這是一個關(guān)于變電站綜合自動化實訓PPT課件，主要介紹微機保護裝置特點及功能、微機保護裝置的硬件構(gòu)成及軟件配置、輸電線路微機保護。第五章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的微機保護 (3)常規(guī)保護裝置的功能單一，僅僅是保護功能； 而微機保護裝置保護功能外，還可以提供附加功能，例如提供距離保護的故障類型判別、故障測距、故障錄波、事件記錄和零序電流方向保護的開口三角電壓的極性，以及電壓互感器的二次是否發(fā)生斷線等信息， (5)微機保護具有完善的網(wǎng)絡通信功能，可適應無人值班或少人值班的自動化變電站。 (6)利用微機的智能特點，可以采用一些新原理，解決一些常規(guī)保護難以解決的問題。例如，采用模糊識別原理或波形對稱原理識別判斷勵磁涌流，利用模糊識別原理判斷振蕩過程中的短路故障，采用自適應原理改善保護的性能等。 二、微機保護系統(tǒng)完成的主要功能 微機保護系統(tǒng)完成的主要功能應包括全變電站主設(shè)備和輸電線路等的全套保護，對不同規(guī)模、型式的變電站微機保護系統(tǒng)的設(shè)置可能不完全相同，一般包括如下內(nèi)容: ①進線和饋電線路的主保護和后備保護及自動重合閘; ②主變壓器的主保護和后備保護; ③無功補償電容器組的保護; ④母線保護; ⑤小電流接地系統(tǒng)的單相接地選線，歡迎點擊下載變電站綜合自動化實訓PPT課件哦。

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第五章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的微機保護 (3)常規(guī)保護裝置的功能單一，僅僅是保護功能； 而微機保護裝置保護功能外，還可以提供附加功能，例如提供距離保護的故障類型判別、故障測距、故障錄波、事件記錄和零序電流方向保護的開口三角電壓的極性，以及電壓互感器的二次是否發(fā)生斷線等信息， (5)微機保護具有完善的網(wǎng)絡通信功能，可適應無人值班或少人值班的自動化變電站。 (6)利用微機的智能特點，可以采用一些新原理，解決一些常規(guī)保護難以解決的問題。例如，采用模糊識別原理或波形對稱原理識別判斷勵磁涌流，利用模糊識別原理判斷振蕩過程中的短路故障，采用自適應原理改善保護的性能等。 二、微機保護系統(tǒng)完成的主要功能 微機保護系統(tǒng)完成的主要功能應包括全變電站主設(shè)備和輸電線路等的全套保護，對不同規(guī)模、型式的變電站微機保護系統(tǒng)的設(shè)置可能不完全相同，一般包括如下內(nèi)容: ①進線和饋電線路的主保護和后備保護及自動重合閘; ②主變壓器的主保護和后備保護; ③無功補償電容器組的保護; ④母線保護; ⑤小電流接地系統(tǒng)的單相接地選線。 三、微機保護系統(tǒng)完成的附加功能 （1）通信功能。除了與微機監(jiān)控系統(tǒng)通信外，還包括通過監(jiān)控系統(tǒng)與控制中心的數(shù)據(jù)通信。 具體內(nèi)容主要有: ①接受監(jiān)控系統(tǒng)查詢。 ②向監(jiān)控系統(tǒng)傳送事件報告。 ③向監(jiān)控系統(tǒng)傳送自檢報告。 ④修改時鐘及與監(jiān)控系統(tǒng)對時。 ⑤修改保護定值。 ⑥接受監(jiān)控系統(tǒng)查詢定值并送出定值。 ⑦接受監(jiān)控系統(tǒng)投退保護命令。 ⑧實時向監(jiān)控系統(tǒng)傳送保護主要狀態(tài)。 （2）故障記錄功能。 能自動記錄保護動作前后有關(guān)的故障信息，包括短路電流、故障發(fā)生時間和保護出口時間等，以利于分析故障。對于電壓等級較高或非常重要的變電站還單獨設(shè)置故障錄波裝置。 （3）與統(tǒng)一時鐘對時功能。 （4）存儲多種保護整定值。 （5）當?shù)仫@示與多處觀察和授權(quán)修改保護定值。 （6）故障自診斷。 （7）自動重合閘功能。 微機保護裝置是以微處理器為核心，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的電力系統(tǒng)的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，按照給定算法來檢測電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障的性質(zhì)和范圍等，并由此做出是否需要跳閘或報警等判斷的一種安全裝置。 2)軟件計算法軟件計算法是利用交流采樣得到的電流、電壓值，通過軟件計算出有功電能量和無功電能量。