电力系统微机保护概述
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《电力系统微机保护》赵建文、付周兴(习题解答)
第一章 微机继电保护概述
第 1 章 习题
什么是微机继电保护？电力系统对微机继电保护的要求有哪些？ 答：微机继电保护装置就是，利用微型计算机来反映电力系统故障或不正常的运 行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动化装置。电力系统对微机继电保 护的要求与传统继电保护的要求一致，即选择性，速动性、灵敏性、可靠性。 2. 简要说明微机继电保护的特点。 答：（1）集保护、测量、监视、控制、人机接口、通信等多种功能于一体；代替 了各种常规继电器和测量仪表，节省了大量的安装空间和控制电缆。（2）维护调试方 便。（3）可靠性容易提高。（4）可以方便的扩充其他辅助功能。（5）改善和提高保 护的动作特性和性能。 3. 如何理解微机保护比常规继电保护性能好? 答：（1）逻辑判断清楚、正确。（2）可以实现模拟式继电保护无法实现的优良 保护性能。（3）调试维护方便。（4）在线运行的可靠性高。（5）能够提供更多的系 统运行的信息量。 4. 相对于传统继电保护，微机继电保护的缺点有哪些？ 答：（1）对硬件和软件的可靠性要求较高，且硬件很容易过时。（2）保护的内 （4） 部动作过程不像模拟式保护那样直观。 （3）使用者较难掌握它的操作和维护过程。 要求硬件和软件有较高的可靠性。（5）由于微机保护装置中使用了大量集成芯片，以 及软硬件的不断升级，增加了用户掌握其原理的难度。 5. 简要说明微机继电保护技术的出现及发展与哪些技术有关，为什么？ 答：半导体技术，电力电子技术，计算机与微型计算机技术、信息技术等。继电 保护装置发展初期，主要是电磁性、干硬性继电器构成的我继电保护装置；20 世纪 60 年代由于半导体二极管的问世，出现了整流型继电保护装置；20 世纪 70 年代，由于 半导体技术的进一步发展，出现了晶体管继电保护装置；20 世纪 80 年代中期，由于 计算机技术和微型计算机的快速发展，出现了微型继电保护装置；电力系统的飞速发 展对继电保护不断提出新的要求，电力电子技术、计算机技术和信息技术的飞速发展 尤为继电保护技术的发展不断注入新活力。 6. 微机保护的发展大体分哪几个阶段，各阶段的特点如何。 答：微机保护的发展大体经历了三个阶段： （1） 理论研究阶段，主要是采样技 术；数字虑波及各种算法的研究。（2）试验室研究阶段 主要是微机保护硬件、软件 的研究，并制成样机 （3）工业化应用阶段 20 世纪 70 年代末，80 年代初，微机保 护在电力系统中得到应用，并且发展十分迅速。 1984 年华北电力学院研制的一套微 机距离保护通过鉴定。87 年投入批量生产。以后，微机保护发展迅速，90 年华北电 力学院研制的 WXB—11 投入运行。现在微机保护已得到广泛应用。
第 1 章 习题
什么是微机继电保护？电力系统对微机继电保护的要求有哪些？ 答：微机继电保护装置就是，利用微型计算机来反映电力系统故障或不正常的运 行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动化装置。电力系统对微机继电保 护的要求与传统继电保护的要求一致，即选择性，速动性、灵敏性、可靠性。 2. 简要说明微机继电保护的特点。 答：（1）集保护、测量、监视、控制、人机接口、通信等多种功能于一体；代替 了各种常规继电器和测量仪表，节省了大量的安装空间和控制电缆。（2）维护调试方 便。（3）可靠性容易提高。（4）可以方便的扩充其他辅助功能。（5）改善和提高保 护的动作特性和性能。 3. 如何理解微机保护比常规继电保护性能好? 答：（1）逻辑判断清楚、正确。（2）可以实现模拟式继电保护无法实现的优良 保护性能。（3）调试维护方便。（4）在线运行的可靠性高。（5）能够提供更多的系 统运行的信息量。 4. 相对于传统继电保护，微机继电保护的缺点有哪些？ 答：（1）对硬件和软件的可靠性要求较高，且硬件很容易过时。（2）保护的内 （4） 部动作过程不像模拟式保护那样直观。 （3）使用者较难掌握它的操作和维护过程。 要求硬件和软件有较高的可靠性。（5）由于微机保护装置中使用了大量集成芯片，以 及软硬件的不断升级，增加了用户掌握其原理的难度。 5. 简要说明微机继电保护技术的出现及发展与哪些技术有关，为什么？ 答：半导体技术，电力电子技术，计算机与微型计算机技术、信息技术等。