1、第五章 微机保护程序流程,第一节 插件式结构,一、典型插件式结构 这种结构把整个硬件逻辑网络按照功能和电路特点划分为若干部分，每个部分做在一块印刷电路插件板上，板上对外联系的引线通过插头引出。 微机保护机箱内装有相应的插座，印制板均可方便地插入和拔出，通过机箱插座间的连线将各个印制板连成整体并实现到端子排的输入输出线的连接,第一节 插件式结构,一、典型插件式结构 典型微机保护装置包括 CPU插件及人机对话辅助插件 模拟量输入变换插件 前置模拟低通滤波器插件 采样及A/D变换插件 开关（数字量）输入输出插件 出口继电器插件 电源插件,第一节 插件式结构,二、总线形式 定义：是指一组事先约定了结构
2、与通信方式的并行信息连接线，其特点是对插座的每一根引线的意义和物理位置都作了严格的规定，与之相关的插件都需按总线规约设计并通过总线传递信息 优点 互换性强 按照标准总线规约设计，得到在数据、地址、控制线之间的合理布置，避免引线间的相互干扰,第一节 插件式结构,三、配线形式 定义：不再遵循总线规约，每根引线的意义以及信号时序要求根据实际电路确定，引线的物理位置也不作硬性规定。 优点 各印制板引出线可根据需要引出，引线数目可减少，从而可采用总线数较少的插座，这对提高可靠性有利 印制板布线可就近上插头，可简化布线和减少布线长度，这对降低板上相互干扰有利 插座间连线可实现软连接，这样在插拔时有一定缓冲
3、作用，这对改善接触和减少插拨磨损有利 目前软连接线与插座相连时所采用的卷绕工艺，运行经验表明其可靠性较高,第二节 程序流程的基本结构,一、中断功能的作用 中断的作用 当各种参数、信息、活动等需要及时处理时，可以在任意时刻向微机发出中断请求，要求微型机快速响应，达到快速处理的目的 实现微型机和其他设备同时工作，并实现对异常情况的自行处理 中断源定时器中断、通信中断、异常中断 中断优先级别,第二节 程序流程的基本结构,二、程序流程的基本结构 顺序结构切换结构混合结构,第三节 电流保护流程图,一、三段式电流保护,第三节 电流保护流程图,一、三段式电流保护1. 电流速断保护 电流速断保护的概念 电流保
4、护：反映电流增大而动作的继电保护方式 电流速断保护：反映电流增大并能够瞬时动作的电流保护，又称为瞬时电流速断保护、无时限电流速断保护、段电流保护。,第三节 电流保护流程图,电流速断保护的动作区与整定计算 希望：AB故障时，保护2 瞬时动作；BC故障时，保护1瞬时动作。 现实：被保护线路AB末端发生故障和线路BC首端发生故障是一样的。无法区分保护区内AB还是区外BC故障，导致保护无选择性动作。 解决：缩短保护区，形成明显的边界，以保证AB故障只有保护2动作切除，而BC故障只由保护1动作切除。,第三节 电流保护流程图,具体做法是：继电保护的起动电流能够使装置启动的最小动作电流，大于被保护线路末端可
5、能出现的最大短路电流（三相金属性短路电流） 最大运行方式下的三相短路以期获得最大、可能的短路电流，保护不误动 最小运行方式下的两相短路在最小运行方式下出现可能的最小短路电流两相短路，保护是否还能动作，这里一般不动,第三节 电流保护流程图,第三节 电流保护流程图,2. 限时电流速断保护 问题的提出电流速断保护无法保护线路全长，需要增加第二套电流保护限时电流速断保护，段电流保护 限时电流速断保护要求能够保护线路全长，动作范围包括整个线路 难点与解决如何获得动作的选择性？增加时间延迟时限，从而与相邻线路电流速断保护（电流段保护）配合,第三节 电流保护流程图,保护构成： 动作电流值低于电流速断动作时间