因為電壓量、電流量的采集是監(jiān)控系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必需的基本量，因此利用所采集的值計算出電能量，不需要增加專門的硬件投資，而只需要設(shè)計好計算程序，故稱軟件計算法。目前軟件計算電能量也有兩種途徑;在監(jiān)控系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中計算和用微機型電能計量儀表計算。 微機保護與傳統(tǒng)繼電保護的最大區(qū)別：就在于前者不僅有實現(xiàn)微機保護的硬件電路，而且還必須有實現(xiàn)保護和管理功能的軟件即程序;而后者則只有硬件電路即主要由各種類型的繼電器構(gòu)成不同的保護。 微機保護與傳統(tǒng)保護的相同點：都是利用電力系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常工作狀況時，會有一些電氣量或非電氣量發(fā)生變化，利用正常運行與故障時各物理量問的差別來構(gòu)成不同原理的保護。 主保護是指滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及設(shè)備安全要求，有選擇性地切除被保護設(shè)備和全線路故障的保護。 后備保護是指主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護。 后備保護可分為遠后備或近后備兩種方式。 輔助保護是為補充主保護和后備保護的不足而增設(shè)的簡單保護。 微機保護的硬件分為人機接口和保護兩大部分，相應的軟件也就分為接口軟件和保護軟件兩大部分。 (1)接口軟件。接口軟件是指人機接口部分的軟件，其程序可分為監(jiān)控程序和運行程序： 監(jiān)控程序主要就是鍵盤命令處理程序，是為接口插件(或電路)及各CPU保護插件(或采樣電路)進行調(diào)節(jié)和整定而設(shè)置的程序。 運行程序由主程序和定時中斷服務程序構(gòu)成。主程序主要包括完成巡檢(各CPU保護插件)、鍵盤掃描和處理及故障信息的排列和打印。定時中斷服務程序包括以下幾部分:軟件時鐘程序、以硬件時鐘控制。 (2)保護軟件。保護軟件分為兩個部分: 其一是監(jiān)控程序，其作用是調(diào)試和檢查微機保護裝置的硬件電路;輸入、修改、固化保護裝置的定值。其二為運行程序，這是微機保護程序的主要部分，其作用是完成不同原理的保護功能，主要包括初始化、循環(huán)自檢及傳送報告程序，采樣中斷服務程序，故障處理程序三大部分。 保護軟件有運行、調(diào)試和不對應三種工作狀態(tài)。當保護插件面板的方式開關(guān)或顯示器菜單選擇為“運行”，則該保護就處于運行狀態(tài); 當選擇為“調(diào)試”時，復位CPU后就工作在調(diào)試狀態(tài); 當選擇為“調(diào)試”但不復位CPU并且接口插件工作在運行狀態(tài)時，就處于不對應狀態(tài)，也就是說保護CPU插件與接口插件狀態(tài)不對應。 一、輸電線路的故障及其危害 1、常見的故障及其后果 1)短路點通過很大的短路電流，因而引起電弧，使故障進一步擴大。 2)強大的短路電流可能使短路回路中的電氣設(shè)備遭到破壞。 3)可能造成人身傷亡。 4)可能影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 5)使用戶的正常供電遭到破壞。 2、輸電線路的不正常運行狀態(tài) 輸電線路常見的不正常運行狀態(tài)有過負荷、過電壓、頻率降低、中性點不接地系統(tǒng)的單相接地等。 短時的不正常運行狀態(tài)一般不會造成嚴重影響，長時間存在不正常運行狀態(tài)則可能損壞設(shè)備或發(fā)展成故障。因此，對不正常運行狀態(tài)必須及時告警、及時消除。 二、輸電線路微機保護的配置 根據(jù)輸電線路的電壓等級及重要程度，可選用如下保護: ①反映相間短路故障的電流保護; ②反映接地故障的保護; ③反映阻抗變化的距離保護; ④反映被保護線路兩側(cè)電氣量的高頻保護、光纖縱差保護。 35kV及以下的小接地電流系統(tǒng)中，線路上應裝設(shè)反映相間故障和單相接地故障的保護裝置。 當發(fā)生相間故障或接地故障時，保護裝置應保證動作。 對相問故障，一般裝設(shè)電流保護;對于雙側(cè)電源供電，還可設(shè)置方向電流保護。 110kV--220kV的中性點直接接地系統(tǒng)中，線路上應裝設(shè)反映相間故障和接地故障的保護裝置。 根據(jù)不同情況可能設(shè)置不同的保護，如單電源輻射型電網(wǎng)中反映相間故障，可裝設(shè)無時限和帶時限的電流保護作主保護，帶階段時限的過流保護作后備保護; 當選擇性、靈敏性及速動性不滿足要求時，則裝設(shè)距離保護。 