继电 保护装置发展初期，主要是电磁性、干硬性继电器构成的我继电保护装置；20 世纪 60 年代由于半导体二极管的问世，出现了整流型继电保护装置；20 世纪 70 年代，由于 半导体技术的进一步发展，出现了晶体管继电保护装置；20 世纪 80 年代中期，由于 计算机技术和微型计算机的快速发展，出现了微型继电保护装置；电力系统的飞速发 展对继电保护不断提出新的要求，电力电子技术、计算机技术和信息技术的飞速发展 尤为继电保护技术的发展不断注入新活力。 6. 微机保护的发展大体分哪几个阶段，各阶段的特点如何。 答：微机保护的发展大体经历了三个阶段： （1） 理论研究阶段，主要是采样技 术；数字虑波及各种算法的研究。（2）试验室研究阶段 主要是微机保护硬件、软件 的研究，并制成样机 （3）工业化应用阶段 20 世纪 70 年代末，80 年代初，微机保 护在电力系统中得到应用，并且发展十分迅速。 1984 年华北电力学院研制的一套微 机距离保护通过鉴定。87 年投入批量生产。以后，微机保护发展迅速，90 年华北电 力学院研制的 WXB—11 投入运行。现在微机保护已得到广泛应用。
《微机保护》PPT课件
由电力系统输入到继电保护装置的模拟 信 号分类： • 来自TV(或TA)的交流电压(或电流)信号； • 来自分压器(或分流器)的直流电压(或电流)信 号； • 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
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。
一、输入信号预处理
二、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。
采样 多路
A/D 数据更
保持 转换器 转换器 新排队
输入信号的预处理
图2—2 输入信号预处理流程框图
二、数字滤波
数字滤波器的优点： • 滤波精度高。加长字长可以很容易提高精度。 • 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。 • 灵活性高。数字滤波器改变性能只要改变算 法
• 按照不同的滤波理论又可分为常规滤波器和最 佳滤波器。
• 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。
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
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。
一、输入信号预处理
二、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。
采样 多路
A/D 数据更
保持 转换器 转换器 新排队
输入信号的预处理
图2—2 输入信号预处理流程框图
二、数字滤波
数字滤波器的优点： • 滤波精度高。加长字长可以很容易提高精度。 • 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。 • 灵活性高。数字滤波器改变性能只要改变算 法
• 按照不同的滤波理论又可分为常规滤波器和最 佳滤波器。
• 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。
浅议电力系统微机保护
的 。
6)加乳戌术培训， 、 提高职工的技术素质， 使值班电丁能了解保护功能、信号含义和必 要的操作 。 7 ) 保护整定计算时， 考虑微机保护的特 点， 可以适当缩小上、下级之间的保护级差， 高保护的快速性， 可以适当提高返回系数的 值， 前电磁式继电器一般取0 . 8 ， 5 微机保护装 置的返回率一般在0.9 以上， 8 可取0.9 ， 5 即可 减小整定值， 高灵敏度等。 3. 2 微机保护的使用注意事项 ) 1 抗千扰问题。由于微机保护装置是由 各种电子元器件组成的弱电工作回路，很容 易受到外界的干扰。 因此， 微机保护装置在运 行中， 一方面必须严格执行 《 电力系统继电 保 护及安全自 动装置反事故措施要点》 《 及 微机 继电保护装置运行管理规程》 的有关规定， 严 格按照有关规程、 反事故措施进行设计、 施工 和验收， 另一方面，随着通讯丁具的普及，随 身携带的手机、无线电对讲机等通讯工具对 微机保护装置也会产生一定的影响。因此必 须在微机保护安装处严格上述通讯工具的使
) 2 每次进行完保护装置设备试骑后， 投人 微机保护装置之前， 该将保护装置的整定值打 印出来， 发的保护装置的整定通知单仔细核 对， 真检查每一个保护项 目。 ) 3 在进行回 路的绝缘及耐压试验时， 验前 除交流采样元件外， 须将其他插件拉出，防止 损坏有关电子元件及芯片。 ) 4 运行中核对保护的整定值， 须在装置的 “ 查看，状态下进行。进人装置的 “ 整定”状 态时， 护就会退出运行。 ) 5 微机保护在调试结束后应封上插件的卡 条， 可在带电状态下拔出和插入插件。
