微机型继电保护装置原理与运行刘华 河南电力调度通信中心继电保护处 037167903711 932123711第一章 继电保护发展概述第一节 继电保护技术发展简史第二节 微机继电保护技术进展1硬件进展2原理进展第二章 微机继电保护的基本原理第一节、微机型继电保护的构成1、硬件系统2、软件系统第二节、微机线路保护的几个基本概念1、相电流差变化量选相元件2、工频工频变化量距离继电器3、工频变化量方向继电器(F+，F-)4、 闭锁式保护的基本原理第三章 典型微机保护装置介绍第一节 WXH11微机型线路保护装置第二节 LFP-901微机型线路保护装置第三节 RCS-900系列高压线路保护装置第四节 PSL-600系列线路保护装置第五节 WXH-801/802线路保护装置第六节 WMH-800微机母线保护装置第七节 PST-1200微机变压器保护装置微机型继电保护装置原理与运行第一章 继电保护发展概述第一节 继电保护技术发展简史电力系统继电保护技术，是近百年来随着工业化生产和其它新兴技术的发展而迅速发展起来的一门科学。到目前，继电保护装置已经生产了四代：即电磁型、整流型、静态型模拟式(晶体管、集成电路保护)、静态型数字式(微机保护)。不算19世纪末期的熔断器，第一台机电型继电器是1901年问世的感应式过电流继电器，1908年出现差动继电器，1910年有了电流方向保护，1920年初研制成了距离保护，1927年开始了高频保护研究。随着半导体器件的生产，人们将其应用于保护装置，构成了整流型继电保护继电器，使维修工作大为减轻，这是60年代的一代新产品。微电子学的飞速发展，大规模集成电路的生产，使分立元件的晶体管保护逐渐为集成电路保护取代，成为第二代静态型保护，是目前世界上应用最多的模拟式保护装置。微型计算机和微处理器的出现，为继电保护数字化开辟了美好前景。在70年代初、中期，计算机本身出现了重大突破，大规模集成电路技术飞速发展，微处理器和微型计算机进入了实用阶段，不仅价格大幅下降，而且可靠性又大为提高，这就促使计算机保护的研究出现热潮。70年代中、后期，国外已有少数样机在电力系统中试运行。80年代初，计算机保护逐渐在电力系统中开始实际应用。由于微机保护与模拟式保护相比有许多优点，因此，它一出现就很快受到电力系统使用单位的欢迎。迄今，世界很多国家已生产出多种微机保护，它以比人们预料更快的速度向传统式保护提出了强有力的挑战。我国1955年开始大量生产机电型继电器。1970年初在我国形成晶体管保护生产的高潮，但由于元器件质量问题和生产工艺问题，严重影响了晶体管继电保护的可靠性。经1972年的整顿，它的质量逐渐稳定，成为与机电型、整流型并立的一种产品。我国对计算机保护的研究从70年代后半期开始。70年代末80年代初广泛地开展各种算法以至样机的研制，1984年4月，由华北电力学院杨奇逊教授主研的我国第一套微机线路保护投入运行。之后，国内各学校、科研、生产单位陆续研制和生产出适于线路和元件的各种微机保护装置。近十年，微机保护装置在我国广泛推广应用。现在，它们完全能取代传统的模拟式保护装置。目前，我国高压电网中95%以上的线路保护是微机保护，我省220kV及以上高压线路，已全部是微机保护装置，正确动作率已超过传统的模拟式保护装置；微机元件保护也开始在高压电网中普及应用。可以毫不夸张地说，在国内广大科研工作者、制造厂和运行单位的共同努力下，目前我国微机保护已居于国际先进水平。第二节 微机继电保护技术进展一硬件进展 受集成电路芯片的制约等因素，我国微机线路保护的发展大体上经历了三个阶段。第一阶段为以单CPU的硬件结构为主，数据采集系统由逐次逼近式的AD574芯片构成，硬件和软件的设计符合我国高压线路保护装置的“四统一”设计标准，其代表产品为WXB-01、WXH-1A型微机高压线路保护装置；第二阶段为以多个单片机构成的多CPU硬件结构为主，数据采集系统为VFC电压频率转换原理的计数式数据采集系统，硬件及软件的设计方面吸取了WXB-01型微机保护装置成功运行经验，针对01型保护存在的问题进行了改进，同时，利用多CPU的特点，强化了自检和互检，使硬件故障可定位到插件，具有完善的抗干扰措施及防止拒动和误动的措施，其代表产品为WXB-11、WXH-11型微机高压线路保护装置和南瑞继电保护公司研制的LFP-900系列保护装置；第三阶段采用16位A/D作为数据采集，数据采集精度高，测量范围大；采用32位DSP（高速数字信号处理芯片）作为保护CPU，由DSP完成所有的数字滤波、保护算法和出口逻辑。因DSP具有运算速度快、内存大的特点，单片DSP就可以完成所有的主后备保护功能，并有较大的冗余，不需扩展外部内存；同时，装置采用整体面板、全封闭机箱，强弱电严格分开，取消传统背板配线方式，因此，硬件结构更加简洁可靠。其代表产品为南瑞继电保护公司研制的RCS-900系列保护装置、PSL-600系列保护装置、许继电气股份有限公司研制生产的WXH-800系列保护装置。二原理进展微机独特的智能作用使新型微机保护的研制与开发创造了前所未有的良机。在短暂的十余年中，继电保护的面目已为之一新，其技术性能已超过传统保护。