10.1

微機保護硬件組成10.1微機保護硬件組成從功能上說，微機保護裝置可以分為六個部分：模擬量輸入系統(tǒng)（或稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）；CPU主系統(tǒng)；開關(guān)量輸入/輸出回路；人機接口回路；通信回路；電源回路。10.1微機保護硬件組成模擬量輸入系統(tǒng)的主要功能是采集用被保護設(shè)備的電流電壓互感器輸入的模擬信號，將此信號經(jīng)過濾波，然后轉(zhuǎn)換為所需數(shù)字量。10.1微機保護硬件組成CPU主系統(tǒng)包括微處理器CPU、只讀存儲器（EPROM）、隨機存取存儲器（RAM）及定時器（TIMER）等。CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進行分析處理，并與存放在E2PROM中的定值比較，以完成各種保護功能。10.1微機保護硬件組成開關(guān)量輸入/輸出回路由并行口、光耦合電路及有觸點的中間繼電器等組成，以完成各種保護出口跳閘、信號指示及外部觸點輸入等工作。人機接口部分主要包括打印、顯示、鍵盤、各種面板開關(guān)等，其主要功能用于人機對話。10.1微機保護硬件組成考慮到保護之間通信及遠動的要求，還應(yīng)有通信接口。電源采用開關(guān)電源，提供整個裝置的直流電源。10.1微機保護硬件組成微機保護屬于弱電設(shè)備。母線（線路）電壓互感器、電流互感器輸出的二次電壓、電流送入繼電保護裝置后，需要經(jīng)過再次變換，成為模擬量向數(shù)字量轉(zhuǎn)換（AD）芯片所能處理的電壓量。因此變換器的基本作用如下：1）電量變換。將互感器二次電壓（額定100V）、電流（額定5A或1A），轉(zhuǎn)換成弱電壓（數(shù)伏），以適應(yīng)弱電元件的要求。2）電氣隔離。電流、電壓互感器二次側(cè)的保安、工作接地，是用于保證人身和設(shè)備安全的，而弱電元件往往與直流電源連接，直流回路不允許直接接地，故需要經(jīng)變換器實現(xiàn)電氣隔離。3）調(diào)節(jié)定值。整流型、晶體管型繼電保護可以通過改變變換器一次或二次繞組抽頭來改變測量繼電器的動作值。10.1微機保護硬件組成1.電壓變換器2.電流變換器從UV一次側(cè)看進去,輸入阻抗很大,對于負載而言UV可以看成一個電壓源,UV兩側(cè)電壓成正比，U2=KUU1。UA的二次電流(一般為mA級)與一次電流成正比，二次電流在電阻上形成二次電壓，U2=RKII1。10.1微機保護硬件組成3.電抗變換器UX勵磁阻抗相對于負載來說很小，可以認為一次電流全部用于勵磁，即這樣負載Zload上的電壓與勵磁繞組上的電壓相同，即

10.2

10~35KV線路保護測控裝置應(yīng)用案例10.2.1典型保護一體化測控裝置簡介該裝置可用于10-35kV電壓等級的非直接接地系統(tǒng)或小電阻接地系統(tǒng)中的線路的保護及測控裝置，保護配置有：1）三段可經(jīng)復(fù)合電壓和方向閉鎖的過電流保護。2）三段零序過電流保護。3）過電流加速保護和零序加速保護（零序電流可自產(chǎn)也可外加）。4）過負荷功能（報警或者跳閘）。5）低頻減載功能。6）三相一次重合閘。7）小電流接地選線功能（必須采用外加零序電流）。8）獨立的操作回路。10.2.3保護裝置的組屏方式配電網(wǎng)的線路多屬于終端線路，且有可能存在多條分支線路。10-35kV配電裝置斷路器體積較小，要求的安全凈距也較高電壓等級小，為了減少占地面積、提高設(shè)備可靠性，可以采用戶內(nèi)布置方式。其中更多采用的是成套的高壓開關(guān)柜。10-35kV線路一般配置電流（方向）保護，相對簡單，通常將繼電保護、測控裝置合而為一，稱為保護測控裝置。按照斷路器安裝方式，高壓開關(guān)柜又可分為“固定式”、“移開式”。根據(jù)不同設(shè)計，10-35kV保護測控裝置可以將保護測控裝置集中在保護室內(nèi)的保護柜上（稱為集中組屏方式；也可以直接裝于開關(guān)柜上（稱為分散布置方式）。10.2.3保護裝置的組屏方式集中組屏方案一次配電設(shè)備斷路器、電流互感器、接地刀開關(guān)均集成在開關(guān)柜內(nèi)，電能表也裝于開關(guān)柜上。二次系統(tǒng)需要控制斷路器的分、合；遙測電流、電壓；遙信斷路器位置、斷路器異常信息、手車位置、接地刀開關(guān)位置；為電能表提供二次電流、電壓。這些都在配電裝置小室內(nèi)完成。由于該開關(guān)柜配套的保護測控裝置處于變電站的控制室內(nèi)，所有電氣量及開關(guān)量值必須通過電纜進行相應(yīng)連接。10.2.3保護裝置的組屏方式分散組屏方案保護測控裝置分散裝于各開關(guān)柜內(nèi)，這樣省去了開關(guān)柜到保護柜的二次電纜；保護測控裝置與控制室的聯(lián)系僅是一些小母線（如直流電源、交流電源、事故總告警）和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。當然，分散方案要求保護測控裝置有較強的耐受強電磁干擾、高溫等相對惡劣環(huán)境的能力。

