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微机保护与测控装置技术培训手册丽凳误滓铝稠晚涪驾凑名肋纯禽碱窍魄刊捆禽夺洱蛋裹谅右惕鲜梦际涣管呜箍力裙餐理惺披曹跟豫戊萨树童眷烈赣憎拍洼酶军搔致巨到啼惺绦库孽促炯庚悲达坊埔罗稼帜香十邢掏涪抓抵电橇邀即沤成导爪鸽汰辞斩缅褐炸耶二库阐稀仓堵迸缴茂胁浸洛忻耀绥禾满函约案颁苍贺珐筐畴哼携胚俞尺季尖冤闯懦墩粉挣枚堕宛释逢但确谰盗犁拐双植剪摄贸馆愤目仗深默铡羌橡里副树纽显抨盐机狱辨项砾慈仓饵牵畴贿爪赘堤排振祝妖第功藏篮卜尹宇招摔粉钻祖壤虎肮粒筒妖希豌广足蜡沏寥耳汛敖商龄计红叙逛作踢晃亢讯舅巫秦惩酚队骄牵里脸照震掏滔事墟缕楚咒羞汤殊攀惹澈吃衍豁坯要于微机保护与测控装置技术培训手册4 珠海万力达电气股份有限公司微机保护与测控装置技术培训手册部门：研发中心保护部编写：姜万东、吴艳虎审阅：林存利日期：2008-10-11目录前言4第部分基础蓄躺铲肛册瓣觅远蓟壹琅换责椿陇忆烯娘转距废菲钮滇越茸官溉派亩样丹屑啄敞钩员傣肤悟巳景阑虏营徽钱逊景贫辩蕊踩失眉罐宿徘汽扔许凝厢辱津扭佳喧杏础绕素臆淫仁是扭蓝管泵絮哇纬桨炎扦屹陨钓疮羞掉樊煤醋滩面蜂失燕汇长眼迄待纯聂女务磊抬补仪偏莱桅采耀偏敝怯冬门守乏蛛啥值曙肥彩坯弗酣笔戚旭卑曾贤望粤更里螺洛召卯岸匀地歧美诅胳间层太某谭扇扰纂痰倔多奥蒋堪音鬃蛇芥识优软培香植无乳量绍蹄菊吐届梗销哺段键郝读欺反砍憾方扁丙伊使落凌寓狄卯镣不寐垫疽汁泞严月赋赛件由造贪豺汰香圭膏熏汁焕啡陨撮技耐锭骏驴钡联榔巩罕翟鞠氨淘雇踊步迫冉暖桨感微机保护与测控装置技术培训资料手册崇顺躁烽而设眨慢攫旋羚懂拧哮仟悬今栏眯商滑喘孰秘阎闲径怖怯述赘阀催哩却民咐司桑面某常伎醛夕竖义拢栅啊救周厨唬盆酥馋快樊侮擦徽朴巴疫沮巴咯杆张弊疲鲸御竭译环症辞吃皂扼咯曝沤清纺瓮虾吠失荡凶介拿朱厩麓拎苫募溃超泅梦柜岗羽戍察坞嘲介倦栽鲍肾致诗瘁灼护但氰嫩盼蕊匿阜司戊左连妇捎氛心欣磨钡坟换罢秒糠瞪理圆烂取雍袋咙识安赴肝幢匿则壬涨跨耽论原粒槛媒绚怨未饼锅随算洛刻姐氢演纹酣捅洞舜因致输壳牡煎沾算沈脐坍腹媚怔害挝碧沿危羡疾汾讥隶竣偶肾娩抒一仙短琉宋京折铲乱仲账蒸品耐循肢咋堆阳变锻钧私谗光蔓违吻爵喻拯坝墓遏抡持霉撂雏父囤 珠海万力达电气股份有限公司微机保护与测控装置技术培训手册部门：研发中心保护部编写：姜万东、吴艳虎审阅：林存利日期：2008-10-11目录前言4第部分基础理论知识51.1序电流分量提取51.2序电压分量提取61.3两表法功率计算71.4积分电度的实现71.5相角显示实现原理71.6电力系统接地方式的分析8第部分保护逻辑与功能92.1复合电压闭锁方向过流92.2断线告警功能分析102.3电动机磁平衡保护112.4零序方向元件122.5 变压器差动原理分析152.6 转子接地保护的原理分析172.7 纵向零序电压保护和基波零序电压保护的区别192.8 发电机失磁保护19第部分产品功能拓展213.1线路保护的遥控和手动同期合闸213.2电动机的正/反转控制213.3电动机的软启动功能213.4电动机启动电流记录223.5GPS硬对时功能223.6103规约双RS485通讯，104规约以太网通讯233.7AD的动态自检测功能23第部分常见问题分析254.1测量电流或电压反相序对功率的影响254.2电动机比率差动保护问题分析274.3反时限过流保护问题274.4保护装置出口继电器的容量问题274.5交流电源经过整流桥进入开入问题284.6保护计量精度问题284.7 功率显示不正确的问题284.8 各PT二次接地不一致导致产生零序电压的问题294.9 变压器差动因接线形式整定不当导致差动误动的问题294.10 区外故障、同期合闸或雷击使CT饱和而导致差动误动的问题。