第二章 电力系统继电保护原理微机继电保护基本历程汇总
电力系统继电保护考点总结
电力系统继电保护考点总结考点1：电力系统继电保护的基本构成、作用、原理及基本要求在电力系统中，继电保护的任务之一就是当一次系统设备故障时，由保护向距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使之从系统中脱离，以保证系统其他部分的安全稳定运行，并最大限度的减少对电力设备的损坏。
因此保护应能区分正常运行与短路故障；应能区分短路点的远近。
考点2：距离保护原理、构成及整定计算系统在正常运行时，不可能总工作于最大运行方式下，因此当运行方式变小时，电流保护的保护范围将缩短，灵敏度降低；而距离保护，顾名思义它测量的是短路点至保护安装处的距离，受系统运行方式影响较小，保护范围稳定。
常用于线路保护。
距离保护的具体实现方法是通过测量短路点至保护安装处的阻抗实现的，因为线路的阻抗成正比于线路长度。
在前面的分析中大家已经知道：保护安装处的电压等于故障点电压加上线路压降，即U KM=U K+△U；其中线路压降△U 并不单纯是线路阻抗乘以相电流，它等于正、负、零序电流在各序阻抗上的压降之和，即△U=IK1*X1+ IK2*X2+ IK0*X0 。
接下来我们先以A相接地短路故障将保护安装处母线电压重新推导一下。
因为在发生单相接地短路时，3IO等于故障相电流IKA；同时考虑线路X1=X2 则有：U KAM=U KA+I KA1* X LM1+ I KA2* X LM2+ I KA0* X LM0=U KA+I KA1*X LM1+ I KA2*X LM1+ I KA0*X LM0+ (I KA0* X LM1－I KA0* X LM1)=U KA+ X LM1(I KA1+ I KA2+ I KA0)+ I KA0（X LM0－X LM1）=U KA+X LM1*I KA+ 3I KA0（X LM0－X LM1）*X LM1/3X LM1=U KA+X LM1*I KA[1+（X LM0－X LM1）/3X LM1]令K=（X LM0－X LM1）/3X LM1则有 U KAM=U KA+I KA*X LM1(1+K)或 U KAM=U KA+I KA*X LM1(1+K)=U KA+X LM1(I KA+KI KA)=U KA+X LM1(I KA+K3I KA0)同理可得U KBM=U KB+ X LM1(I KB+K3I KB0)U KCM=U KC+ X LM1(I KC+K3I KC0)这样我们就可得到母线电压计算得一般公式：U KΦM=U KΦ+ X LM1(I KΦ+K3I0)该公式适用于任何母线电压的计算，对于相间电压，只不过因两相相减将同相位的零序分量K3I KC0减去了而已。
电力系统继电保护微机保护基础
装置外部引入的触点应经光电隔离
第二节 微机继电保护的基本算法 与数字滤波
一、 微机继电保护的基本算法 算法是微机继电保护的数学模型，
是微机继电保护工作原理的数学表达式，是 编制微机继电保护计算程序的依据。
1.采样及微分法 设电压和电流分别为 ：
u Umsint （1） i Imsin(t ) （2）
Um
u2
u2
2
（4）
式中 u —任一时刻电压的采样值； uˊ—采样值u的微分。
如图所示，uk为当前采样值。
图中：uk-1为tk-1时刻的采样值；uk+1为tk+1时刻的采样值，则
Um u2k(uk21 T uk1)2/2 （5）
2.半周积分算法
S 0 T /2U m sitn d U t m co t0 T /2 s 2 U m T U m
N/2
S uk
k1
12N()Um
式中 S——半周内N/2个采样值的总和； uk——第k个采样值； N——工频周采样次数； α——第一个采样值的初相角。
3.傅氏算法
u(t) U 0 (U nc R o n ts U nsj in nt) n 1
U nR
2 N
N
u(k) cosk
k 0
