继电保护测试系统专业培训.docx

继电保护测试系统培训资料

◆ 继电保护原理部分
◆ 微机保护的实现
◆ 继电保护测试系统功能介绍
◆ 继电保护测试系统的使用

西南交通大学电气试验车

一．继电保护原理部分
1. 继电保护的作用
无论是在电力系统还是在牵引供电系统中，都有可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路。不正常运行状态虽然没有发生故障，但电气元件的正常工作已遭到破坏，如果不及时处理，就可能发展成故障。故障和不正常运行状态都有可能引起事故。
继电保护-----要能对电力系统或牵引供电系统中电气元件发生故障或不正常运行状态作出反应，并动作于断路器跳闸或发出告警信号。
基本任务：
1）自动、迅速、有选择的将故障元件从系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；
2）对不正常运行状态，根据运行维护条例，发告警信号、减负荷或跳闸。

2. 继电保护的基本原理
例：

单侧电源网络接线
(a)正常运行情况；(b)d点短路情况

正常状态下：每条线路上都流过负荷电流If，越靠近电源端的线路上的负荷电流越大。同时，各变电所母线上的电压，一般都在额定电压±5%~10%的范围内变化，且靠近于电源端母线上的电压较高。
当系统发生故障时，假定在线路BC上发生短路，则短路点电压Ud降到零，从电源到短路点之间将流过很大的短路电流Id，各变电所母线上的电压也将在不同程度上有很大的降低，距离短路点越近时降低得越多。
在一般情况下，发生短路之后，总是伴随着电流的增大，电压的降低，线路始端测量阻抗的减小，以及电压与电流之间相位的变化。因此，利用正常运行与故障时这些基本参数的区别，便可以构成各种不同原理的继电保护。例如：
1） 反应于电流增大而动作的电流速断保护和过电流保护
2） 反应于电压降低而动作的低电压保护
3） 反应于短路点到保护安装地点之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作的距离保护（或阻抗保护）
此外，利用单个电气元件在内部故障和正常运行时，两侧电流相位或功率方向的差别，可以构成各种差动原理的保护。如变压器的差动保护，线路的纵联差动保护、高频保护等。差动原理的保护只能对被保护元件的内部故障做出反应，而不反应外部故障。

3. 继电保护的四个基本要求
动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
1） 选择性：保护装置动作时，仅将故障元件从系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。
例：

单侧电源网络中有选择性动作的说明

当d1点短路时，由保护1和保护2动作跳闸，将故障线路切除，变电所B仍由另一条无故障线路继续供电。而当d3点短路时，保护6动作跳闸，切除线路CD，此时只有变电所D停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停电范围限制到最小，甚至可以做到不间断供电。
在要求选择性的同时，还必须考虑继电保护或断路器有拒动的可能性，因而就需要考虑后备保护的问题。当d3点短路时，保护6本应动作，但由于某种原因拒动，故障就不能消除，此时如前面一条线路的保护5能动作，故障也可以消除。能起保护5这种作用的保护称为相邻元件的后备保护。由于这种保护是在远处实现的，称为远后备保护。如上一段的过流保护。
还有一种情况，当某一电气元件的主保护拒动时，由该元件的另一套保护作为后备保护。由于这种后备作用是在主保护安装处实现的，称为近后备保护。如变压器后备保护。
2） 速动性
快速切除故障可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，以及缩小故障元件的损坏程度。一般情况下，在满足选择性的前提下，切除故障的时间原则上越快越好。
3） 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。也就是说，在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。
4） 可靠性
指在该保护装置规定的保护范围内发生了应该动作的故障时，不应该拒动；而在不应该动作的情况下，则不应该误动。

4． 几种常用的保护功能原理

4.1 电流保护
4.1.1 电流速断保护
仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护。按照选择性要求，通常按躲开下一条线路出口处短路的条件整定，无法保护线路全长。另外，可用重合闸解决这一矛盾。