10.3

110KV線路保護測控裝置應(yīng)用案例10.3.1典型110KV輸電線路保護裝置簡介該裝置包括完整的三段相間和接地距離保護、四段零序方向過電流保護和低頻減載保護；裝置配有三相一次重合閘、過負荷告警；裝置還帶有跳合閘操作回路以及交流電壓切換回路。本裝置設(shè)有三段式相間、接地距離阻抗元件和兩個作為遠后備的四邊形相間、接地距離阻抗元件。三段式相間阻抗元件反應(yīng)輸電線路相間短路,三段式接地距離阻抗元件以及四段零序方向過電流保護反應(yīng)輸電線路的接地短路。此處重點說明距離保護與零序電流保護。10.3.1典型110KV輸電線路保護裝置簡介距離保護設(shè)有啟動元件，啟動元件的主體由反映相間工頻變化量的過電流繼電器實現(xiàn)，同時又配以反映全電流的零序過電流繼電器和負序過電流繼電器互相補充，反映工頻變化量的起動元件采用浮動門檻，正常運行及系統(tǒng)振蕩時變化量的不平衡輸出均自動構(gòu)成自適應(yīng)式的門檻，浮動門檻始終略高于不平衡輸出，在正常運行時由于不平衡分量很小，而裝置有很高的靈敏度。無論故障發(fā)生在本線路上，或是下一級線路或保護安裝處背后的線路上，距離保護都將會啟動，開放出口繼電器電源并維持7s的時間。只有啟動元件動作后，保護有可能會出口跳閘，也有可能只是啟動而已。增加啟動元件的目的是防止非故障時，距離保護內(nèi)部元件異常的動作行為所造成的保護誤動作，是一項提高繼電保護可靠性的有效措施。10.3.1典型110KV輸電線路保護裝置簡介本裝置設(shè)置了四個帶延時段的零序方向過電流保護，各段零序可由用戶選擇經(jīng)或不經(jīng)方向元件控制。在TV斷線時，零序Ⅰ段可由用戶選擇是否退出；四段零序過電流保護均不經(jīng)方向元件控制。所有零序電流保護都受起動過電流元件控制，因此各零序電流保護定值應(yīng)大于零序起動電流定值。當最小相電壓小于0.8UN時，零序加速延時為100ms，當最小相電壓大于0.8UN時，加速時間延時為200ms，其過電流定值用零序過電流加速段定值。TV斷線時，本裝置自動投入兩段相過電流元件，兩個元件延時段可分別整定。10.3.3110KV線路保護相關(guān)二次部分簡介1、常規(guī)組屏方法實例柜中的主要裝置有：①110kV線路距離保護裝置（裝置內(nèi)含操作插件），裝置代號為1n;②110kV線路測控裝置，裝置代號為2n。這樣組屏，2n測控裝置至1n保護裝置的遙控回路、保護裝置至測控裝置的二次電壓傳送、保護信息傳送均為柜內(nèi)接線，出廠時已經(jīng)接好，現(xiàn)場安裝施工時減少了保護柜與測控柜之間的電纜聯(lián)系。10.3.3110KV線路保護相關(guān)二次部分簡介2、端子箱實例斷路器端子箱（又稱線路端子箱）是根據(jù)本線路二次部分設(shè)計定制的，主要是將電流互感器、斷路器機構(gòu)、刀開關(guān)機構(gòu)、線路TV的戶外設(shè)備的接線匯總起來，電纜由斷路器端子箱統(tǒng)一連接到戶內(nèi)設(shè)備。