雙電源線路上，如要求全線速動切除故障時，應裝設(shè)高頻保護或光纖縱差保護作主保護，距離保護作后備保護; 對于單相和多相接地短路故障，一般裝設(shè)帶方向性的或不帶方向性的零序電流保護等三、輸電線路的電流保護和方向電流保護在中低壓輸電線路中，對于單電源輻射型網(wǎng)絡通常設(shè)置三段式電流保護，有時為了增加保護的靈敏度可設(shè)置低電壓啟動的過電流保護; 對于雙電源輸電網(wǎng)絡，為了保證保護動作的選擇性通常設(shè)置帶方向的過電流保護。 1.三段式電流保護整定原則 三段式電流保護分別稱為電流速斷保護、限時電流速斷保護和定時限過電流保護。 電流速斷保護應躲過下一條線路出口處發(fā)生三相短路所發(fā)生的最大短路電流。 限時電流速斷保護和相鄰線路的電流速斷保護配合，整定值躲過(大于)相鄰線路電流速斷保護范圍末端短路時所產(chǎn)生的最大短路電流; 動作時間也與相鄰線路電流速斷保護的動作時間配合，如果限時電流速斷保護不能保護本線路的全長或者說靈敏度不滿足要求，則與相鄰線路的限時電流速斷保護配合。 對于定時限過電流保護，要求其不僅能夠保護本線路的全長，而且要求也能保護相鄰線路的全長，以起到后備保護的作用。 其起動電流按躲過最大負荷電流來整定，同時相鄰線路定時限過電流保護的靈敏度也要相互配合，即對同一故障點而言，要求越靠近故障點的保護應具有越高的靈敏度，且其動作時間應比相鄰線路的定時限過電流保護的動作時間大一個級差△t。 2、電流保護的接線方式 對于110kV及以上線路電流保護采用完全星形的接線方式，可以反應所有相間短路和接地短路故障; 對于35kV以下線路由于系統(tǒng)的中性點不直接接地，所以通常為不完全星形接線; 當電流保護作為相鄰變壓器的后備保護時，如果靈敏度不滿足要求，通常采用兩相三繼電器的接線方式。 在微機保護中，這種接線方式可以反映在保護的算法中。 3、方向元件軟件原理 三段方向電流保護的方向元件，可以由軟壓板選擇正方向、反方向動作方式。 為保證在各種相間短路故障時，方向元件能可靠而靈敏動作，微機保護的方向元件的“接線方式”(指軟件的接線方式)仍然采用900接線方式。 例如A相方向元件(稱DA元件)電流量Ij取Ia，電壓量Uj取Ubc，電流量與電壓量的相位差為ψj。為了使方向元件具有最大靈敏度，類似模擬電路型方向保護，引人轉(zhuǎn)移矢量K=e-ja，a角為方向元件內(nèi)角，并把Ia X e-ja稱為A相量， Ubc稱為B相量，則絕對值比較方向元件的正方向動作方程式表示為 4.低電壓閉鎖作用 由于電流保護的靈敏度可能會不滿足要求，在線路較短或系統(tǒng)運行方式變化比較大時，電流速斷的靈敏度會難以滿足； 另外定時限過電流保護的遠后備保護靈敏度也會出現(xiàn)不滿足要求的情況，當采用低電壓閉鎖的過電流保護時，可以適當降低電流元件整定的動作值，從而提高整套保護的靈敏度。當保護范圍內(nèi)故障時，電壓元件和電流元件均動作，保護動作，斷路器跳開，兩者之一動作時，保護不會動作。為防止電壓互感器二次側(cè)斷線時電壓元件誤動，應該有TV次斷線閉鎖元件。 5.三段式方向電流保護程序邏輯原理在微機保護中有兩種定值，一種是開關(guān)型定值，一種是數(shù)值型定值。 d10 =0N表示限時電流速斷投入； H90＝OF表示II段電流保護方向元件推出；低電壓閉鎖H65 ＝ON； TV斷線閉鎖H6C= ON投入； 線路保護裝置中還帶有以下功能: (1) TV斷線檢測。 當TV斷線時，裝置中方向元件、電壓元件均可能誤動作，裝置在檢測到TV斷線后，可根據(jù)預先設(shè)定的控制字選擇退出方向元件、電壓元件的各段保護，或者退出方向元件、電壓元件。TV斷線檢測功能可以通過“模擬量求和自檢”控制字來投退。 (2)低頻元件。 一般線路保護裝置上還設(shè)有低頻減負荷功能，利用低頻元件，可以實現(xiàn)分散式的頻率控制。當系統(tǒng)頻率低于整定頻率時，此元件就能自動判斷是否切除負荷。 低頻減負荷功能邏輯中可設(shè)有滑差閉鎖元件以區(qū)分故障情況和真正的有功缺額。 (3)小電流接地選線。 當系統(tǒng)發(fā)生接地時，3U0抬高，當裝置感受到零序電壓3U0有突變且大于設(shè)定值，即記錄當前的3U0 ， 3I0。與此同時，母線電壓互感器開口三角電壓監(jiān)視點向主站報送接地信號。 主站則在接到接地信號后調(diào)取各裝置內(nèi)記錄的3U0 ， 3I0量，計算后給出接地點判斷口無主站系統(tǒng)時，單裝置接地試跳判據(jù)為:合位時3U0大于設(shè)定值，試跳分位后:3U0小于設(shè)定值，即判為本線路接地。 (4)過負荷保護。 過負荷元件監(jiān)視三相的電流，若其中一相的電流大于整定值，則保護裝置可延時發(fā)信號。過負荷報警與跳閘的選擇由控制字選定。動作條件為 (5)輸電線路自動重合閘(ARE) 四、輸電線路的零序方向電流保護 (一)保護電流元件配置及整定原則 微機型零序電流方向保護在許多基本原則上與常規(guī)的零序電流方向保護一致。