后不变），这样正、反向故障的表示式不同，所以动作特性也就不同。正向消除了死区，反向又不失方向性。计算机故障计算基尔霍夫电压定理回路中一支路电压等于支路两端节点电压之差。基尔霍夫电流定理，接入节点的支路流出电流的代数和等于节点的注入电流。计算机故障计算显然，的物理意义是基尔霍夫电流定理。只要网络是连通的，有非零元素，就无零元素。但是只要是无源节点对应的零元素，有源节点对应的非零元素。在实际电网中，可以把（电源）看成激励，看成响应。必须求解方程。计算机故障计算利用叠加原理，将激励分为两部分，一部分是电网电源（正常运行），一部分是外部注入电流（故障点电流）。因此，其物理意义是戴维南定理
5、，开路电压，入端阻抗。当然，也可以表示为诺顿定理。计算机故障计算计算机故障计算故障点非故障相电流为零非故障相故障电流分量电压相量图1.戴维南定理将故障点断开，从故障点往系统看，根据戴维南定理，总可以把系统等值成一个发电机和一个阻抗电压相量图1.相似比串联阻抗上的电压比等于阻抗比。例如：2.电源电势不变，已知电源电势和故障点电压轨迹，便知这两点间任意点电压轨迹，它通过电压比等于阻抗比求得的。线路保护整定计算中的一些概念继电保护装置是通过安装处采集的电压、电流，根据动作判据认定是否动作、何时动作。整定计算就是计算动作判据的整定值和动作时间，以保证故障发生在保护范围内，按配合时间的要求可靠地动作（灵
6、敏性）；在保护范围外可靠地不动作（选择性）。为此目的，必须划分保护范围、设置故障点、设置故障类型、选择运行方式。划分保护范围保护范围分为两类：一类是保护范围固定不受运行方式影响，如：被保护的线路、被配合的相邻线路的纵联保护和距离保护段、相邻变压器的差动保护、变压器另一侧出线的纵联保护和距离保护段。另一类是保护范围不固定受运行方式影响，如：被配合的电流保护、距离保护高段。这类保护要找到保护范围很不容易，尤其当保护范围伸出本线路，对侧母线接有多分支，对每一个分支都存在一个保护范围。但是，这些保护范围是由一个保护定值决定的。因此，同原理保护配合往往是定值上的配合，即用配合定值乘以助增系数或分支系数。
7、不同原理保护配合就不能在定值上取得配合，这是因为各序网络独立，存在不同的电流分配系数，两类保护定值没有固定的关系。设置故障点在计算灵敏性时，故障点设在保护范围内灵敏度最低处；在计算选择性时，故障点设在保护范围外灵敏度最高处。对无零序互感线路，离保护安装点愈近故障灵敏度愈高，因此故障点设在保护范围末端。它是保护范围内灵敏度最低处，又是保护范围外灵敏度最高处。对零序互感线路则不然，由于互感的取磁作用，零序电流随故障点远去有可能单调减后又单调升，但不会单调升后又单调减。故障点可设在非故障线路的出口或末端。对于环网的助增系数或分支系数，也随故障点不同而不同，但容易失去配合点往往在保护范围末端。故障点可
8、设在保护范围末端。设置故障类型由被保护的故障对象（相间、接地）决定。设置故障类型由计算目的（最大、最小）电压、电流、分支系数等决定。值得注意的是，环网中的解环线路、相继动作、零序互感等问题。后备保护配置的意义和目的后备保护是主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。超高压线路按近后备原则，断路器拒动由失灵保护切除故障。主保护拒动由本线路后备保护切除故障，因此，对近后备保护提出两点基本要求：1硬件主保护硬件损坏（包括通道故障）时，后备保护能保持正常工作；2软件主保护原理上存在缺陷或灵敏度不足。两点中任何一点都是后备保护存在的理由。逐级配合的定义阶段式保护逐级配合是指，在两维平面（横坐标保护范围，
9、纵坐标动作时间）上，整定定值多折线与配合定值多折线不相交，其间的空隙是配合系数。即定值和时间均取得配合，否则失配。后备保护的整定理想原则主保护拒动是后备保护整定计算的前提被配合保护正确动作是后备保护整定计算的基础主保护拒动应由故障线路的后备保护切除故障，不应由相邻线路的后备保护切除故障。前者讲的是灵敏度，后者讲的是选择性。后备保护的整定理想原则选择性根据前提条件，后备保护应该与相邻线路的后备保护配合，不应与相邻线路的主保护配合。灵敏性根据基本要求，后备保护对本线路有足够的灵敏度。速动性在满足配合的条件下，缩短动作时间。在整定计算中，常常遇到选择性与灵敏性的矛盾，整定计算的多数工作是协调该矛盾作