3 微& T任 N自 叹〕 } C不MA T1 N NC 自月 ) Y N仁 诏 0
工 程 技 术
浅议 电力系统微机保护
吕杰辉 杜泳平 (广东珠江开关有限公司 528200)
6)加乳戌术培训， 、 提高职工的技术素质， 使值班电丁能了解保护功能、信号含义和必 要的操作 。 7 ) 保护整定计算时， 考虑微机保护的特 点， 可以适当缩小上、下级之间的保护级差， 高保护的快速性， 可以适当提高返回系数的 值， 前电磁式继电器一般取0 . 8 ， 5 微机保护装 置的返回率一般在0.9 以上， 8 可取0.9 ， 5 即可 减小整定值， 高灵敏度等。 3. 2 微机保护的使用注意事项 ) 1 抗千扰问题。由于微机保护装置是由 各种电子元器件组成的弱电工作回路，很容 易受到外界的干扰。 因此， 微机保护装置在运 行中， 一方面必须严格执行 《 电力系统继电 保 护及安全自 动装置反事故措施要点》 《 及 微机 继电保护装置运行管理规程》 的有关规定， 严 格按照有关规程、 反事故措施进行设计、 施工 和验收， 另一方面，随着通讯丁具的普及，随 身携带的手机、无线电对讲机等通讯工具对 微机保护装置也会产生一定的影响。因此必 须在微机保护安装处严格上述通讯工具的使
) 2 每次进行完保护装置设备试骑后， 投人 微机保护装置之前， 该将保护装置的整定值打 印出来， 发的保护装置的整定通知单仔细核 对， 真检查每一个保护项 目。 ) 3 在进行回 路的绝缘及耐压试验时， 验前 除交流采样元件外， 须将其他插件拉出，防止 损坏有关电子元件及芯片。 ) 4 运行中核对保护的整定值， 须在装置的 “ 查看，状态下进行。进人装置的 “ 整定”状 态时， 护就会退出运行。 ) 5 微机保护在调试结束后应封上插件的卡 条， 可在带电状态下拔出和插入插件。
3 微& T任 N自 叹〕 } C不MA T1 N NC 自月 ) Y N仁 诏 0
工 程 技 术
浅议 电力系统微机保护
吕杰辉 杜泳平 (广东珠江开关有限公司 528200)
第九章-微机保护概述
1．半周积分算法
半周积分算法的依据是
S
T
2 0
U
m
s in tdt
Um
cos t
T
2 02UmT NhomakorabeaUm
即正弦函数半周积分与其幅值成正比。
式(9-6)的积分可以用梯形法则近似求出：
(9-6)
S
[
1 2
(
u0
u1 )
1 2 ( u1
u2
)
1
2
(
u
N 2
1
uN
2
)]Ts
(9-7)
1
N 21
阻
抗
ui
变 换
器
1
阻
S
抗
变 换
uo
器
Ch
2
s(t)
3.模拟低通滤波器（ALF）
滤波器是一种能使有用频率信号通过，同时抑制无用频率 信号的电路。对微机保护系统来说，在故障初瞬间，电压、 电流中可能含有相当高的频率分量（例如2kHz以上）， 为防止频率混叠，采样频率不得不取值很高，从而对硬件 速度提出过高的要求。但实际上，在这种情况下可以在采 样前用一个低通模拟滤波器(ALF)将高频分量滤掉，这样 就可以降低采样频率，降低对硬件速度的要求。
y(n) x(n) x(n k)
(9-1)
x(t)
A1 sin 2f1t
A3 sin 3f1t t
t nTS kTS t nTS k TS
图 9-12 差 分 滤 波 器 滤 波 原 理 说 明
那么上式所示的滤波器是如何起到滤波作用的哪？我们以图
9-12来说明滤波的原理。设输入信号中含有基波，其频率
开关量输入有两类：
微机保护
地铁继电保护装置的现状
过去地铁的继电保护采用的是分立元件，一 种保护由多种继电器搭接成，现在复八线的 750V控制和保护仍由继电器和俄罗斯增量装 置构成，随着新线设备的投入运营和1、2# 线的设备更新，1、2、5、10、13、八通线 、机场线的供电系统及复八线的10KV系统均 已采用微机保护，但有些出口或连锁仍采用 了电磁继电器，其中多为中间继电器（微型 ）。
对于电磁型继电保护而言，这些互感器的二 次数值直接加到电磁型继电器的测量机构， 变换成机械力，然后在机械力的层次上进行 数据的比较，逻辑判断，中间不需要设置其 他的变换、隔离等环节。
微机保护信号的采集及预处理部分
微机保护装置是数字电路，它从电压互感器 、电流互感器上采集的电流、电压等模拟量 需要经过信息的预处理，变换为计算机识别 的数字量，然后在微型机CPU主系统的软件 基础上进行数据的比较、逻辑判断，中间需 要设置隔离屏蔽、变换电平等处理。
熟悉二次图纸的重要性
由于地铁10KV供电系统采用了不同厂 家、不同型号的继电保护装置，各装 置在接线和要求上会有差异，在进行 保护校验前，务必对10KV二次图纸进 行详细解读，掌握各点在正常情况和 非正常情况的状态，对做好保护校验 工作非常重要。
地铁10KV系统微机保护装置的种类
1.