6、增加一个延迟一般取0.5S,第三节 电流保护流程图,限时电流速断保护的时限特性,第三节 电流保护流程图,限时电流速断保护的灵敏度及校验 灵敏度被保护线路末端发生轻微故障两相短路时，保护能够做出反映的能力，被定义为校验要求大于1.31.5,第三节 电流保护流程图,3. 定时限过电流保护 问题的提出电流速断保护不能保护全长；限时电流速断保护能够保护线路全长，可以起到后备保护的作用，但是不能作为相邻线路后备保护。一种既能保护本线路全长，还能保护相邻线路全长的电流保护被提出，就是定时限过电流保护，或称段电流保护。,第三节 电流保护流程图,定时限过电流保护 特点低定值和长延时，用作后备 动作电流按大于负
7、荷电流来整定动作时延逐级配合,第三节 电流保护流程图,第三节 电流保护流程图,灵敏度校验 近后备灵敏度校验选择本线路末端两相短路作为校验点，灵敏度大于1.31.5 远后备灵敏度校验选择相邻线路末端两相短路作为校验点，灵敏度大于1.2,第三节 电流保护流程图,4. 三段式电流保护 电流速断保护能瞬时切除故障，但不能保护线路全长； 限时电流速断保护能够保护线路全长，并有本线路后备保护能力，但没有相邻线路后备保护能力； 定时限过电流保护动作值最低，动作最灵敏，而且具有近后备和远后备保护能力，但动作时间较长。 组合在一起，构成一套完整的保护三段式电流保护。其中 段分别对应于电流速断、限时电流速断和定时
8、限过电流保护,第三节 电流保护流程图,第三节 电流保护流程图,二、方向电流保护1. 问题的提出 双电源供电网络和单电源环网为了提高供电可靠性，缩小停电面积，在两侧装设有断路器 故障后的系统运行方式要求从两端切除故障、仅仅从两端切除故障设备,第三节 电流保护流程图,二、方向 电流保护问题的提出,K1故障，误切2QF,第三节 电流保护流程图,2. 问题的解决考虑方向性 如果在每个继电器上增加一个方向元件能够判明故障发生的方向，则可以避免上述问题。 短路功率仅仅是由母线流向线路方向时，才允许保护动作。 方向过电流保护方向元件定时限过电流保护,第三节 电流保护流程图,2. 问题的解决考虑方向性 如果在
9、每个继电器上增加一个方向元件能够判明故障发生的方向，则可以避免上述问题。 短路功率仅仅是由母线流向线路方向时，才允许保护动作。 方向过电流保护,第三节 电流保护流程图,3. 功率方向继电器 基本原理,第三节 电流保护流程图,相位比较判据电压电流之间满足如下相位关系，则为正向故障幅值比较判据电压电流之间满足如下幅值关系，则为正向故障,第三节 电流保护流程图,最大灵敏角电压和电流同相位时，功率方向继电器具有最大输出，亦即最灵敏。故障电压电流相差线路阻抗角，把电压相量向后旋转阻抗角或者把电流相量向前旋转阻抗角时，继电器动作最灵敏 相位和幅值比较判据电压电流之间满足如下相位幅值关系，则为正向故障,第三
10、节 电流保护流程图,二、电流保护流程,第三节 电流保护流程图,（一）系统程序流程 初始化 对硬件电路所设计的可编程并行接口进行初始化 是读取所有开关量输入的状态，并将其保存在规定的RAM或FLASH地址单元内，以备以后在自检循环时，不断监视开关量输入是否有变化 对装置的软硬件进行一次全面的自检 在经过全面自检后，应将所有标志字清零 进行数据采集系统的初始化 系统程序的其它程序,第三节 电流保护流程图,（二）中断服务程序 控制数据采集系统，将各模拟输入量的信号转换成数字量的采样值，然后存入RAM区的循环寄存器中 时钟计时功能 计算保护功能中用到的所有测量值 将测量电流与段电流定值进行比较 在电流
11、段的功能之后，执行电流段的功能 电流段的功能、逻辑和比较过程均与电流段相似 当、段的电流测量元件都不动作时，再控制出口回路，使出口继电器处于都不动作状态，达到收回跳闸命令的目的,第三节 电流保护流程图,二、方向元件 方程比较法,第三节 电流保护流程图,二、方向元件 虚拟阻抗法,第三节 电流保护流程图,三、提高电流保护灵敏度的方法 三相短路时两相短路时,第三节 电流保护流程图,第四节 高压线路保护流程,41. 高压线路保护基础知识 一、概述 保护目的对于被保护线路发生任何故障，都能可靠地、有选择地、快速地、灵敏地予以反映和切除 正常运行的系统发生了故障应能动作； 正在振荡的电力系统发生故障后应能