2
N
Unj
输入模拟信号的电平变换主要由各种电压、 电流变换器来实现。
二、采样、采样定理及采样保持器 采样 — 周期性的抽取或测量连续信号。 采样定理 —为了能根据采样信号完全重现 原来的信号。采样频率fs必须大于输入连续信 号最高频率的2倍。 即：
fs 2fmax
采样周期： T=1/ fs
采样频率fs在240Hz到2000Hz之间。
继电保护的基本原理和保护
二、继电保护装置的组成
三、继电保护装置的类型
1、按被保护的对象分，有
输电线路的保护、发电机的保护、变压器的保护、 母线保护、电动机的保护等；
2、按保护原理分，有 电流保护、电压保护、距离保护、高频保护、差动 保护、方向保护等；
二）电力系统的运行状态
1、定义：电力系统在不同运行条件（如负荷水平、 出力配置、系统接线、故障等）下的系统与设备的工 作状况。 2、类型：有正常运行状态、不正常运行状态、故 障状态三种。 ◆正常运行状态——在此状态下，电力系统的有 功功率和无功功率处于平衡，各发电、输电和用电设 备均在规定的长期安全工作限额内运行，电压、频率 均在规定的范围内变化，电能质量合格。
电力系统继电保护绪
论
第一节 电力系统继电保护的作用
一、电力系统继电保护及自动装置的作用与任务
一）一次设备与二次设备的基本概念
一次设备：是指直接参与生产、输送和分配电能 的生产过程的高压电气设备。 它包括发电机（发电）、变压器（变换）、断 路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线 （汇集、重新分配电能） 、输电线路（输送电） 、 电力电缆、电抗器、电动机（用电）等。
二）迅速性——指继电保护装置动作尽可能快
凡是作用于断路器跳闸的保护均要求动作要迅 速。 要求快速动作的主要理由和必要性： ①可以提高电力系统并列运行的稳定性。
A B C
k
例：K点发生了三相短路故障时，A母线电压将大大下降到接近 于零，使A厂送不出负荷，发电机转速迅速升高。而B厂母线B 母线，则由于远离短路点，还有较高残压。如果保护动作时间 较长，A、B两厂的发电机转差增大，使系统发生振荡甚至解列。
电力系统继电保护原理(第四版)
电力系统继电保护原理(第四版)第二章继电保护的硬件构成第一节继电器的类别和发展历程继电器能反应一个弱信号(电、磁、声、光、热)的变化而突然动作，闭合或断开其接点以控制一个较大功率的电路或设备的器件。
继电器的分类按输入信号性质分：非电量继电器和电量继电器按功能分量度继电器在继电保护和自动装置中作为主要元件，与辅助元件有或无继电器配套电流、电压、频率、功率继电器等有或无继电器在保护装置中作为辅助元件中间、时间、信号继电器等电磁式继电器衔铁弹簧电磁铁工作回路电磁继电器触点信号电源一、电磁型继电器(Relay)继电特性：无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置动作电流：使继电器动作的最小电流值最小短路电流返回电流：使继电器返回原位的最大电流值最大负荷电流返回系数(恒小于1) I K re= K re= 0.85~ 0.9 I K act 触发特性曲线返回动作旋转衔铁式电流继电器结构6二、感应型继电器用电磁铁在一铝制圆盘中或圆筒中感应产生电流，电流产生转矩使圆盘或圆筒转动，使接点闭合的继电器。
四极感应圆筒式感应继电器工作原理与鼠笼式感应电机相似相当于两相式的电动机，垂直方向两磁极的线圈和水平两级的绕组磁通在空间上相差900,如果两磁通在时间上也相差900则可产生最大的旋转磁场圆筒上的转矩：M= KΦ1Φ 2 sinθ动作条件：电流大于定值(转矩大于弹簧反作用转矩),且θ为正(900时转矩最大)可反应两个电气量，如电压、电流，可实现方向继电器、阻抗继电器、差动继电器等电磁式电流继电器侧面正面电磁式中间继电器正面侧面五、微机保护将反应故障量变化的数字式元件和保护中需要的逻辑元件、时间元件、执行元件等和在一起用一个微机实现，成为微机保护，是继电器发展的最高形式。