2.
3.
4.
信息的综合、分析与逻辑判断
对于微机保护和电磁型继电器保护，都需要对由数 据采集系统输入的数据进行分析、处理，完成各种 继电保护的测量、逻辑和控制功能。电磁型继电保 护通过电磁型继电器及其模拟电路实现，而微机保 护装置通过其微型机CPU主系统实现。 常规的电磁型继电保护是靠模拟电路的构成来实现 的，即用模拟电路实现各种电量的加、减、乘、除 和延时与逻辑组合等要求。 而微机保护，即数字式继电保护，是用数字技术进 行数值（包括逻辑）运算来实现上述功能的。即微 机保护通过微机主系统中的程序软件来进行数据的 分析、运算和判断处理，以实现各种继电保护功能 。
电力系统微机保护装置原理
电力系统微机保护装置原理电力系统微机保护装置是电力系统中一种重要的保护设备，其工作原理是通过采集电力系统中的各种信号，并经过数字处理，判断系统是否存在故障，并快速对故障进行定位和切除，从而保护电力设备的安全和系统的稳定运行。
首先，电力系统微机保护装置通过各种传感器采集电力系统中的各种电参数信号，如电流、电压、频率、功率等。
这些传感器将电力系统的实时数据转换成模拟电信号，并输入到微机保护装置中。
其次，信号处理是电力系统微机保护装置中最重要的环节之一、在这个环节中，模拟电信号经过模数转换器转换成数字信号，然后通过滤波器和采样器对数字信号进行滤波和采样。
滤波的目的是去除高频噪声和干扰信号，使得保护装置仅处理与故障相关的信号。
采样的目的是将连续的模拟信号离散化，以供数字处理。
接下来，电力系统微机保护装置通过数字信号处理器对采样得到的数字信号进行处理和分析。
这个过程主要包括功率谱分析、差动保护、过电流保护、距离保护等算法和技术的应用。
通过这些算法和技术，可以判断系统中是否存在故障，并对故障进行定位和分类，确定故障类型和故障位置。
最后，电力系统微机保护装置通过输出装置对故障进行动作，并切除故障点，以保护电力设备的安全。
根据故障类型和电力系统的保护需求，保护装置可以发出信号给断路器、接触器等装置，使其切除故障点，以防止电力系统进一步损坏。
总结来说，电力系统微机保护装置通过信号采集、信号处理、故障判断和保护动作四个环节，对电力系统进行实时监测和保护。
其主要原理是通过数字处理和算法分析，判断电力系统的状态，识别故障类型和位置，并对故障进行及时切除，以保护电力设备的安全和电力系统的稳定运行。
电力系统微机保护装置的应用可以提高电力系统的安全性和可靠性，对于电力系统的正常运行具有重要的作用。
电力系统继电保护应用技术02微机保护基础-文档资料
中性点电压传感器输出二次变换 母线电压传感器输出二次变换
合并单元
数字输出
电时 源钟
图 2.27 合并器的基本输入规模
22.2.2 GOOSE 报文的传送执行 当保护装置发现并判断故障出现在保护