零序電流方向保護是反映中性點直接接地系統(tǒng)的線路發(fā)生接地故障時零序電流分量大小和方向的多段式電流方向保護。 保護的零序電流元件可如下配置:全相時設(shè)置四個靈敏段，即I段、II段、III段和IV段;非全相時設(shè)置兩個不靈敏段，即瞬時動作的不靈敏I段和帶延時的不靈敏II段。 當線路上采用單相自動重合閘時，在非全相運行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時，零序電流會很大，而此時保護應該不動作。為了解決這一問題，一般零序電流保護設(shè)置靈敏段和不靈敏段。 零序電流保護靈敏段主要任務是對全相運行狀態(tài)下的接地故障起保護作用，有較大的保護范圍和靈敏度，當單相重合閘起動時，靈敏段零序電流保護自動退出；而零序電流保護不靈敏段主要任務是對非全相運行狀態(tài)下的接地故障起保護作用。正常情況下，全相運行狀態(tài)時，不靈敏段的保護范圍較小！ (二) 零序電流方向保護的軟件的幾個主要模塊。 （1）采樣中斷服務程序。該程序包括電壓求和自檢、電流求和自檢及相電流差突變量啟動元件DIL。 （2）零序保護專用自檢程序。分為零序輔助啟動元件（3I0）及TA二次斷線檢測兩部分。 （3）零序保護故瘴處理程序。分為快速動作部分（40ms）、全相循環(huán)和非全相循環(huán)程序三塊模塊。 五、輸電線路微機距離保護 (一)距離保護的作用及基本原理 線路的電流電壓保護當電力系統(tǒng)運行方式變化時，保護裝置的靈敏度或保護范圍將隨之變化。例如，在系統(tǒng)容量較小的運行方式下，瞬時電流速斷或限時電流速斷的保護范圍將變得較小。 距離保護反映的就是保護安裝處的電流電壓的比值，在電力系統(tǒng)正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)下的比值有非常大的躍變，比單純的電流值或電壓值更清楚地區(qū)別正常狀態(tài)和故障狀態(tài)。 在電力系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下，比值U/I基本反映了負荷阻抗。在短路故障狀態(tài)下，比值U/I反映了保護安裝處到短路點的阻抗，這個短路阻抗的大小與保護安裝處到短路點的線路長度成正比，也就是說代表了保護安裝處到短路點的距離。 比值U/I所反映的距離大小不隨系統(tǒng)運行方式的變化而變化，因此，利用電壓與電流的比值構(gòu)成的保護裝置比簡單的電流電壓保護更靈敏，而且不受系統(tǒng)運行方式的影響。另外微機距離保護還有故障測距和故障錄波等功能。 距離保護：距離保護是反映故障點至保護安裝處的距離，并根據(jù)距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。距離愈近，動作時間愈短，么保證有選擇地切除故障線路。 (二)啟動原理 微機距離保護的啟動元件要求在正常負荷狀態(tài)下不啟動，但在故障時則要求具有較高的靈敏度。 常規(guī)保護常用負序電流啟動元件，微機保護則通常采用電流突變量啟動元件，或者將負序電流突變量和相電流突變量組成與門后輸出，以保證純振蕩時不會啟動。以圖5一4所示相電流突變量為例，說明其算法為 (三)故陣處理程序 (1)故障相別判斷原理。 故障處理程序的第一步是選出故障相別，在識別出故障相別后，將相應的電壓、電流量取出，送至故障判別處理程序，只有故障相的阻抗才能正確反映故障點位置，這樣可以節(jié)約大量的計算時間。 故障選相判別：主要判明的是接地短路(單相接地或兩相接地)還是相間故障(兩相短路或三相短路)。 首先計算三個相電流差突變量的有效值， ，并把它們分為大、中、小。如果有(大一中)《(中一小)必定是單相接地。 （2）阻抗與故障距離測量原理。微機距離保護中，充分利用微機的強記憶功能和快速計算能力，根據(jù)微分方程算法配合數(shù)字濾波器或采用傅氏算法，直接從故障參數(shù)中求出保護安裝處到故障點的X、R值，再確定故障點是否處于動作區(qū)內(nèi)。距離保護測量阻抗繼電器采用多邊形阻抗繼電器。多邊形阻抗元件動作特性如圖5－6所示。動作特性是在六邊形圖形上疊加一個包含坐標圓點在內(nèi)的一個小矩形的小區(qū)域，二者構(gòu)成“或”門關(guān)系，從而使動作特性包含了圓點。 四、微機距離保護的振蕩閉鎖問題（1）系統(tǒng)振蕩與斷路故障的區(qū)別。 振蕩時電流、電壓有規(guī)律的擺動；故障時電流、電壓發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)性的突變，電壓降低、電流升高。振蕩時電流和電壓的相位差隨發(fā)電機功角發(fā)生變化；故障時電流、電壓角度基本不變。