微机保护新原理的研究一直是国内外重视的研究课题，其中利用故障分量和自适应保护两个方面的研究成果和动向最为引人注目。(一)利用故障分量的微机保护故障分量的主要特征是：1故障分量在系统发生故障时出现，在非故障状态中，不存在故障分量。2故障分量与系统运行方式有关。3故障点的电压故障分量最大，系统中性点的电压故障分量为零。4保护安装处的电压故障分量与电流故障分量之间的幅值和相位关系仅由该处到系统中性点的阻抗决定，且不受故障电阻的影响。5线路两端的电流故障分量间的相位关系与电势和负载无关。故障分量中包括有稳态和暂态分量，二者都是可以利用的。目前利用稳态分量的微机保护装置大多使用其中的工频成分，其代表产品为南瑞继电保护公司研制的LFP-900系列保护装置；使用暂态分量时则主要建立在暂态行波成分基础上，故称为行波保护。我国在行波保护方面也进行了一些研究并引进了国外产品，主要用于500kV线路。 (二)自适应保护能根据电力系统的运行或故障状态而实时改变保护功能、特性或定值的保护，称为自适应保护。近年来，国内外在这方面进行了大量的研究。事实上，传统的保护装置也力图适应系统运行方式变化和故障的条件，例如：电流速断定值的整定要考虑在所有运行方式和故障类型下，都能正确动作；差动保护中的制动特性，距离保护中考虑了转换性故障，并在系统发生振荡时闭锁1、2段等。但由于定值必须按电力系统最严重的运行方式和故障条件整定，且装置本身也缺乏实时检测和处理的功能，因此保护性能不能保持在理想状态。例如：某一单电源的线路上装设电流速断。传统的保护定值是按照在系统最大运行方式下，躲过线路末端三相短路的条件整定的，可是，在两相短路和最小运行方式下，保护范围将显著变小甚至缩小到零。即使在经常的主要运行方式下，保护的作用也会明显恶化。此时，若装设自适应微机保护，便可以利用故障分量的方法，实时获得故障时的实际系统阻抗和故障类型，因此能实时地确定出对应地电流速断值和保护范围。西安交通大学与南京电力自动化设备厂共同研制的WXB-32型馈电线自适应电流保护装置是其代表。由于目前的光纤通信网尚未遍及所有220kV变电站，以及高压电网的重要性，在高压电网的保护中，自适应原理仅有局部应用，如在WXH-801/802微机线路保护中，采用了自适应数字滤波技术、自适应保护判据、自适应后加速等；RCS-915母线保护装置中采用自适应阻抗加权法来解决电流互感器饱和问题等。尽管如此，尽管自适应继电保护还处在初级发展阶段，但现有的研究成果已经有力地说明了它的优越性。1保护性能最佳化保护性能最佳化是在考察现有保护(包括微机保护)存在的问题的基础上提出的。在微机保护出现以前，由于技术条件的限制，保护最佳化的目标是难以实现的，与之相对应的是保守的思维方式和决策方法。与传统保护不同，自适应保护的突出特点之一就是要具有自动识别系统运行状态和故障状态的能力，并针对状态的变化，实时自动地调整保护性能，其中包括动作原理、动作特性和整定值，从而使其达到最佳效果。2整定计算在自动化、在线化继电保护的整定计算是一项复杂又艰巨的任务，这是由电力系统的结构变化、运行情况的复杂性和多样性决定的，目前计算机辅助整定计算已大大提高了效率，但都是在人工和离线条件下进行的。自适应继电保护技术的发展预示出未来整定计算自动化、在线化的可能性。前面提到的自适应过电流保护就具有在线整定计算的能力。虽然电力系统继电保护整定计算远比这种最简单的电流保护复杂的多，但随着自适应继电保护技术的进步，特别是电力系统继电保护信息网的形成和发展，可以预见，整定计算自动化、在线化的时期一定会到来。3使用简单化微机保护之所以在十余年会取得如此迅速的发展，并受到用户热情欢迎，其主要原因之一是简化了装置的调试和维护，自适应保护将进一步发挥计算机的智能作用，使装置的使用更加简便化。总之，自适应继电保护是充分发挥微机保护的潜在智能作用的一个充满希望的研究方向。它的成功，或许会再一次改变继电保护的面貌。第二章 微机继电保护的基本原理一、微机型继电保护的基本系统 传统保护布线逻辑 微机保护硬件系统 软件系统 数据采集系统数据处理系统1、微机保护硬件系统 输入、输出接口电源部分1.1、数据采集系统数据采集系统的作用将模拟信号变成数字信号。它包括：辅助变换器低通滤波器（ALF）采样保持器（S / H）多路开关 （MPX）模/数变换器（A / D）1.2、数据处理系统数据处理系统作用它将数据采集系统输出的数据进行分析处理，完成各种继电保护功能。它包括：CPU微处理器；EPROM程序存储器；EEPROM定值存储器；RAM随机存储器；CIOCK时钟。1.3、输入、输出接口部分输入、输出接口部分的作用是微机与外设的联系部分。因输入、输出信号都是开关量信号（即接点的通、断），所以又称为开关量输入、开关量输出电路。例：开入量：保护的压板；连接片；屏上的切换开关；保护动作接点。 开出量：驱动启动、跳闸出口、信号继电器等。1.4、电源部分电源部分的作用提供装置正常工作所需要的各等级电压：+5V微机系统用；+15V、+12V数据采集系统用；+12V继电器回路用。1.5微机保护硬件电路示意 初始化和自检循环程序 主程序 故障处理程序 2、 微机保护软件系统