区内时就应立即动作，与传统保护不同，将 跳闸GOOSE命令以数字帧的形式发送到通信网 络上，对应的智能一次设备接收到该GOOSE报 文命令后执2.行2.相2 应G的OO跳SE闸报操文作的。传送
第二章微机、数字化继电保护基础
2.1 微机继电保护的硬件构成原理 1）微型机系统 2）模拟数据采集系统 3）开关量输入和输出系统 4）人机对话微型机系统 5）电源系统：它是装置可靠工作的基础，
应满足精度，谐波系数、可靠性等指标要求。 常用3V, 5V，15V，24V多个电压等级。
硬件构成原理如下图所示。
数字化继电保护现场信息输入由电子式互 感器和合并器完成，为适应老站改造的需要， 目前大多数产品都保留了由传统电磁互感器引 入的模拟量通道模块。
图2.22 数字化继电保护现场信息采集输入系统 组成原理图
（1）电子式互感器 主要有高、低压耦合隔离，传感头，A/D 转换及数字量标准化输出等环节。
电子式是互感器、传感头的主要类型：
的构架。
工作站1
工作站2
远动站
站控层
间隔层 过程层
装置1
合并器单元
ECVT电子式互感器智接口以太网 IEC61850-8-1
装置n
光纤以太网 GOOSE +SMV
智能一次设备
图2.31 智能变电站通信网络
图2.32 线路保护中的SV网和GOOSE网
监控1
监控2
远动1
远动2
...
合并单元
数字输出
电时 源钟
图 2.27 合并器的基本输入规模
22.2.2 GOOSE 报文的传送执行 当保护装置发现并判断故障出现在保护
区内时就应立即动作，与传统保护不同，将 跳闸GOOSE命令以数字帧的形式发送到通信网 络上，对应的智能一次设备接收到该GOOSE报 文命令后执2.行2.相2 应G的OO跳SE闸报操文作的。传送
第二章微机、数字化继电保护基础
2.1 微机继电保护的硬件构成原理 1）微型机系统 2）模拟数据采集系统 3）开关量输入和输出系统 4）人机对话微型机系统 5）电源系统：它是装置可靠工作的基础，
应满足精度，谐波系数、可靠性等指标要求。 常用3V, 5V，15V，24V多个电压等级。
硬件构成原理如下图所示。
数字化继电保护现场信息输入由电子式互 感器和合并器完成，为适应老站改造的需要， 目前大多数产品都保留了由传统电磁互感器引 入的模拟量通道模块。
图2.22 数字化继电保护现场信息采集输入系统 组成原理图
（1）电子式互感器 主要有高、低压耦合隔离，传感头，A/D 转换及数字量标准化输出等环节。
电子式是互感器、传感头的主要类型：
的构架。
工作站1
工作站2
远动站
站控层
间隔层 过程层
装置1
合并器单元
ECVT电子式互感器智接口以太网 IEC61850-8-1
装置n
光纤以太网 GOOSE +SMV
智能一次设备
图2.31 智能变电站通信网络
图2.32 线路保护中的SV网和GOOSE网
监控1
监控2
远动1
远动2
...