振蕩時電流、電壓對稱，為正序，沒有負序分量；故障時會產(chǎn)生負序分量（三相短路除外）。 在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，又發(fā)生短路故障，要求保護能切除故障。 （2）振蕩停息判據(jù)。判斷振蕩停息的判據(jù)是以下三類元件持續(xù)4.5S均不動作: ①六種相別(AB、BC、CA、AN、BN、CN)的III段阻抗元件; ②按靜穩(wěn)破壞整定的相電流元件; ③按輔助零序電流整定的零序電流元件。 第四節(jié) 電力變壓器微機保護 電力變壓器微機保護在硬件上與線路微機保護相類似，由于保護上的特殊要求，在軟件上具有明顯突出的特性。變壓器差動保護允許所有的電流互感器二次側(cè)采用Y形接線，其電流相位和幅值補償系數(shù)均由軟件自動實現(xiàn)，使得保護的調(diào)試、整定、運行維護十分方便。 新型的變壓器微機保護軟件采用工頻變化量比率差動元件，提高了變壓器內(nèi)部小電流故障的檢測靈敏度。 多CPU微機保護的采用，使變壓器的后備保護按側(cè)獨立配置并與變壓器主保護、人機接口管理相互獨立運行，改善了保護運行和維護條件，同時也提高了保護可靠性。 一、變壓器微機保護的配置 1、主保護配置 比率制動式差動保護。差動速斷保護。本體重瓦斯、有載分接開關(guān)重瓦斯和壓力釋放。 2、后備保護配置 主變壓器后備保護按側(cè)配置，各側(cè)后備之間、各側(cè)后備保護與主保護之間軟件、硬件均相互獨立。（1）中性點不接地系統(tǒng)變壓器后備保護的配置。 三段復合電壓閉鎖方向過電流保護。I段動作跳本側(cè)分段斷路器，II段動作跳本側(cè)斷路器，III段動作斷開三側(cè)斷路器。 三段過負荷保護。I段發(fā)信，II段啟動風冷，III段閉鎖有載調(diào)壓。 冷控失電，主變壓器過溫報警 （2）中性點直接接地系統(tǒng)變壓器后備保護的配置。對于高壓側(cè)中性點接地的變壓器.除上述保護外應考慮設(shè)置接地保護。 中性點直接接地運行，配置二段式零序過電流保護。 中性點可能接地運行，配置一段兩時限零序電流閉鎖過電壓保護。 中性點經(jīng)放電間隙接地運行，配置一段兩時限間隙零序過電流保護。 對于雙繞組變壓器，后備保護可以配置一套，裝于降壓變壓器的高壓側(cè)(或升壓變壓器的低壓側(cè))（電源側(cè)）。 對于三繞組變壓器，后備保護可以配置兩套:一套裝于高壓側(cè)作為變壓器本身的后備保護;另一套裝于中壓側(cè)或低壓側(cè)的電源側(cè)，并只作為相鄰元件的后備保護，而不作為變壓器本身的后備保護。 二、變壓器微機差動保護 1、變壓器差動保護基本原理 用環(huán)流法構(gòu)成的兩繞組變壓器電流差動保護的原理接線圖，如圖5一7所示。變壓器的兩側(cè)都裝設(shè)同極性端子相連的電流互感器，其二次繞組按環(huán)流原則相串聯(lián)。差動繼電器接在差流回路上。 2、變壓器差動保護的特殊問題 （1）兩側(cè)電流互感器的形式不同，將產(chǎn)生不平衡電流。 由于變壓器的額定電壓與額定電流大小不同，因而裝設(shè)在變壓器兩側(cè)電流互感器形式就不同。 例如，35kV高壓側(cè)是利用斷路器套管電流互感器，而10kV低壓側(cè)裝設(shè)獨立的線圈式電流互感器，兩者結(jié)構(gòu)形式不同，特性不一致，將在差動臂中引起不平衡電流。 （2）兩側(cè)電流互感器的計算變比與標準變比不同，將產(chǎn)生不平衡電流。 由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)電流不同，因此在實現(xiàn)變壓器差動保護時，必須選用變比不同的電流互感器。 另外，在選用電流互感器時，由于兩側(cè)電流互感器的計算變比與工廠生產(chǎn)的電流互感器標準變比不可能完全相符，因而也將引起不平衡電流。31500kVA/110 （3）變壓器各側(cè)繞組接線方式不同，將產(chǎn)生不平衡電流。變電站的變壓器繞組，一般按Y－△11接線，其兩側(cè)電流的相位不同，即有300的相位差。 因此，既使變壓器兩側(cè)電流互感器的一次電流在數(shù)值上相等，差動臂回路中仍有很大不平衡電流流過。 （4）變壓器空載合閘時的勵磁涌流問題。 變壓器的勵磁電流僅流經(jīng)變壓器接入電源的一側(cè)，因此，通過電流互感器反映到差動回路中不能被平衡。在正常運行情況下，此電流很小，一般不超過額定電流的3% --5% 。 在外部故障時，由于電壓降低，勵磁電流很小，它的影響就更小，在整定計算時可忽略。 但是，當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，則可能出現(xiàn)數(shù)值很大的勵磁電流(又稱勵磁涌流)，其數(shù)值最大可達額定電流的6---8倍，同時包含有大量非周期分量和高次諧波分量，此時的勵磁電流就稱為變壓器的勵磁涌流。 