20世纪70年代初、中期开始了微机保护研究的热潮源于计算机技术重大突破：价格大幅度下降、可靠性提高70年代中后期，国外已有少量样机试运行。
电力系统继电保护课后习题解答.(DOC)
第一章继电保护概述1-1 答：继电保护装置的任务是自动、迅速、有选择性的切除故障元件，使其免受破坏，保证其他无故障元件恢复正常运行；监视电力系统各元件，反映其不正常工作状态，并根据运行维护条件规范设备承受能力而动作，发出告警信号，或减负荷、或延时跳闸；继电保护装置与其他自动装置配合，缩短停电时间，尽快恢复供电，提高电力系统运行的可靠性。
1-2 答：即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
1-3 答：继电保护的基本原理是根据电力系统故障时电气量通常发生较大变化，偏离正常运行范围，利用故障电气量变化的特征可以构成各种原理的继电保护。
例如，根据短路故障时电流增大．可构成过流保护和电流速断保护；根据短路故障时电压降低可构成低电压保护和电流速断保护等。
除反映各种工频电气量保护原理外，还有反映非工频电气量的保护，如超高压输电线的行波保护和反映非电气量的电力变压器的瓦斯保护、过热保护等。
1-4 答：主保护是指能满足系统稳定和安全要求，以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。
后备保护是指当主保护或断路器拒动时，起后备作用的保护。
后备保护又分为近后备和远后备两种：（1）近后备保护是当主保护拒动时，由本线路或设备的另一套保护来切除故障以实现的后备保护;（2）远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由前一级线路或设备的保护来切除故障以实现的后备保护.辅助保护是为弥补主保护和后备保护性能的不足，或当主保护及后备保护退出运行时而增设的简单保护。
1-6答：(1)当线路CD中k3点发生短路故障时，保护P6应动作，6QF跳闸，如保护P6和P5不动作或6QF, 5QF拒动，按选择性要求，保护P2和P4应动作，2QF和4QF应跳闸。
(2）如线路AB中k1点发生短路故障，保护P1和P2应动作，1QF和2QF应跳闸，如保护P2不动作或2QF拒动，则保护P4应动作，4QF跳闸。
第二章继电保护的基础知识2-1答：（1）严禁将电流互感器二次侧开路；（2）短路电流互感器二次绕组，必须使用短路片或短路线,短路应妥善可靠，严禁用导线缠绕；（3）严禁在电流互感器与短路端子之间的回路和导线上进行任何工作；（4）工作必须认真、谨慎，不得将回路永久接地点断开；（5）工作时，必须有专人监护，使用绝缘工具，并站在绝缘垫上。
电力系统基本概念及继电保护基本原理
电⼒系统基本概念及继电保护基本原理电⼒系统基本概念及继电保护基本原理电⼒系统基本概念⼀、电⼒系统的组成1、电能在现代社会中的地位及优点：1）、电能在现代社会中是最重要、也是最⽅便的能源；2）、它可以⽅便地转化为别的形式的能，如机械能、热能、光能、化学能等； 3）、易于实现输送和分配； 4）、应⽤规模也很灵活。
2、⼏个基本概念：电⼒系统⼀⼀⽣产、输送、分配和消费电能的各种电⽓设备连接在⼀起⽽组成的整体称为电⼒系统。
动⼒系统⼀⼀如果把⽕电⼚的汽轮机、锅炉、供热管道和热⽤户，⽔电⼚的⽔轮机和⽔库等动⼒部分与电⼒系统包括在⼀起，称为动⼒系统。
电⼒⽹⼀⼀电⼒系统中输送和分配电能的部分称为电⼒⽹。
动⼒系统、电⼒系统和电⼒⽹⽰意图⼆、对电⼒系统运⾏的基本要求 1、电⼒系统运⾏的基本特点：1）电能不能⼤量存储：⽣产、输送、分配和消费同时进⾏； 2）电⼒系统的暂态过程⾮常短促；3）与国民经济的各部门及⼈民⽇常⽣活有着极为密切的关系，供电的突然中断会带来严重的后果。