4.1.2 限时电流速断保护
保护本线路全长及下一条线路的一部分，不超出下一条线路速断保护范围，具有一定的灵敏性，并且还要力求有最小的动作时间。

4.1.3 定时限过电流保护
按照躲开最大负荷电流整定的过流保护，一般情况下，能保护本线路全长，也能保护相邻线路全长。

4.2 距离保护
反应于故障点至保护安装点之间距离（或阻抗）而动作的保护。目前广泛应用三段式距离保护，称为距离I段、II段、III段，分别和三段式电流保护相对应。距离I段瞬时动作，不能保护线路全长，距离II段保护本线路全长，但不超出下一条线路距离I段保护范围，比较小的动作时限。距离III段保护本线路及下一条线路的全长，作为相邻线路保护和断路器拒绝动作的后备保护。
目前广泛采用具有多边形动作特性的阻抗元件，如：

4.3 反时限过负荷保护
与三段式电流保护的阶梯特性不同，它是反应于短路电流大小与动作时间的曲线特性而动作的一种电流保护。

a） IEC A（一般反时限） b） IEC B（非常反时限） c）IEC C（极度反时限）
反时限曲线特性图
（1） （2） （3）
式中， t 动作时间 Tp 时间整定值 Ip 电流整定值 I 故障电流

4.4 自动重合闸
作用：由于送电线路的故障有很多是瞬时性故障，当断路器跳开后，瞬时性故障消失，用自动重再合闸，能够恢复正常供电，可以大大提高供电的可靠性。
重合闸与保护的配合：
I. 重合闸前加速：如下图，任何一条线路发生故障时，第一次都由保护3处的重合闸前加速瞬时动作予以切除，动作是无选择性的。断路器跳闸后，启动重合闸。若是瞬时性故障，则重合后故障消失，恢复供电。若是永久性故障则按照选择性由相应的保护动作，切除故障。

前加速优点： （1） 能快速切除瞬时性故障
（2） 使瞬时性故障不致发展成永久性故障
（3） 使用设备少，只需装设一套重合闸装置，简单经济。
缺点： （1） 断路器动作次数多，工作条件恶劣
（2） 重合于永久故障上时，故障切除的时间可能较长
（3） 如果重合闸拒动或断路器3拒动，将会扩大停电范围。甚至在最末级线路上发生故障时，都会使整条线路停电。
II. 重合闸后加速：当线路第一次故障时，按照选择性要求，由相应的保护动作切除故障。断路器跳闸后启动重合闸。若线路发生瞬时性故障，重合后故障消失，恢复供电。若发生永久性故障，则由重合闸后加速动作，瞬时切除故障。
后加速优点：（1） 第一次是有选择性的切除故障，不会扩大停电范围
（2） 保证永久性故障能瞬时切除，并且是有选择性的。
缺点： （1） 每个断路器上都需要装设一套重合闸（对微机保护而言，已经不算什么）
（2）第一次切除故障可能会带有延时。
4.5 变压器差动保护
正常运行或外部故障时，变压器高压侧与低压侧电流经过相应的变比折算后应相等，折算后的高低压侧电流差值为零（即差动电流=0）。当变压器内部发生故障后，差动电流值不为零。反应于这个差动电流而动作的保护称为差动保护。

当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁涌流，包含大量的高次谐波并以二次谐波为主。一般，采用二次谐波制动躲开励磁涌流的影响。
为了减少差动保护的误动，现在广泛采用带比率制动的差动保护：将高低压侧电流和作为制动电流，正常运行和外部故障时，两侧电流同方向，制动电流很大；内部短路时，一侧电流方向改变，制动电流减小。起动电流随制动电流大小按一定比例增大减小。