12、动作； 振荡中的电力系统但未发生故障不允许动作。,第四节 高压线路保护流程,高压线路保护配置 电流保护、距离保护等利用单端电气量构成的继电保护原理不能全线速动快速反映并切除任意位置所发生的故障，只能作为后备保护； 需要使用反映两（或多）端电气量构成的保护纵联保护作为主保护； 配置重合闸装置,第四节 高压线路保护流程,故障排除和系统恢复故障发生后，应通过继电保护（包括主保护纵联保护和后备保护电流保护和距离保护）和断路器将其切除；再通过重合闸重合 对于瞬时性故障，让其消失，系统恢复正常运行； 对永久性故障则应该再次跳开线路两侧断路器切除故障线路，而系统的非故障部分正常运行。,插图,第四节 高压线路
13、保护流程,二、电力系统振荡 同步发电机异步运行时 同步发电机在同步角速度附近做周期性摇摆同步振荡,第四节 高压线路保护流程,振荡后果沿线各点电压、电流、变电站测量点阻抗都将呈现周期性变化。,第四节 高压线路保护流程,振荡后果,线路电流M母线电压 N母线电压 距M母线为X处电压,第四节 高压线路保护流程,振荡中心 电压最低点最大电流 两侧相差180o,第四节 高压线路保护流程,振荡不是故障 由于电压电流的周期性变化可能导致电流保护、距离保护、方向保护误动作。 继电保护不应该动作，因此常常需要加设闭锁元件，目的是在振荡情况下不误动作； 但当振荡过程中又发生故障时，保护应该开放。,第四节 高压线路保
14、护流程,三、自动重合闸 定义 故障开断后能够检测故障发生、故障被切除，然后在给定的 t 时间能够自动发出合闸命令并让线路断路器重新闭合的一种安全自动装置。 作用 （1）纠正误跳闸；（2）等待大量的瞬时性故障消失（开关跳闸后电弧熄灭）后，让被切除的系统恢复正常运行,第四节 高压线路保护流程,自动重合闸的分类 单相重合闸：开断单相重合单相 三相重合闸：开断三相重合三相 一次式重合闸：只重合一次 二次式重合闸：可重合两次 自动重合闸重合时间整定单相一般取1S；三相取23S 考虑因素：断路器动作时间；故障电弧熄灭和周围介质强度恢复时间；两侧保护和断路器不同时动作时间,第四节 高压线路保护流程,与继电保
15、护的配合 重合闸前加速保护当配备有重合闸时，继电保护的第一次动作可以无选择对于瞬时性故障，这个故障就消失了，缩短了故障切除时间，阻止故障发展成为永久性故障 对于永久性故障，故障依然存在，保护第二次按照整定的梯形时间动作 重合闸后加速保护保护第一次按照整定时限动作跳闸；当重合于永久故障时瞬时动作二次跳闸,第四节 高压线路保护流程,四、纵联保护 概述 定义就是用某种通信通道（简称通道）将输电线路两端或者多端的保护装置纵向连接起来，将各端电气量彼此传送，再将这些电气量进行比较，以判断故障发生的范围（保护区内或者区外），从而确定是否切除该线路的一种保护方式。,第四节 高压线路保护流程,分类 根据使用的
16、电气量 单元式保护（unit protection）使用各端实际测量值，代表是电流差动保护 非单元式保护(non unit Protection)使用各端对故障性质判断结果，代表是方向比较式纵联保护 根据通道：导引线保护、高频（载波）保护、微波保护、光纤保护 根据信号：闭锁信号、允许信号、跳闸信号 根据原理：差动保护、相位差动保护、闭锁距离、方向比较等,第四节 高压线路保护流程,分相式光纤电流差动保护 特点：光纤通道；按相构成；绝对的选择性；天然的选相能力，不反映电力系统振荡,第四节 高压线路保护流程,第四节 高压线路保护流程,第四节 高压线路保护流程,分相式光纤电流差动保护 原理：基尔霍夫电