电力系统微机保护 ppt课件
ppt课件
20
电力系统微机保护＿＿绪论
1）采样数字化 保护装置直接接收电子式互感器输出数字信号，不依赖外部对时信号实现 保护功能。 2）保护就地化 保护装置采用小型化、高防护、低功耗设计，实现就地化安装，缩短信号 传输距离，保障主保护的独立性和速动性。 3）元件保护专网化 元件保护分散采集各间隔数据，装置间通过光纤直连，形成高可靠无缝冗 余的内部专用网络，保护功能不受变电站SCD文件变动影响。 4）信息共享化 智能管理单元集中管理全站保护设备，作为保护与变电站监控的接口，采 用标准通信协议，实现保护与变电站监控之间的信息共享。
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10
电力系统微机保护＿＿绪论
继电保护是保证系统安全、稳定运行的第一道防线，是 系统安全稳定运行的“哨兵”！ 继电保护学科方向—电力系统及其自动化二级学科 电力系统继电保护 内容：
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11
电力系统微机保护＿＿绪论
• 一、计算机在继电保护领域中的应用和发展概况 • （1）世界微机保护的发展历史
1、绪论 2、基本原理学习 3、学习讨论 4、微机保护硬件学习 5、微机保护常规算法的学习
本课程成绩评定：
1、出勤（10%） 2、学习讨论（20%） 3、考试（70%）
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1
电力系统微机保护＿＿绪论
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2
电力系统微机保护＿＿绪论
• 继电保护装置是一种能反应电力系统故障和不正常状 态，并及时动作于断路器跳闸或发出信号的自动化设 备。
ppt课件
22
电力系统微机保护＿＿绪论
3、智能化运检体系
1）加强智能站文件管控，提升变电站建设运行水平 构建智能站配置文件管控平台，确保配置文件的正确性及一致性；研究基于系统 描述的继电保护虚端子关联的自动化生成方法，简化智能站配置流程；建立基于标准 工程文件的继电保护数据、模型、图形的一体化展示平台，对二次设备实现自动精益 化评估。 2）实施智能化高效检修，实现智能站可观、可控、可维护 通过“装置智能诊断、远程终端支持、安措自动执行、二次回路可视、检修综合 决策”等技术，实现变电站可观、可控、可维护，提升现场工作效率和防误水平。 3）研发信息化单兵装备，提高现场智能感知和作业能力 研究、推广手持终端、智能穿戴设备等基于物联网技术的信息化单兵装备，提高 现场智能感知和作业能力，实现继电保护设备和人员的双向互动、现场和远程的双向 互动，提升现场工作的质量、效率和应急抢修能力。 4）开展自动化无人巡视，提升巡视质量和效率 利用人工智能技术，建立二次设备机器人巡视和远方巡视相结合的自动化巡视模 式，有效提高巡视效率，减轻现场人员压力。
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电力系统微机保护
西南交通大学电气工程学院
主要内容
◆微机保护概述 ◆微机保护硬件构成 ◆数字滤波 ◆微机保护算法 ◆微机保护抗干扰措施 ◆微机保护举例 ◆综合自动化系统 参考书： 杨奇逊、黄少锋编著 微型机继电保护基础（第二版） 中国电力出版社
2
第一章 绪论
一、继电保护技术的发展
继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，它与电力系统 对运行可靠性要求的不断提高密切相关。
② 20世纪70年代（微机保护研究热潮） ◆到70年代末，仅公开发表的论文有200多篇； ◆重点关注于各种算法原理的分析方法的研究； ◆研究工作以小型计算机为基础，以一台小型机实现多个电气设 备或整个变电站的保护（可靠性不高）； ◆受计算机制造水平和价格的限制，不具备生产微机保护装置的 条件。
7
③ 20世纪70年代末期（快速发展）
由集成运算放大器和其它集成电路构成，体积更小、工作 更可靠，第二代电子式静态保护装置。
20世纪80年代后期成为静态继电保护的主要形式。 ※微机型继电保护装置（20世纪80年代中期）
又称为数字式继电保护装置，由硬件系统和软件系统构成。 特点：需要硬件和软件配合才能实现保护原理和功能。 优点：为同一套硬件配置不同的软件，就可以实现不同特 性和不同功能的继电保护装置。
性的要求。
3
◆过电流继电器 特点：保护装置与断电装置分开，作用于专门的断流装置
（断路器）。 19世纪90年代出现直接作用于断路器的一次式的电磁型过
电流继电器。其特点是：直接反应一次短路电流。 20世纪初继电器开始广泛应用于电力系统（继电保护技术
的开端）。其特点是：继电器输入量为电流互感器和电压互感 器二次侧输出，避免与高电压、大电流直接相连。
◆保护原理的发展 ※感应型过电流继电器（1901年） ※差动保护（190ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ年） ※电流方向保护（1910年） ※距离保护（1923年） ※高频保护（1927年）：利用高频载波电流传输和比较输电
线路两端功率方向或电流相位
4
※微波保护（20世纪50年代）：利用微波传输线路两端故障电气量。 ※行波保护（20世纪70年代）：利用故障点产生的行波实现快速保护。 ※20世纪80年代左右，开始研究反应工频故障分量（或称工频突 变量）原理的保护，20世纪90年代该原理的继电保护装置广泛采 用。
◆继电保护装置的发展
机电式保护装置
静态继电保护装置
数字继电保护装置
※机电式继电器（20世纪50年代以前） 构成：由电磁型、感应型或电动型继电器构成，
具有机械传动部件。 优点：工作可靠、不需要外部工作电源、抗干扰
性好、使用寿命长等，目前仍广泛应用于电力系统中。 缺点：体积大、功率消耗大、动作速度慢、机械