在大型變壓器中勵磁涌流的衰減需要較長時間，勵磁涌流通過電流互感器傳變后，完全流入差動回路中，若不采取措施，將導致保護誤動作。 （3）在運行中改變變壓器的分接頭，將產(chǎn)生不平衡電流。 當變壓器帶負載調(diào)壓裝置時，由于分接頭改變，變壓器的變化也隨之改變，電流互感器二次電流的平衡關(guān)系將被破壞，因而，在差動回路繼電器K中也會產(chǎn)生不平衡電流。 由上述分析可知，變壓器差動保護中突出的矛盾是不平衡電流很大，必須設(shè)法減小和躲開，這樣才能保證差動保護正確動作。 3、微機差動保護電流相位補償方法 常規(guī)變壓器的差動保護，由于雙繞組變壓器采用Y，d11接線，高低兩側(cè)電流相位差300，從而在變壓器差動回路中產(chǎn)生較大的不平衡電流。為此要求兩側(cè)電流互感器二次側(cè)采用相位補償接線。 由于微機保護軟件的計算靈活性，允許變壓器各側(cè)的電流互感器二次側(cè)都按Y形接線，也可以按常規(guī)保護的接線方式。當兩側(cè)都采用Y形接線方式時，在進行差動計算時由軟件對變壓器Y側(cè)電流進行相位補償及電流數(shù)值補償。 4.電流平衡的調(diào)整系數(shù) 主變壓器的電流互感器各二次側(cè)采樣Y形接線，由軟件進行相位補償后，由于各側(cè)一次額定電流不等及各側(cè)電流互感器按差動回路的變比不等，必須對各側(cè)計算電流進行平衡調(diào)整，才能消除不平衡電流對變壓器差動保護的影響。 具體計算應根據(jù)變壓器各側(cè)一次額定電流、差動保護電流互感器變比，求出電流平衡調(diào)整系數(shù)Kb，將Kb 當作定值送入微機保護，由軟件實現(xiàn)電流自動平衡調(diào)整，消除不平衡電流影響。 1）變壓器各側(cè)的一次額定電流I1N 2）計算變壓器各側(cè)電流互感器二次計算電流。 3）計算電流平衡調(diào)整系數(shù)Kb。首先規(guī)定變壓器高壓側(cè)的I2c為基準，然后對其他各側(cè)的電流互感器變比進行計算調(diào)整，調(diào)整系數(shù)按下式計算 由于微機保護取值是按二進制方式取值，調(diào)整系數(shù)取值不是連續(xù)的而是分級的。因此按級差取值的調(diào)整系數(shù)K不可能使差動保護完全達到平衡。 5、變壓器微機差動保護 (1) 比率制動式差動保護的基本概念。 電流互感器一次電流越大，其勵磁電流分量越大，鐵芯越飽和，一次電流誤差越大，不平衡電流越大。 盡管變壓器高、低壓側(cè)的電流互感器二次電流應該相等，但當變壓器外部故障時，不平衡電流很大，按不平衡電流整定動作值就必須很大，這就直接影響差動保護動作的靈敏度。 比率整定式差動保護的原理簡單地說就是保護的動作電流(差動電流定值)隨外部短路電流按比率增大，既能保證外部短路不誤動，又能保證內(nèi)部短路有較高的靈敏度。 這里的比率就是指差動保護的差動電流與制動電流之比。 制動電流這樣選取:在不平衡電流較大的外部故障時有制動作用，而在內(nèi)部故障時制動作用最小。 在綜合自動化系統(tǒng)中，變壓器微機差動保護的制動電流一般按最大差電流相的三側(cè)電流之最大者來選作制動電流。 (2)和差式比率制動的差動保護原理 如圖5一10所示，用Ih表示高壓側(cè)電流，用Il表示低壓側(cè)電流，則內(nèi)部短路時，差動短路為 為了使區(qū)外故障時獲得最大制動作用，區(qū)內(nèi)故瘴時制動作用最小或等于零，制動電流可表示為 假設(shè)Ih和Il已由軟件變換相位和電流補償，則在區(qū)外故障時，制動電流Ires達到最大，而差動電流Id為最小，并等于電流互感器飽和時產(chǎn)生的不平衡電流Iunb。相反區(qū)內(nèi)故障時，制動電流Ires為最小，差動電流Id為最大，所以保護靈敏度較高。雖然制動電流為最小，但不等于零，即區(qū)內(nèi)故障時仍有制動量。 在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，差動保護曲線一般采用三段式比率制動的特性 (3)變壓器勵磁涌流的判斷及2次諧波制動。 理論分析和試驗研究證明，勵磁涌流中存在著大量的2次諧波分量。 而在區(qū)內(nèi)、區(qū)外的短路電流中所含2次諧波分量卻很小，因而將2次諧波分量算出，作為制動分量，與基波分量進行比較，符合閉鎖條件的。 既使比率符合動作條件，也使差動保護可靠閉鎖，從而避免空載合閘或區(qū)外故漳切除后電壓恢復時，勵磁涌流引發(fā)差動保護的誤動作。 (4)變壓器的差動速斷保護。 