10、取舍。因此，上述理想原则，实际很难做到。后备保护的整定实际原则本着加强主保护、简化后备保护的思想。整定计算也允许作相应的简化，简化整定计算就是默认某些失配。距离保护不带时延的一段将选择性放在首位、灵敏度次位。带时延的二段将灵敏度放在首位、速动性次位、选择性末位。带时延的三段将灵敏度放在首位、选择性次位、速动性末位。零序电流保护它用作距离保护的补充，仅用作切除高电阻接地故障。起始时间长于距离三段，可以用反时限或定时限。最小负荷阻抗的确定相间短路电阻只有弧光电阻，其弧光电压5%，可按1015/相，相间2030/相。相间距离电阻分量可按50整定。50020.8/4000=50；22020.8/770
11、=50。其功率都在自然功率的4倍以上。接地距离电阻分量按80整定，50020.8/2500=80；22020.8/484=80。其功率都在自然功率的两倍以上。接地距离也可以精确计算最小事故负荷阻抗，它是一个相量，在阻抗平面上相量末端是一个点，动作特性必须可靠躲过该点，可靠系数为0.7。500kV与220kV线路的运行参数定时限零序电流保护整定只使用最末段和次末端，最末段整定300A/4s；次末端500A/3.5s。线路零序电流保护定位于切高电阻接地故障，最高灵敏度要求是，按无穷大系统经RF短路流经RF的电流1kA对应的电阻：500kV/300；330kV/150；220kV/100。电流整定（
12、1000/2）/1.6=300A。考虑纵续动作，后跳侧电流为短路点电流1000/500=2两倍灵敏度。实际上出口短路接地距离耐过渡电阻的能力会大大增强。整定计算中的感受量通常用两种方法作整定计算，一种是同原理保护作配合整定，即用配合定值乘以助增系数或分支系数。另一种是设置故障点计算保护安装点的感受量。前一种方法适应单一助增系数或分支系数的同原理保护作配合整定。如：零序电流保护间的配合整定、相间距离保护间的配合整定。后一种方法适应保护范围固定的保护整定计算和配合整定。如：独立段、与相邻线路的纵联保护和距离保护段配合、与相邻变压器的差动保护、变压器另一侧出线的纵联保护和距离保护段配合。整定计算中的
13、感受量如：接地距离保护与相邻线路的纵联保护配合，故障点设在相邻线路对端母线，改变运行方式，计算保护安装点的感受阻抗，选取最小阻抗值乘以可靠系数便得到整定值。这样做是科学的，可提高保护的灵敏度，编制程序也简单、统一。以往选用正序助增系数与零序助增系数两者中的较小者，第一，正序助增系数与零序助增系数两者中的较小者不在同一方式，第二，选用正序助增系数与零序助增系数两者中的较小者是一种保选择性的近似计算方法。这样计算有时灵敏度不能满足。测量阻抗整定线路的距离保护与配合设备的保护作配合计算时，通常采用下列公式整定阻抗保护安装处至配合设备首端母线间的测量阻抗配合阻抗助增系数可靠系数1，2（1）测量阻抗整定
14、阻抗的物理意义是，在配合保护范围末端发生金属性短路，保护安装处的测量阻抗乘以可靠系数。假设在配合保护范围末端设置金属性短路，则保护安装处的测量阻抗；其中：（2）测量阻抗配合阻抗就是配合设备的测量阻抗。比较（1）式和（2）式仅相差可靠系数。得出（2）式的前提条件是在配合保护范围末端设置金属性短路。许多情况不易确定配合保护范围末端，为了避免此问题，作如下假设：保护范围末端短路与配合设备末端母线短路的助增系数相同。这个假设对放射型网络是成立的，对环网存在误差，这个误差在工程上普遍被接受。因此，将故障点由配合保护范围末端移至配合设备末端母线，计算测量阻抗（3）其中配合设备阻抗。此时的配合阻抗就是配合设
15、备阻抗。将（3）式代入（1）式若令则（4）测量阻抗对（4）式进行讨论：1）当与配合设备主保护（纵联或差动）配合时，；2）当与配合设备、段配合时，3）是配合设备末端母线短路的计算值4）若配合设备是线路就是配合线路正序阻抗；是变压器就是配合变压器正序阻抗，通常与变压器配合时采用1的方法测量阻抗5）零序补偿系数，整定线路整定的零序补偿系数和配合线路整定的零序补偿系数或变压器的零序补偿系数（通常为0）6）公式（4）里不含整定设备阻抗，意味着可以是整定线路，也可以是部分网络。因而适用于配合设备是相邻设备，同样适用于配合设备是非相邻设备。测量阻抗7）零序互感问题，接地距离保护一般不引入其他互感线路电流，因