◆出现8位微处理器（Intel公司的8080、摩托罗拉公司的 6800）。微处理器的出现为微机保护装置的研制提供了条件； ◆1977年日本投入以微处理器为硬件的控制与继电保护装置； ◆1979年美国电气与电子工程师学会（IEEE）组织一个世界性 的计算机保护研究班； ◆日本发展最快，到1986年微机保护达到继电保护产品的一半； ◆到20世纪80年代中期，微机保护在电力系统中得到了广泛应 用。
西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向 高频保护于1996年通过鉴定。
从20世纪90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的 时代。 ◆据统计：到2000年220kV及以上系统的微机保护率为43.99％， 线路微机保护占86％，到2003年底，220kV以上系统的微机保护 已占到70.29％，线路的微机化率达到97.6％。
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四、国内微机保护装置硬件发展
1.8位微处理器构成微机保护装置 ◆代表产品：WXB-01微机高压线路保护装置 ◆主要特点：单CPU、外部扩展电路复杂、存储器容量小、软
传动部分和触点容易磨损或粘连，调试维修复杂，不 能满足超高压、大容量电力系统的要求。
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※晶体管式继电保护装置（20世纪50年代） 构成：由半导体晶体管构成 特点：体积小、功率消耗小、动作速度快、无机械传动部
分和触点，易受电磁干扰的影响而误动或损坏，称为电子式静 态保护装置（第一代）。
20世纪70年代晶体管式保护在我国大量采用 ※集成电路式继电保护装置（20世纪80年代）
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二、微机保护发展历史
① 20世纪60年代末期 提出用计算机构成微机保护装置，2篇最早发表的关于微机
保护的研究报告
◆G.D. Rockefeller, Fault Protection With A Digital Computer, IEEE Trans. PAS Vol 88 No 4. 1969。 ◆B.J.Mann, Real Time Computer Calculation of The Impedance of a Faulted Single Phase Line, Elec.Eng. Trans.(I.E.Aust) VEE4 1969。
三、国内微机保护发展概况
◆从1979年开始微机保护研究 高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东
南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通 大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原 理、不同型式的微机保护装置。
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◆1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过 鉴定，并在系统中获得应用。
◆熔断器 最早出现的过电流保护，仍广泛应用于低压线路和用电设备。 特点：集保护装置和断电装置于一体，简单、可靠。 缺点：动作精度差、配合难度大、断流能力有限、恢复供电麻
烦。 ※用电设备的功率、发电机的容量不断增大； ※发电厂、变电站和供电网的结线不断复杂化； ※电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大。 因此，随着电力系统的发展，熔断器已不能满足选择性和快速
在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机 失磁保护、发电机保护和变压器组保护也相继于1989、1994年通 过鉴定，投入运行。
南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年 通过鉴定。
天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补 偿式方向高频保护于1993、1996年通过鉴定。
西南交通大学电气工程学院
主要内容
◆微机保护概述 ◆微机保护硬件构成 ◆数字滤波 ◆微机保护算法 ◆微机保护抗干扰措施 ◆微机保护举例 ◆综合自动化系统 参考书： 杨奇逊、黄少锋编著 微型机继电保护基础（第二版） 中国电力出版社
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第一章 绪论
一、继电保护技术的发展
继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，它与电力系统 对运行可靠性要求的不断提高密切相关。
② 20世纪70年代（微机保护研究热潮） ◆到70年代末，仅公开发表的论文有200多篇； ◆重点关注于各种算法原理的分析方法的研究； ◆研究工作以小型计算机为基础，以一台小型机实现多个电气设 备或整个变电站的保护（可靠性不高）； ◆受计算机制造水平和价格的限制，不具备生产微机保护装置的 条件。
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③ 20世纪70年代末期（快速发展）
由集成运算放大器和其它集成电路构成，体积更小、工作 更可靠，第二代电子式静态保护装置。
20世纪80年代后期成为静态继电保护的主要形式。 ※微机型继电保护装置（20世纪80年代中期）
又称为数字式继电保护装置，由硬件系统和软件系统构成。 特点：需要硬件和软件配合才能实现保护原理和功能。 优点：为同一套硬件配置不同的软件，就可以实现不同特 性和不同功能的继电保护装置。
性的要求。
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◆过电流继电器 特点：保护装置与断电装置分开，作用于专门的断流装置