一般情況下比率制動原理的差動保護能作為變壓器主保護，但是在嚴重內(nèi)部故障時，短路電流很大的情況下，TA嚴重飽和使交流暫態(tài)傳變嚴重惡化，TA的二次側(cè)基波電流為零，高次諧波分量很大，比率制動原理的差動保護無法反映區(qū)內(nèi)短路故障，從而影響了比率差動保護的快速動作，所以變壓器比率制動原理的差動保護還應配有差動速斷保護，作為輔助保護以加快保護內(nèi)部嚴重故障時的動作速度。 差動速斷保護是差動電流過電流瞬時速動保護。差動速斷保護的整定值按躲過最大不平衡電流和勵磁涌流來整定，動作判據(jù)式為 (5)電流互感器斷線監(jiān)視。若在運行中發(fā)現(xiàn)電流互感器某相斷線，則斷線相的二次電流為零，于是差電流不為零，這可能引起差動保護誤動作，為此需要進行電流互感器的斷線監(jiān)測和監(jiān)視。電流互感器二次回路斷線的判據(jù)有3條: (6)變壓器差動保護程序框圖。 三、變壓器后備保護 (一)后備保護啟動元件 不同原理的保護，后備保護啟動元件可能不同，一般包括下列幾個啟動元件。 ①三個相電流突變量啟動元件; ②零序電流越限啟動，其動作判據(jù)為3I0> 3I0set ③零序電壓越限啟動，其動作判據(jù)為3U0> 3U0set ④若變壓器后備保護中含有反時限過激磁保護，則當過激磁倍數(shù)大于下限定時限定值時，保護也啟動; ⑤任意穩(wěn)態(tài)電氣量大于保護定值(阻抗保護除外)。 (二)復合電壓閉鎖過流保護 本保護反應相間短路故障，可作為變壓器主保護的后備保護。本保護主要包括以下元件:低電壓元件、負序電壓元件和過流元件。 復合電壓閉鎖過電流保護的原理是利用低電壓和負序過電壓反映系統(tǒng)故障防止保護誤動，其靈敏度比低壓啟動的過電流保護靈敏度高。 (三)變壓器零序保護 變壓器零序保護適用于110kV及以上電壓等級的變壓器。主變壓器零序保護由零序電流、零序電壓元件和間隙零序電流元件構(gòu)成。 （1）變壓器中性點直接接地時的保護。 變電站單臺或并列運行的變壓器中性點接地運行時，其接地保護一般采用零序電流保護，可從變壓器中性點處零序電流互感器上取得零序電流。正常情況下，零序電流互感器中沒有電流，當發(fā)生接地短路時，有零序電流通過。 (2)中性點可接地也可不接地運行的變壓器零序保護。 為了限制短路電流并保證系統(tǒng)中零序電流的大小和分布不受系統(tǒng)運行方式變化的影響，變電站中通常只有部分變壓器的中性點接地。變壓器中性點不接地的運行方式有時根據(jù)需要也可以切換為中性點接地運行方式。 1）全絕緣變壓器。全絕緣變壓器除了裝設(shè)零序電流保護作為變壓器中性點直接接地運行時的保護外，還應增設(shè)零序電壓保護，作為變壓器中性點不接地運行時的保護。 2)中性點設(shè)有放電間隙的分級絕緣變壓器。中性點設(shè)有放電間隙的分級絕緣變壓器，除了裝設(shè)零序電流保護作為變壓器中性點直接接地運行時的保護外，還應增設(shè)零序電流電壓保護，作為變壓器中性點不接地運行時的保護。 變壓器中性點接地運行時，零序電流保護投入。 變壓器中性點如不接地運行，當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障且失去中性點時，中性點不接地變壓器的中性點將出現(xiàn)零序電壓，放電間隙擊穿，間隙零序電流啟動，跳開變壓器，將事故切除，避免間隙放電時間過長。 如果萬一放電間隙拒動，則零序電壓啟動將變壓器切除。 3)中性點不設(shè)放電間隙的分級絕緣變壓器。 對中性點不設(shè)放電間隙的分級絕緣變壓器，其中性點絕緣水平較低。 為了防止中性點絕緣在工頻過電壓作用下?lián)p壞，當發(fā)生接地故障時，應采用零序電壓保護先斷開中性點不接地的變壓器，后采用零序電流保護斷開中性點接地的變壓器。 四、變壓器過負荷保護 變壓器過負荷保護功能可以由主保護(或后備保護)模塊完成。 過負荷保護監(jiān)視變壓器的過負荷情況，僅監(jiān)視各側(cè)的一相(如A相)電流即可，動作判據(jù)為變壓器各側(cè)A相電流大于變壓器過負荷電流定值時過負荷保護啟動。過負荷保護動作時I段用于發(fā)告警信號，II段用于啟動冷卻器，III段用于閉鎖有載調(diào)壓。第五節(jié) 變電站電容器微機保護 為了補充電力系統(tǒng)無功功率的不足，提高功率因數(shù)，改善供電質(zhì)量，在各個變電站廣泛采用無功補償并聯(lián)電容器組。 近些年來，由于大功率晶閘管和微機控制技術(shù)的深人應用，無功補償?shù)撵o補設(shè)備開始發(fā)生質(zhì)的變化，但目前電容器無功補償裝置仍然使用十分廣泛。 一、電力電容器的內(nèi)部和外部故障 （1）電力電容器內(nèi)部故障的原因。 電力電容器組是由電容器元件并聯(lián)和串聯(lián)組成的。 電容器內(nèi)部極板之間的絕緣介質(zhì)若有薄弱環(huán)節(jié)，高電壓的作用下很容易發(fā)生過熱、游離直至局部擊穿或短路。 