2、根据以上电⼒系统的特点，对其的基本要求是： 1）保证安全可靠供电；具体做法为：A 严密监视设备的运⾏状态和认真维修设备以减少其事故的发⽣；B 不断提⾼运⾏员的技术⽔平，减少误操作的次数；----------- ---------------------- -----------动⼒系统电环址— 电⼒两 --------- ---- --------- ------- 1升底输电线路降压1■U 负1 L 荷1 1C系统具备有⾜够的有功及⽆功电源；D 完善电⼒系统的结构，提⾼抗⼲扰能⼒；E 利⽤现代的⾼科技实现对系统的控制和监视；F 根据对⽤电可靠性的要求，降负荷按等级划分。
2）要有符合要求的电能质量（电压和频率）； 3）要有良好的经济性：降低耗媒率，降低线损等。
三、电⼒系统的接线⽅式1、⽆备⽤接线⽅式：2四、电压，电流，有功功率，⽆功功率，功率因数，频率的基本概念及相互关系 U: 电压有效值 F ：频率 P ：有功功率 S: 视在功率I Cos Q: 电流有效值: 功率因数 :⽆功功率关系 :S = P + j QP = U I Cos ?Q =U I Sin五、⼀次设备与⼆次设备的概念 1、⼀次设备：指直接⽤于⽣产、输送和分配电能的⽣产过程的⾼压电⽓设备，它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、⾃动开关、接触器、⼑开关、母线、输电线路、电⼒电缆、电抗器、电动机等；、有备⽤接线⽅式:2、⼆次设备：指对⼀次设备的⼯作进⾏监测、控制、调节、保护以及为运⾏、维护⼈员提供运⾏⼯况或⽣产指挥信号所需的低压电⽓设备，如熔断器、控制开关、保护装置、控制电缆等。
继电保护基本知识
继电保护的基本知识
第二节 继电保护的构成与分类
1、继电保护的构成 一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。
继电保护的基本知识
（1）测量元件
作用：测量从被保护对象输入的有关物理量
继电保护的基本知识
差动保护原理图
M im
N
F1 in
L
F2
if1
if2
正常运行或外部故障时 im+in=0 内部故障时 im+in=if
图1－3 电流差动保护说明图
继电保护的基本知识
第五节 常用继电器
一、电流继电器 电流继电器在继电保护装置中作为测量和起动元件，
反应电流增大超过某一整定数值时动作。电流继电器接 在电流互感器的二次侧，因此可以反应电力系统故障或 异常运行时的电流异常增大。 电流继电器反应电流增大而动作，能够使继电器开始动 作的最小电流称为电流继电器的动作电流；继电器动作 后，再减小电流，使继电器返回到原始状态的最大电流 称为电流继电器的返回电流；返回电流与动作电流之比 称为电流继电器的返回系数。即：
继电保护的基本知识
以过电流保护为例：
正常运行：Ir=If KA不动
故障时：Ir=Id>Idz KA动—>KT动（延时）—>KS动—>
信号
TQ动—>跳闸
继电保护的基本知识
2、继电保护分类
⑴、按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、 变压器保护、电动机保护、母线保护等； ⑵、按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、 差动保护、方向保护、零序保护等； ⑶、按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地 故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁 保护及过励磁保护等；
电力系统继电保护技术分析
电力系统继电保护技术分析随着电力系统的不断发展和扩大，电力系统的继电保护技术也得到了不断的改进和完善。
继电保护技术是保障电力系统安全和稳定运行的关键环节，它需要不断地根据电力系统的发展状况进行技术更新和改进。
本文将对电力系统继电保护技术进行全面分析和总结，以期为电力系统的安全稳定运行提供更好的技术支持。