二．微机保护的实现
1. 硬件
一般典型的微机保护结构有6个部分构成，即信号量输入部分，cpu处理部分，出口部分，人机接口部分，通讯部分以及电源。

1） 信号量输入部分
信号量输入部分分为：模拟量输入和开关量输入。
A.模拟量输入（数据采集部分）
模拟量输入部分将输入的电压电流模拟量信号，经过电压变换器和电流变换器变为模数变换器所要求的范围，如将输入信号电压变为±5V或±10V。然后由模数变换器进行A/D变换，送给CPU进行数据处理。
B.开关量输入
开关量将保护逻辑所需要的外部开关信息（分/合）送给CPU，如将断路器的辅助接点引入在重合闸动作前判断断路器的位置。
2） cpu处理部分
主要完成各种继电保护功能：利用采集上来数据计算出各电气量的大小，根据不同的保护逻辑进行判断，如果判断为故障，则发出口命令给出口部分。
另外，还控制数据采样的间隔，人机接口部分以及通讯部分。
3） 出口部分
出口部分接到CPU的动作命令，驱动相应继电器动作，接通跳、合闸或告警回路，完成跳、合闸和告警信号的发出。
4） 人机接口部分
这部分工作在CPU控制下完成，包括键盘、液晶/数码管显示、信号灯、音响告警等。功能：实现人机对话。完成保护的配置，如：功能配置，定值整定等。将信息反馈给用户，起监测作用。
5） 通讯部分
将运行情况或故障报告、告警信息等传给后台监控主机和通讯管理模块，再通过通讯管理模块上传调度中心。
2. 软件
微机保护的程序一般包括四大部分：运行程序，采样中断，故障处理程序，监控及通讯处理程序。
运行程序：
完成保护装置的初始化，上电自检，循环自检，监控及通讯处理部分的调用，以及作故障报告。
采样中断：
根据每周波所采样的点数设定采样中断的时间间隔，在运行程序主循环过程中发生中断，每次中断采样一个点的数据，存入数据缓存区，数据缓存区保存有多个周波的数据并依次更新，根据各点数据计算出当前时刻各电气量的突变量值、模值，判断是否满足起动条件。满足进入故障处理程序。不满足返回到运行程序主循环中。
故障处理程序：
保护启动后进入故障处理程序执行，根据各保护逻辑判断是否满足动作条件，满足则发出口命令，退出故障处理，返回到运行程序主循环中作故障报告；不满足等待延时到后退出故障处理，返回到运行程序主循环中。
监控及通讯处理程序：
在运行程序主循环中被调用，完成对键盘的监视，液晶/数码管的刷新，信号灯的控制，以及通讯数据的传输。

有关保护处理的流程图：

三．继电保护测试系统功能介绍
总体功能介绍：
1． 适用于windows98/2000/XP多种平台。
2． 可对微机保护装置进行功能检测；可对传统继电器保护进行检测。
3． 与博电测试仪联机工作，控制其量值输出并读取试验数据。
4． 自动生成试验报告。
5． 测试系统分为系统配置、继保试验、试验报告、帮助系统、传统继保五大功能模块。
具体功能划分：
一．系统配置功能：完成一个变电站的各种微机保护设备配置，设备参数录入数据库，试验计划制定及试验计划录入数据库功能。

厂站设备 所名配置
厂站设备选择：待选设备列表，选中设备列表

型号、出厂序号、制造厂商、生产日期、运行编号、安装
系统配置 铭牌参数 地点、额定电压、额定电流等。
运行编号是该类设备中唯一的身份标识。
一个厂站已经定形了。

制定一个试验代号（一次试验的标识），把将要进行试验的
试验计划 设备加入到这个试验代号中（选中该设备，确定）。
目的：为了便于系统对试验数据进行管理及用户查询。
删除实验代号中的设备要慎重。
二．继保试验功能：完成试验前配置、模块选择，备注信息输入功能；完成试验模块调用、与博电测试仪联机进行试验，并返回所需试验结果及录入数据库。

厂站-试验代号-试验设备-试验项目-若有数据列在试验数据栏，针对项目选择试验模块-进入试验模块进行试验
继保试验 试验完毕后：将试验结果保存为a.txt文件，退出试验界面回到主界面，可查看试验结果，保存试验数据。（若保存为其他结果还需另行载入数据）。是否添加备注。

三．试验报告功能：完成打印对象、打印模式选择，试验报告预览及报告自动打印输出功能。

试验报告 三种打印模式：单台设备打印模式、同类设备打印模式、所有设备打印模式（打印该试验代号中所有设备的报告）。
另外，如果需要封面，还有一个打印封面目录模式选择。可以将预先做好的封面打印出来，目录自动添加。封面目录同样可以预览。

四．帮助系统：完成从软件安装、卸载到最终报告打印输出的所有关键步骤的详细介绍。

帮助系统 收录了整本使用说明。所有关键操作、试验接线、试验步骤都有详细说明。

五．传统继保：完成一个变电站传统继电器的配置、试验及报告输出功能。

传统继保： 一个相对独立的专门测试传统继电器保护的功能单元。同样包含试验配置、试验计划、试验操作及试验报告四个功能单元。

四. 继电保护测试系统的使用
参阅《培训教材》中的“继电保护测试系统操作简介”部分。