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电力系统继电保护原理

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第七章 微机保护与综合自动化6.1 微机保护基本原理6.1.1微机保护的特点及发展 6.1.1微机保护的特点及发展微机保护主要特点 改善、提高保护性能， ◆改善、提高保护性能，动作正确率高 ◆易于获得附加功能 ◆维护调试工作量小 ◆可靠性高 ◆硬件标准化设计 使用灵活方便， ◆使用灵活方便，人机界面友好 ◆可以进行远方监控

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继电保护新技术自适应控制技术 人工神经网络与小波 ◆故障类型的判别 ◆故障测距 ◆方向保护 ◆主设备保护 智能化检测与自动测试 ◆数字化测试手段 ◆动作行为分析的透明化

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6.1.2微机保护硬件构成 微机保护硬件构成

微机保护装置硬件原理示意图

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数据采集单元 电压形成回路 模拟量滤波回路 模数转换回路 基于逐次逼近原理的模数转换器件(AD) ◆基于逐次逼近原理的模数转换器件(AD) 基于电压-频率转换的模数转换器件(VFC) ◆基于电压-频率转换的模数转换器件(VFC) 两种模数转换器件的特点如下： 两种模数转换器件的特点如下： AD:二进制编码，可直接进行数字运算； ◆输出数据格式(AD:二进制编码，可直接进行数字运算；VFC:脉冲个数，需要将相邻两次计数值相减后才能进行数字运算) VFC:脉冲个数，需要将相邻两次计数值相减后才能进行数字运算) AD:A/D芯片的位数 芯片的位数； ◆分辨率(AD:A/D芯片的位数； 率和采样间隔) 率和采样间隔) AD:不便于实现光电隔离，抗干扰能力较差；VFC: ◆抗干扰性(AD:不便于实现光电隔离，抗干扰能力较差；VFC: 便于实现模拟系统与数字系统之间的隔离，抗干扰能力强) 便于实现模拟系统与数字系统之间的隔离，抗干扰能力强) VFC:VFC芯片的最高转换频 VFC:VFC芯片的最高转换频

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保护CPU单元 保护CPU单元 CPU

保护CPU单元原理框图 保护CPU单元原理框图 CPU

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开关量输入/ 开关量输入/输出单元

开关量输入电路原理图

开关量输出电路原理图

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人机接口与通信CPU单元 人机接口与通信CPU单元 CPU

人机接口单元原理框图

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对微机保护硬件的要求 ◆高可靠性 ◆开放性 开放性 ◆通用性 灵活性和可扩展性 ◆灵活性和可扩展性 ◆模块化与智能化状态检测

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6.1.3 微机保护算法即数学模型，不同算法可实现各种保护的功能。 数学模型，不同算法可实现各种保护的功能。 模拟式保护的特性和功能完全由装置(硬件)决定， 模拟式保护的特性和功能完全由装置(硬件)决定，而微 软件决定 机保护的硬件是共同的，保护的特性与功能主要由软件决定。 机保护的硬件是共同的，保护的特性与功能主要由软件决定。 算法的

核心是算出可表征被保护对象运行特点的物理量， 核心是算出可表征被保护对象运行特点的物理量 算法的核心是算出可表征被保护对象运行特点的物理量， 如电压、电流有效值和相位等，序分量，基波分量等。 如电压、电流有效值和相位等，序分量，基波分量等。用这 些基本电气量的计算值，构成各种不同原理的保护。 些基本电气量的计算值，构成各种不同原理的保护。 算法分基本算法 继电器算法。 基本算法和 算法分基本算法和继电器算法。前者是计算被测电气量的 大小和相位的方法，它们是微机保护的基础； 大小和相位的方法，它们是微机保护的基础；后者是根据继 电器的动作特性拟定的算法，也称动作特性算法。 电器的动作特性拟定的算法，也称动作特性算法。 评价算法优劣的标准：算法的精度和运算速度。速度包括： 评价算法优劣的标准：算法的精度和运算速度。速度包括： 标准 算法要求的采样点数(数据窗长度),算法运算工作量。 ),算法运算工作量 算法要求的采样点数(数据窗长度),算法运算工作量。研 究算法实质是在速度和精度上进行权衡。 究算法实质是在速度和精度上进行权衡。 全波傅立叶算法是应用最广泛 并能满足精度要求的一种， 是应用最广泛、 全波傅立叶算法是应用最广泛、并能满足精度要求的一种， 以傅立叶级数为基础，适用任何周期函数的输入信号。 以傅立叶级数为基础，适用任何周期函数的输入信号。