一、继电保护技术的发展历程继电保护技术起源于上个世纪，最初是采用机械式继电保护装置，这种装置工作不灵活，并且容易出现误动作。
随着电力系统的发展，继电保护技术逐渐开始采用电子、微机等技术，从而取得了长足的发展。
目前，继电保护技术已经应用了数字化、智能化等先进技术，使得继电保护系统在保护功能、可靠性和灵活性方面都得到了显著提高。
继电保护技术的基本原理是利用电力系统的各种参数信号，对电力系统中的异常情况进行检测和判断，并通过采取相应的保护措施，防止异常情况的进一步发展，保护设备和系统的安全运行。
继电保护技术的基本原理包括测量、判断和动作三个环节。
1.测量：测量是继电保护技术中的一个重要环节，通过对电流、电压等参数进行测量，获取电力系统中各种参数的实时数值。
2.判断：判断是根据测量得到的参数数值，来进行电力系统中异常情况的判断和分析，判断出异常情况的类型和位置，并确定是否需要进行保护动作。
3.动作：动作是指在判断出异常情况后，继电保护系统根据预先设定的逻辑条件和控制命令，启动相关的保护装置，采取相应的措施，将异常情况隔离或限制在一定范围内，确保电力系统的安全和稳定运行。
根据不同的保护对象和保护原理，继电保护技术可以分为多种不同的类型。
常见的继电保护技术包括过流保护、距离保护、差动保护、零序保护等，每种保护技术都有其特定的应用场景和保护对象。
1.过流保护：过流保护是电力系统中的一种常见保护技术，主要用于对电流超过额定值的异常情况进行保护。
过流保护可以根据保护对象的不同分为线路过流保护、母线过流保护、变压器过流保护等多种类型。
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外部通信接口部件的作用是提供与计算机通信网络以及远程通信网的信息通道。
§2.2微机保护工作原理简介
常规微机保护实现继电保护功能主要有三个步骤：
①模拟量输入系统将从电力系统获得的模拟电量信号进行预处理转化为数字量，开关量输入系统将开关量输入信号也转变为数字量；
①故障信号中可能包含高频成分，但多数保护原理只需使用基波和低次谐波成分，可通过对输入信号先进行模拟低通滤波，降低其最高频率，从而可选取较低的采样频率。
㈣人机对话和外部通信系统
微机保护人机对话接口部件通常包括以下几个部分：简易键盘、小型显示屏、指示灯、打印机接口、调试通信接口。
外部通信接口可分为两大类：第一类通信接口为实现特殊保护功能的专用通信接口，输电线路纵联保护；另一类通信接口为通用计算机网络接口，可与电站计算机局域网以及电力系统计算机远程通信网相连，实现更高一级的管理、控制功能，如数据共享、远方操作及远方维护等。
2.由前置模拟低通滤波削去其中的高频成分；
3.由采样环节将连续信号离散化；
4.由A／D转换器变为数字量。
具体步骤如图2-2所示。
信号
图2—2输入信号预处理流程框图信号预处理中，还包括隔离和抑制随有用信号窜入的干扰，这对于提高保护装置的可靠性非常重要。
㈡数字滤波
数字滤波器的优点：
①滤波精度高。加长字长可以很容易提高精度。
第二章微机继电保护基本历程
一、微机继电保护基础
§2.1微机保护基本结构
微机保护的基本结构包括数据处理单元、模拟量输入系统、开关量输入输出系统、人机对ห้องสมุดไป่ตู้和外部通信系统四个部分,图2-1是微机保护系统方框图。
㈠数据处理单元一般由中央处理器（CPU）、存储器、定时器/计数器及控制电路等部分组成，并通过数据总线、地址总线、控制总线连成一个系统。继电保护程序在数字核心部件内运行，指挥各种外围接口部件运转、完成数字信号处理，实现保护原理。
①来自TV(或TA的交流电压(或电流信号；
②来自分压器(或分流器的直流电压(或电流信号；
③自断路器、隔离刀闸等设备辅助接点以及其它继电器接点的开关量信号，或者来自别的微机保护或数字设备的数字量信号。
输入信号预处理过程的具体步骤为：
1.将电力系统输入到继电保护装置的模拟信号转换到与微型计算机相匹配的电平；