17、流定律（KCL） 把被保护线路看作一个节点，流入电流和流出电流之和为零 正常运行和区外故障时，从线路一端流入电流等于另一端的流出电流，其和（差）为零区内故障时，从两端都向故障点流，其和为短路点的短路电流,第四节 高压线路保护流程,判据构成 理想判据 Iset是防止保护误动作的门槛或整定值 实用判据正常运行或者区外故障时，由于两侧CT特性不完全一致；由于两侧CT流过的电流大小不同；变换到二次侧的电流并不相等，导致差动继电器中有不平衡电流流过。因此在保护判据中增加一项制动项，使得区外故障时保护不容易误动。,第四节 高压线路保护流程,高频闭锁距离保护 利用高频载波通道构成 使用高频信号代表“有”、“
18、无”、“正”、“反”、“跳”、“不跳”等逻辑信息，传送本端故障性质的判别结果 闭锁的意思是收不到该信号保护可以动作跳闸 距离是指该保护用阻抗测量结果作为故障范围和故障方向（故障性质）的判别元件,第四节 高压线路保护流程,距离测量元件（阻抗继电器）的选择 距离保护段 Z 的整定范围只有被保护线路全长的8085，不能反映全线任意位置的故障 距离保护 段、段 Z , Z 的整定范围都超过线路全长。换句话说，任意位置故障它们都有反映，因此被选作为高频闭锁距离保护的距离测量元件。 距离测量元件（阻抗继电器）的作用 正方向故障的判别元件必须选择具有方向性的阻抗继电器构成 停止发信的元件,第四节 高压线路保
19、护流程,高频闭锁距离保护的原理说明,第四节 高压线路保护流程,区内故障时，两侧的距离保护 段都超过整定值，它们一方面停止本端发信机发信（停止闭锁信号）；另外为收不到对端闭锁信号而去跳闸做准备。当对端也停信时，出口跳闸 区外故障时，一侧的距离保 段可能动作，它一方面停止本端发信机发信（停止闭锁信号）；另外为收不到对端闭锁信号而去跳闸做准备。但对端距离段肯定不动作不会停信，所以不会误动跳闸 T是时间元件，其延时 t 是为了等待对端闭锁信号的到来，防止区外故障误动作,第四节 高压线路保护流程,完整的高频闭锁距离保护说明图,第四节 高压线路保护流程,完整的高频闭锁距离保护说明图,第四节 高压线路保护流
20、程,第四节 高压线路保护流程,42 系统程序流程 与电流保护流程相同部分不再重复介绍 初始化结束后，控制程序进入振荡闭锁方式（相当于启动元件动作150mS之后） 在数据采集系统刚开始工作时，没有历史数据，所以，突变量启动元件就很容易在正常负荷电流情况下启动，而此时，没有任何记忆分量能够参与保护功能的判别 刚合上直流电源时，如果电力系统正在振荡，那么，突变量启动元件也可能要误动作,第四节 高压线路保护流程,43 高压线路保护流程1. 系统正常运行启动元件不启动数据采集计算测量量启动判别自检静稳破坏检测,第四节 高压线路保护流程,43 高压线路保护流程2. 本线路发生短路 启动元件动作 开放出口跳
21、闸回路 设置启动标志 启动收发信机 距离保护、高频保护、零序保护判别 发跳令 重合闸 整组复归 复归时间 t1取决于躲振荡；区外故障重合又跳闸时间，非同期合闸时引起系统振荡并把振荡中心落入本线路,第四节 高压线路保护流程,43 高压线路保护流程3. 非本线路短路 不启动 启动了但距离1、2段不动、零序保护不动、150毫秒3 段时间未到，转振荡闭锁，发生故障时再开放 4. 静稳破坏 设置标志等待复归,第四节 高压线路保护流程,44 典型模块的流程 （一）突变量启动 电流突变量作为主要的启动元件，监视绝大部分的故障 再用相电流和零序电流作为辅助启动元件，监视大过渡电阻接地等极少数电流变化较缓慢的故障,第四节 高压线路保护流程,（二）阻抗逻辑 阻抗逻辑流程,第四节 高压线路保护流程,（二）阻抗逻辑 阻抗特性 圆特性多边形特性,第四节 高压线路保护流程,（三）振荡闭锁期间的再短路 系统振荡,第四节 高压线路保护流程,（三）振荡闭锁期间的再短路 短路,第四节 高压线路保护流程,（三）振荡闭锁期间的再短路,