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电流 i (t ) 、电压 u (t ) 输入模拟信号，都可按傅氏级数表达为 输入模拟信号， 电压 U U 的形式， 含有直流分量I 0 、 0 和各种谐波分量 I n 、 n 的形式，如i (t ) 为：

i (t ) = I 0 + Σ I nC cos( nw1t ) + Σ I nS sin( nw1t )n =1 n =1

∞

∞

I nC 和 I nS 分别为 n 次谐波的余弦和正弦分量电流；1为基频 ω 次谐波的余弦和正弦分量电流；电流角频率。 电流角频率。 利用正、余弦正交函数集的相应正交函数作样本函数， 利用正、余弦正交函数集的相应正交函数作样本函数，与 cos 上式相关，如获取基波分量电流时， 上式相关，如获取基波分量电流时，用 sin ω1t、 ω1t 作样本分 别与上式 i (t ) 相乘，并取一周期T积分，由正交函数特性得到 相乘，并取一周期T积分， 消去 I 0 和各次谐波分量的 I 1C 和 I1S 表达式，为 表达式，

I 1S =

2 T

∫

t0 + T

t0

i ( t ) sin w 1 tdt

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I 1C =

2 T

∫2 N

t0 + T

t0

i ( t ) cos w 1 tdt

设每工频周期采样N 设每工频周期采样N次，对上式用梯形法数值积分来代 替，则得 N

I 1S =

∑N

k =1

i k sin k

T N

I 1C =k

2 N

∑

k =1

i k cos k

T N

、ik 分别为第 k 次采样及其电流采样值。

次采样及其电流采样值。 I 1C 和 I1S 意义为一周期(T)中 ik 采样值余弦和正弦分 意义为一周期( 量的加权平均值。 量的加权平均值。同理求出U 1 C 和 U 1S 分量，则基波电流、 分量，则基波电流、 电压和复数形式和功率因数角分别为

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U

1

= U

1C

jU2 1C

1S

I 1 = I 1C j I 1 S

U1 = U + U2 1S

R= X=

U1C I1C +U1 S I1 S I12C + I12S U1C I1 S U1 S I1C I12C + I12S

I1 = I + I2 1S

2 1C

R = arctg = arctg XI nS =2 N

U 1C I1C +U 1 S I1 S U 1C I1 S U 1 S I1C

∑ ik sin nkk =1

N

T N

I nC =

2 N

∑ ik cos nkk =1

N

T N

需要指出， 需要指出，暂态的衰减直流分量将对傅氏算法基波和谐 波分量计算结果产生较大误差，应采用数字滤波进行补偿。 波分量计算结果产生较大误差，应采用数字滤波进行补偿。

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A

BIB

CIC

保护原理、 6.1.4 保护原理、配置及整定计算 变压器保护变压器比率制动保护

I A

I - IB A IB- IC IC-IA

变

Im In ≥ K Im+ In器 主

压

电流平衡关系保

& & I A I B 1 0 & & & = 1 0 1 I α I B I C Iβ & K ph I I & & 1 1 C A

I α I β

护

变压器平衡系数

K ph

nCT 1 =k nCT 2

I α

I β

α

β

Y/Δ-11变压器差动保护接线 Y/Δ-11变压器差动保护接线

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差动电流和制动电流的计算

I CDAI ZDA

1 = I A I B Iα K ph 1 1 = I A I B+ Iα 2 K ph

BC相 CA相差动电流、制动电流计算类似。 BC相、CA相差动电流、制动电流计算类似。 相差动电流

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0.1 ~ 1.0Ie

差动保护 ①差动速断 按躲过变压器的合闸涌 流整定， 流整定，一般整定为变压器 额定电流的7 15倍 额定电流的7~15倍 ②比率制动差动保护

0.2 ~ 0.8

0.2 ~ 0.8

0.2 ~ 2.0Ie

0.2 ~ 10Ie

ICD ≥ IDZ ICD K 1(IZD I 1) ≥ IDZ ICD K 1(I 2 I 1) + K 2(I 2 IZD ) ≥ IDZ

当IZD ≤ I 1 当I 1 < IZD ≤ I 2 当IZD > I 2I CD C ( 2 ) I CD C (1)

③二次谐波闭锁I CD A( 2 ) I CD A(1) ≥ 15 ~ 20% or I CD B ( 2 ) I CD B (1) ≥ 15 ~ 20% or ≥ 15 ~ 20%