采样率应大于输入信号的最高频率的两倍，即这就是著名的采样定理。S f为采样频率（简称采样率），它是采样周期的倒数即采样频率反映了采样速度。在电力系统的实际应用中，习惯用采样频率相对于基波频率的倍数（记为N）来表示采样速度，称为每基频周期采样点数，或简称为N点采样。实际应用中，确定采样率还需考虑的问题：
㈢开关量输入输出系统
开关量是指反映“是”或“非”两种状态的逻辑变量，如断路器的“合闸”或“分闸”状态、控制信号的“有”或“无”状态等。开关量输入接口部件的作用是为正确地反映开关量提供输入通道，并在微机保护装置内外部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电路的安全和减少外部干扰。开关量输出接口部件的作用是为正确地发出开关量操作命令提供输出通道，并在微机保护装置内外部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电路的安全和减少外部干扰。
CPU是数字核心部件以及整个微机保护的指挥中枢，计算机程序的运行依赖于
CPU来实现。存储器用来保存程序和数据，它的存储容量和访问时间也会影响整个微机保护系统的性能。定时器/计数器除了为延时动作的保护提供精确计时外，还可以用来提供定时采样触发信号、形成中断控制等作用。数字核心部件的控制电路包括地址译码器、地址锁存器、数据缓冲器、中断控制器等等，它的作用是保证微机数字电路协调工作。
②假设电压、电流量由非周期分量、基频和倍频分量组成的算法除解方程组外，最常见的是傅氏算法和沃尔希函数算法．
③在超高压电力系统中，为克服随机噪音的影响，还提出了一些减少误差的算法。例如对
计算结果采取平滑措施，采用最小二乘曲线拟合算法等。
§2.3微机保护数字信号处理与典型算法
一、采样定理
无论原始输入信号的频率成分多复杂，保证采样后不丢失其中信息的充分必要条件是，
字滤波器；
㈡按运算结构不同可分为递归型和非递归型数字滤波器；
㈢按单位脉冲响应不同可分为无限长单位脉冲响应滤波器和有限长单位脉冲响应滤波器
㈣按照不同的滤波理论又可分为常规滤波器和最佳滤波器。
㈤按频率特性分为低通、带通、高通和带阻四类基本滤波器，其中前两类滤波器在微机保护中用得较多。
㈢算法
①基于电压、电流为纯正弦变化的算法有半周内找最大值、半周内采样值累积、Mann-Morrjson的导数算法、Prodar-70的二阶导数算法，采样值积的算法和解方程组的算法等。
②数据处理单元对已转变为数字量电量信号进行数字滤波，从而获得微机保护算法所需要的数字信号序列；
③数据处理单元对已滤波的数字信号序列采用合适的算法并结合开关量输入信号综合判断，然后根据判断结果控制开关量输出系统和人机对话和外部通信系统的输出，实现闸、信号告警、数据记录等功能。
㈠输入信号预处理
由电力系统输入到继电保护装置的模拟信号分类：
㈡模拟量输入系统
微机保护装置模拟量输入接口部件的作用是将电力传感器输入的模拟电量正确地变换成离散化的数字量，提供给数字核心部件进行处理。交流模拟量输入接口部件内部按信号传递顺序为：电压输入变换器和电流输入变换器及其电压形成回路、前置模拟低通滤波器、采样保持器、多路转换器、模数变换器。前置模拟低通滤波器是一种简单的低通滤波器，其作用是为了在对输入模拟信号进行采样的过程中满足采样定理的要求。采样保持器完成对输入模拟信号的采样。多路转换器是一种多信号输入、单信号输出的电子切换开关，可通过编码控制将多通道输入信号依次与其输出端连通，而其输出端与模数变换器的输入端相连。模数变换器实现模拟量到数字量的变换。
②可靠性高。模拟元器件很容易受环境和温度的影响，而数字系统受这种影
响要小得多。
③灵活性高。数字滤波器改变性能只要改变算法或者某些系数，而模拟滤波
器却十分麻烦。
④便于时分复用。一套硬件系统可以完成各个通道的滤波任务，模拟滤波器
则必须每个通道装一个滤波器。
数字滤波器的分类：
㈠按算法实现方式不同可分为专用硬件组成的数字滤波器和软件组成的数