16、而按互感线路挂地线检修的情况计算零序补偿系数K，才有了58）相间距离计算三相短路，只有正序可简化公式（4）9）多回互感线路零序补偿系数K的计算多回互感线路零序补偿系数K的计算整定计算中标幺值折算标幺值折算的平衡方程是同电压等级或同侧的有名值相等。标幺值无相、线；无侧（高低压，一二次）的概念，标幺值乘什么基准值就是什么的有名值。主设备标幺值折算至TV、TA的标幺值整定计算中标幺值折算以发电机为例（注意：发电机和TV、TA基准值的一致性：相、线和侧的一致性）整定计算中标幺值折算TV、TA的标幺值乘一、二次基准值就是一、二次的有名值。系统标幺值折算至TV、YA的标幺值，方法同上，只是系统的基准值给出
17、的S和U。在整定计算时完全可以全部用标幺值计算，只是需要用有名值是作换算。方法是：视计算的方便程度选择某一基准值，计算完毕后转换为TV、TA的标幺值，如有必要计算TV、TA的二次值。整定计算中标幺值折算举例计算阻抗二次值整定计算中标幺值折算为了使主设备标幺值与TV、YA的标幺值相等，制造商可以在主TV、TA二次侧乘以系数等效于改变TV、TA变比。值得注意的是：以TA为例整定规程接地距离中公式推导整定规程接地距离中公式推导整定规程接地距离中公式推导双变比电流互感器这种互感器有两个一次绕组。一次绕组并联，一次绕组匝数少，变比大，容量小。一次绕组串联，一次绕组匝数多，变比小，容量大。两台变比相同的电
18、流互感器单台接线，变比为K，容量为S。两台串联，变比为K，容量为2S。两台并联，变比为K/2，容量为S/2。微机保护基础硬件物质软件思想硬件数据采集系统（模拟量输入系统）主机系统开关量（数字量）输入/输出系统电抗变换器与电流变换器比较电抗变换器：阻止直流、放大高频、不易饱和、移相。电流变换器：不饱和不失真、易饱和、动态范围小。A/D与VFC比较A/D较贵，通常多个模拟通道共一个A/DVFC实现多微机共享。每个微机设置各自的计数器，从公共一套VFC获得脉冲数。由于各微机独立读数，便可独立运行。开关量输入用于识别运行方式、条件等，以便控制程序流程。如：重合闸方式、同期方式、收信状态和定值区号等。分
19、为两大类：面板接点和端子接点。开关量输出主要包括跳闸出口、本地和中央信号以及通信接口、打印机接口等。DSPDSP有着强大快速的数据处理能力和定点、浮点计算功能。提高保护对原始采样数据的预处理和计算能力。如：一个Ts内完成所有阻抗、电压、电流等计算和滤波处理。单DSP应用数据采集系统DSP保护CPU多DSP应用数据采集系统DSPDSPDSP保护CPU与模拟保护比较TVTA测量继电器直流逻辑关于模拟量输入的几个问题连续的模拟量（电压、电流）输入后如何被计算机接受？A/D变换。随时间t连续变化的模拟量，是否存在另一种表达？t/（f）变换。模拟量离散后能否反映连续的模拟量？采样定理。关于模拟量输入的几
20、个问题保护的原理一般建立在稳态的故障分析理论基础上，它随时间t连续变化的正弦量，而故障初始，除此之外，还有直流分量、高频分量和低频分量。如何处理？P22正弦量三要素，振幅、频率和初相角，在研究稳态工频量时，频率是常数，由欧拉公式，可以将同频率的正弦量转换为复数运算。数字滤波器y(t)=Tx(t)x(t)输入信号y(t)输出信号T滤波器Fourier积分表明x(t)可以由正弦函数叠加而成，根据应用需要，获取x(t)中有用成分的正弦分量，抑制无有用成分的正弦分量。时域和频域Fourier级数表明时域和频域Fourier积分变换采样定理采样定理采样定理X*（f）是以fs为周期的周期函数。若当|f|f
21、s/2时，X(f)=0，则，-fsffs，X*（f）与X（f）同形状，否则便产生混频。所以，采样频率大于两倍输入信号频率是不产生混频的充要条件。采样信号完全可以还原为输入信号。设计样本设计样本已知x（t）或X（f），找一个合适的h（t）或H（f），称h（t）或H（f）为设计样本。若需抑制某一频率fk，可以令H（fk）=0。若需放大某一频率fm，可以令H（fm）为大数。H（f）操纵X（f）得到需要的Y（f）。非递归型数字滤波器将输入信号和单位冲激响应作卷积注意两点：1）满足采样定理，2）h（t）有限长。递归型数字滤波器前几次的输出也作为输入的部分，相当于是一个闭环反馈。算法对采样值进行分析、运算和判断，以实现各种继电保护功能的方法。已知频率的纯正弦量，两点算法。不知频率的纯正弦量，三点算法。全周富氏算法不能滤掉衰减的直流分量。半周富氏算法不能滤掉直流分量偶次分量。算法通常数据窗不足半周，不经滤波直接采用采样值算法。数据窗大于半周不足全周，采用半周富氏算法。数据窗大于全周，采用全周富氏算法。当然还有其它算法，如：微分、积分、最小二乘法、小矢量、小波等。谢谢