10.4

220KV線路保護實例10.4.1典型220KV輸電線路保護裝置簡介220kV線路保護需要配置兩套保護,以實現(xiàn)保護雙重化。第一套保護裝置主要包括以分相電流差動和零序電流差動為主體的快速主保護,由工頻變化量距離元件構(gòu)成的快速Ⅰ段保護,由三段式相間距離保護、三段式接地距離及多個零序方向過電流保護構(gòu)成的全套后備保護。該保護有分相跳閘出口,配有自動重合閘功能,對單或雙母線接線的開關(guān)實現(xiàn)單相重合、三相重合和綜合重合閘。第二套保護以縱聯(lián)距離和縱聯(lián)零序作為全線速動主保護,其后備保護配置與第一套保護類似,重合閘功能也類似。保護也采用分相跳閘出口。10.4.3典型220KV輸電線路一次接線簡介圖中W1、W2代表220kV雙母線；QF為斷路器；1-3QS為隔離刀開關(guān)；1QE、3QE1、3QE2為接地刀開關(guān)；1-5TA為本線路電流互感器的5個二次繞組，分別接至每一套微機保護及故障錄波器、第二套微機保護、母差保護、測量設(shè)備、計量設(shè)備等；線路電壓互感器為單相式；母線電壓互感器為各線路共用，圖中未畫出。TA、TV、斷路器、隔離刀開關(guān)、接地刀開關(guān)安裝在變電場地；微機保護柜、測控柜、故障錄波器柜等安裝在保護室內(nèi)。10.4.4主要相關(guān)二次設(shè)備聯(lián)系主要二次設(shè)備連接示意圖10.4.5第一套保護柜保護柜由微機保護裝置、操作箱、打印機、信號復(fù)歸按鈕(1FA、4FA)、打印試驗按鈕(1YA)、重合閘方式選擇開關(guān)(1QK)、光纖終端盒、交流空氣斷路器(ZKK)、直流空氣斷路器(DK)、連接片(壓板)、端子排(1D、4D、JD、RD)組成，主要承擔(dān)起雙重化保護中的一套的所有功能。10.4.5第一套保護柜保護裝置正面如圖所示，有液晶顯示屏、信號燈、小鍵盤、調(diào)試通信口、模擬量輸入口。10.4.5第一套保護柜組成裝置的插件有：電源插件（DC）、交流插件（AC）、低通濾波器（LPF）、CPU插件（CPU）、通信插件（COM）、24V光耦插件（OPT1）、高壓光耦插件（OPT2，可選）、信號插件（SIG）、跳閘出口插件（OUT1、OUT2）、擴展跳閘出口（OUT，可選）、顯示面板（LCD）。RCS-931保護背面布置如圖所示。10.4.5第一套保護柜圖中交流輸入為母線電壓、單相線路電壓、線路電流,變換器輸出至低通濾波(LPF)插件10.4.6第二套保護柜第二套保護柜布置如圖所示，保護柜由微機線路保護、微機斷路器保護、光纖傳輸裝置以及復(fù)歸按鈕、打印機、切換開關(guān)、交、直流空氣斷路器、連接片（壓板）等構(gòu)成，主要承擔(dān)起雙重化保護中的另一套的所有功能。10.4.7測試柜線路保護所配置的測控柜作用可分為“遙測”、“遙信”、“遙控”三類。遙測量為交流量，有線路電流、切換后母線電壓、線路電壓，測控單元將采集的二次電流、電壓進行采樣處理。遙信量為開關(guān)量。開關(guān)量包括刀開關(guān)位置、斷路器位置、斷路器信息（如彈簧未儲能、SF6泄漏等）、保護信息（分/合閘出口、保護動作、保護告警、TV斷線等），這些開關(guān)量由空接點輸入測控裝置，經(jīng)過光耦電路轉(zhuǎn)為“0”、“1”信號。線路保護二次系統(tǒng)遙控量主要是斷路器分、合，電動操作機構(gòu)刀開關(guān)分、合，同時測控柜還提供手動操作的刀開關(guān)機構(gòu)的防誤閉鎖。10.4.8其他戶內(nèi)設(shè)備微機保護在每次事故或異常處理后均會形成一份報告,內(nèi)容包括故障時間、保護動作情況、跳閘、重合閘相別、時間等情況,故障前后的電流、電壓采樣值等,這份報告由網(wǎng)絡(luò)上傳,稱為“報文”。