（断路器）。 19世纪90年代出现直接作用于断路器的一次式的电磁型过
电流继电器。其特点是：直接反应一次短路电流。 20世纪初继电器开始广泛应用于电力系统（继电保护技术
的开端）。其特点是：继电器输入量为电流互感器和电压互感 器二次侧输出，避免与高电压、大电流直接相连。
◆保护原理的发展 ※感应型过电流继电器（1901年） ※差动保护（190ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ年） ※电流方向保护（1910年） ※距离保护（1923年） ※高频保护（1927年）：利用高频载波电流传输和比较输电
线路两端功率方向或电流相位
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※微波保护（20世纪50年代）：利用微波传输线路两端故障电气量。 ※行波保护（20世纪70年代）：利用故障点产生的行波实现快速保护。 ※20世纪80年代左右，开始研究反应工频故障分量（或称工频突 变量）原理的保护，20世纪90年代该原理的继电保护装置广泛采 用。
◆继电保护装置的发展
机电式保护装置
静态继电保护装置
数字继电保护装置
※机电式继电器（20世纪50年代以前） 构成：由电磁型、感应型或电动型继电器构成，
具有机械传动部件。 优点：工作可靠、不需要外部工作电源、抗干扰
性好、使用寿命长等，目前仍广泛应用于电力系统中。 缺点：体积大、功率消耗大、动作速度慢、机械
◆出现8位微处理器（Intel公司的8080、摩托罗拉公司的 6800）。微处理器的出现为微机保护装置的研制提供了条件； ◆1977年日本投入以微处理器为硬件的控制与继电保护装置； ◆1979年美国电气与电子工程师学会（IEEE）组织一个世界性 的计算机保护研究班； ◆日本发展最快，到1986年微机保护达到继电保护产品的一半； ◆到20世纪80年代中期，微机保护在电力系统中得到了广泛应 用。
西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向 高频保护于1996年通过鉴定。
从20世纪90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的 时代。 ◆据统计：到2000年220kV及以上系统的微机保护率为43.99％， 线路微机保护占86％，到2003年底，220kV以上系统的微机保护 已占到70.29％，线路的微机化率达到97.6％。
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四、国内微机保护装置硬件发展
1.8位微处理器构成微机保护装置 ◆代表产品：WXB-01微机高压线路保护装置 ◆主要特点：单CPU、外部扩展电路复杂、存储器容量小、软
传动部分和触点容易磨损或粘连，调试维修复杂，不 能满足超高压、大容量电力系统的要求。
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※晶体管式继电保护装置（20世纪50年代） 构成：由半导体晶体管构成 特点：体积小、功率消耗小、动作速度快、无机械传动部
分和触点，易受电磁干扰的影响而误动或损坏，称为电子式静 态保护装置（第一代）。
20世纪70年代晶体管式保护在我国大量采用 ※集成电路式继电保护装置（20世纪80年代）
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二、微机保护发展历史
① 20世纪60年代末期 提出用计算机构成微机保护装置，2篇最早发表的关于微机
保护的研究报告
◆G.D. Rockefeller, Fault Protection With A Digital Computer, IEEE Trans. PAS Vol 88 No 4. 1969。 ◆B.J.Mann, Real Time Computer Calculation of The Impedance of a Faulted Single Phase Line, Elec.Eng. Trans.(I.E.Aust) VEE4 1969。
三、国内微机保护发展概况
◆从1979年开始微机保护研究 高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东
南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通 大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原 理、不同型式的微机保护装置。
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◆1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过 鉴定，并在系统中获得应用。
◆熔断器 最早出现的过电流保护，仍广泛应用于低压线路和用电设备。 特点：集保护装置和断电装置于一体，简单、可靠。 缺点：动作精度差、配合难度大、断流能力有限、恢复供电麻
烦。 ※用电设备的功率、发电机的容量不断增大； ※发电厂、变电站和供电网的结线不断复杂化； ※电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大。 因此，随着电力系统的发展，熔断器已不能满足选择性和快速
在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机 失磁保护、发电机保护和变压器组保护也相继于1989、1994年通 过鉴定，投入运行。
南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年 通过鉴定。
天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补 偿式方向高频保护于1993、1996年通过鉴定。