如果串聯(lián)電容器中有一只電容器被擊穿，則其他電容器因電壓升高而發(fā)生新的擊穿與短路。這將引起連鎖的反映;若是并聯(lián)電容器，個別電容器的擊穿短路將導致其他電容器均被短路，致使與其串聯(lián)的電容器過電壓，進一步擴大事故。 電力電容器內(nèi)部故障時，“凸肚”現(xiàn)象，重者會引起爆炸切除故障，防止故障擴大。 內(nèi)部電流增大，致使內(nèi)部氣體壓力增大，輕者發(fā)生漏油或。電力電容器保護應反映電容器組內(nèi)部擊穿與短路，并及切除故障，防止故障擴大。 （2）電容器的外部故障及系統(tǒng)異常。 系統(tǒng)異常是指系統(tǒng)電壓過高與過低，可能危及電容器的安全運行。引起系統(tǒng)電壓過高的原因有因操作、諧振引起過電壓及雷電波的入侵等。 因電容器內(nèi)部功耗與電壓平方成正比，過電壓時電容器因內(nèi)部功耗增大使溫升顯著提高，將進一步損壞電容器內(nèi)部絕緣介質(zhì)。 外部短路故障時，使電容器失壓，但在電荷尚未釋放時，可能在恢復供電時再次充電使電容器過電壓; 另一種情況是恢復供電時，變壓器與電容器同時投，容易引起操作過電壓和諧振過電壓，從而使電容器過電壓。 二、并聯(lián)電容器組的保護裝置應滿足的要求 （1）當電容器組母線電壓超過額定電壓1. 1倍或低于額定電壓60%時，保護裝置應將電容器組自動退出運行。 （2）當電容器組中某臺電容器內(nèi)部故障時，保護裝置應能可靠動作，斷開故障電容器，并能及時找出故障電容器。 （3）電容器投切的暫態(tài)過程中和電網(wǎng)出現(xiàn)接地故障等異常情況時，保護裝置不誤動、不拒動。 （4）電容器內(nèi)部保護失靈時，后備保護應能準確動作，防止事故擴大。 （5）單臺熔斷器保護應與繼電保護裝置相配合，起到互補作用。 三、電容器組的保護 （1）過流保護元件。 電容器組的過電流保護是用于保護電容器組內(nèi)部短路及電容器組與斷路器之間發(fā)生的相間短路，防止短路故障擴大和防止過負荷的保護裝置，可作為電容器內(nèi)部保護的后備保護。 裝置實時計算并進行二段過流判斷時，各段判別邏輯一致，其動作跳閘條件為 當任一相電流大于I段電流定值1. 1倍時，裝置瞬動段出口跳閘的時間不大于30ms 。 (2)過電壓元件及低電壓保護。 電容器電壓元件主要用于防止系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)過電壓和欠電壓。電容器組已安裝按電壓自動投切裝置時，則不需要再裝設(shè)過電壓保護。 低電壓保護是在電容器組所接母線電壓過低甚至失壓時，使電容器組退出運行。 過電壓元件動作條件: ①三個線電壓中的任一個電壓高于過電壓整定值; ②斷路器在合位; ③延時時間至。 低電壓元件動作條件: ①三個線電壓均低于欠電壓整定值; ②本線路三相電流均小于電流整定值，且無TV斷線信號; ③延時時間至; ④斷路器在合位。低電壓保護需經(jīng)過流閉鎖，以防止TV斷線造成低電壓保護誤動。 （3）不平衡電壓保護。 電容器組是由許多單臺電容器串并聯(lián)組成，個別電容器故障由其相應的熔斷器切除，對整個電容器組無多大影響。 但是當電容器組中多臺電容器故障被熔斷器切除后，就可能使繼續(xù)運行的剩余電容器嚴重過載或過電壓，因此必須考慮如下專用的保護措施。 單星形接線的電容器組多采用不平衡電壓，其保護方式有以下三種: 1)中性點電壓偏移保護。中性點與大地之間連接電壓互感器的一次繞組，利用二次電壓的變化啟動保護。當某相的電容器切除后，電容器的變化將使三相電壓不平衡，中性點將發(fā)生偏移，使保護動作，將整組電容器切除。 2）零序電壓保護。 單星形接線的電容器組保護接線如圖5一15所示，一般采用零序電壓保護，保護采用電壓互感器的開口三角形電壓。 當某相的電容器因故障切除時，三相電壓不平衡，開口處出現(xiàn)電壓，利用這個電壓值啟動保護，將整組電容器切除。 電壓互感器的一次繞組與電容器并聯(lián)作為放電線圈，可防止母線失壓后再次送電時因剩余電荷造成的電容器過電壓。 3)電壓差動保護。若電容器組為單星形接線，而每相為兩組電容器組串聯(lián)組成時，可用電壓差動保護。 4)不平衡電流保護。這種保護是利用故障相電容器容抗減小后電流增加，用增加的電流值與正常相電流值之間的差電流來啟動保護，動作于斷路器跳閘。常用的接線如下: 2）中性點不平衡電流保護。 這種保護是利用單星形接線電容器組的中性點與大地之間連接一臺電流互感器，為了限制諧波有時接入一個阻抗線圈而構(gòu)成的保護。當某相故障的電容器被切除，中性點產(chǎn)生不平衡電流，用此電流啟動保護，動作于跳閘。 3）相電流差保護。 這種保護利用故障相電流與正常相電流之間的差來啟動保護，動作于斷路器跳閘。YEm紅軟基地

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