微機保護與監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家采用的通信規(guī)約可能不同,這時就需要保護信息管理機柜,由微機保護的報文通過網(wǎng)絡(luò)通信接口(如RS485口)送入信息管理機,進行規(guī)約轉(zhuǎn)化后,再由網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控后臺機。信息管理機還有GPS對時功能,保證變電所各微機保護等數(shù)字化設(shè)備統(tǒng)一時鐘。為了幫助對事故、異常情況做出正確判斷,還可以配置故障錄波器柜,記錄每次系統(tǒng)異常情況時的線路電流、母線電壓、保護動作、斷路器位置等信息。10.4.9220KV線路保護相關(guān)二次部分簡介1、交流回路電流回路如圖所示，TA二次繞組分配使用情況對照220kV線路一次接線示意圖，注意電流二次回路只能一點接地。二次電流先送至斷路器端子箱，再送入保護室內(nèi)的線路保護柜、母線保護柜、測控柜、電能表柜、故障錄波器柜。目前也有220kV線路配置6組TA的，如果配置了6組TA，故障錄波器就可以單獨使用一組TA二次繞組，不再與線路保護共用二次電流回路。10.4.9220KV線路保護相關(guān)二次部分簡介1、交流回路電壓回路如圖所示，二次電壓送入保護室內(nèi)的TV重動并列柜，接至電壓小母線。操作箱依據(jù)母線側(cè)刀開關(guān)位置進行電壓切換，切換后電壓送入保護、測控裝置。10.4.9220KV線路保護相關(guān)二次部分簡介2、控制回路圖中為斷路器控制信號回路示意圖。斷路器機構(gòu)箱上設(shè)有遠方/就地切換開關(guān)及分、合閘按鈕，可進行就地操作，便于實驗；斷路器遠方控制時由保護操作箱控制，手動操作可使用測控柜上的分、合斷路器切換開關(guān)，也可由監(jiān)控后臺或調(diào)度中心由綜合自動化網(wǎng)絡(luò)下達命令。10.4.9220KV線路保護相關(guān)二次部分簡介2、控制回路圖中為隔離刀開關(guān)、接地刀開關(guān)控制信號回路示意圖。對于電動機構(gòu)的刀開關(guān)由測控柜經(jīng)防誤邏輯輸出觸點控制刀開關(guān)分、合。測控柜的防誤邏輯是將采集到的斷路器、隔離刀開關(guān)、接地刀開關(guān)位置信息按照事先制訂的邏輯進行運算，當滿足操作條件時，驅(qū)動一只繼電器，繼電器觸點接通，串入這個繼電器的刀開關(guān)控制回路接通，即可開放刀開關(guān)操作。10.4.9220KV線路保護相關(guān)二次部分簡介3、信號回路各微機設(shè)備由網(wǎng)絡(luò)通信口送出的“報文”數(shù)字信號，經(jīng)信息管理機規(guī)約轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式后進入監(jiān)控系統(tǒng)；其余交流電流、電壓以及大量觸點信號由測控柜采集并轉(zhuǎn)為數(shù)字信號接入監(jiān)控系統(tǒng)。信號回路如圖所示，虛線表示變電站綜合自動化網(wǎng)絡(luò)，其余信號由二次電纜傳送。

10.5

110KV變壓器保護實例10.5.1典型110KV變壓器保護裝置實例該裝置為由多微機實現(xiàn)的變壓器差動保護，適用于110kV及以下電壓等級的雙圈、三圈變壓器，滿足四側(cè)差動的要求。由于變比和聯(lián)結(jié)組別的不同，變壓器在運行時各側(cè)電流的大小及相位也不相同。裝置通過軟件進行Y向d側(cè)變換及平衡系數(shù)調(diào)整，對變壓器各側(cè)電流的幅值和相位進行補償。裝置采用三折線比率差動原理，并設(shè)有低值比率差動保護、高值比率差動保護和差動速斷保護。差動保護動作特性曲線如圖所示。10.5.1典型110KV變壓器保護裝置實例差動電流制動電流動作方程