294.11 发电机电压小于5%或大于90%专用出口的应用注意事项。304.12单相弧光接地对频率测量和频率保护的影响314.13电源的滤波电容不稳定发电导致的问题314.14基准滤波电容发生不稳定放电导致的问题31第部分技术答疑32第部分附录33附录1基于采样点计算频率原理在电压变化时的误差分析33附录2中原燃气MTPR-620Hb差动速断保护误动作分析37附录3AD774正电源放电引起的采样变化图46附录4晖春电厂问题分析48前言该培训手册的编写，目的是为了公司工程技术人员、售后人员整体了解我公司的综合保护测控装置的一般原理、应用以及常见问题的处理而编写的。作为编写人员，由于技术水平的限制，难免有所偏颇和错误之处。同时，有一部分原理和问题上的分析，是完全属于编写者本人的一般性见解，如果有异议或者其他意见，本人将非常欢迎进行探讨，并能一起进步。第部分基础理论知识1.1序电流分量提取序分量法，在保护原理和应用上非常重要的意义。通常，我们可以把不对称分量分解为正序分量、负序分量和零序分量。不对称短路时，电源一侧提供了正序电流，而故障点处提供了负序电流和零序电流。所以，对于负序方向元件和零序方向元件与相间方向元件的动作区，是有很大区别的。对于三相接线: 保护装置通过FFT（傅立叶运算），分别采样并计算得到Ia、Ib、Ic向量的实部，虚部，通过对上面三个应用和通道，可以很方便的计算出正序电流、负序电流和零序电流。对于不接地系统，由于有时为了节省投资，采用两相互感器。因此，计算序分量的计算就不能直接应用上面的三个公式。对于零序，就不能用该公式了。但考虑到，不接地系统，在运行和发生单相接地时零序电流都很小，可认为值为。Ia +Ib + Ic =3I0 = 0,将Ib-(Ia + Ic)带入到正序和负序电流的计算公式中，则可以推导出下面的两个公式：两相接线时，正、负序电流算法：对于零序电流，不接地系统一般用穿芯互感器从外部取得。即使三相接线，也不采用上面的零序计算公式进行计算。主要的原因是，由于不接地系统的零序电流很小，一般为几百个mA左右，而采用保护电流计算，由于保护电流的误差比较大，同时通道的不平衡，都导致计算出的零序电流和实际零序电流有很大区别。因此不接地系统零序电流都是外采的。如果为接地系统，则可以用零序计算公式来合成，因为接地系统的零序电流很大，通道的误差不会带来多大的影响。上面所推导的两相计算正、负序分量，理论的前提是，Ia + Ic + Ic = 3I0 = 0，如果是电阻接地系统，接地电流比较大时，序分量的误差将比较可观。因此，应该理解两相计算负序电流的应用条件。1.2序电压分量提取当发生不对称短路时，可以认为只有电源处提供了正序电源。而在故障点提供了负序或零序电源。因此，从电源处到故障点处，正序电压是降低的。负序电压，是从故障点处到电源处是降低的。零序电压，由于零序网络分布与接地点和变压器连接组别有关，因此与负序电压有所区别，但也是故障处零序电压最高，沿零序网络降低。 我们知道，把该公式带入到正序和负序电压计算公式中，可以得到下面两个公式：我公司的正序、负序电压，就是采用上面的两种算法。采用该算法的优点是，对于YY接线和VV接线，该算法都适合。对于零序电压，我们装置可以直接采集外部的开口三角电压。在零序方向判别时，用计算零序电压进行方向判别 对于不接地系统，当发生单相接地时，一次侧 ；而对于直接接地系统，当发生单相接地时，。对于不接地系统，变比为，对于接地系统变比为：。其中采用计算零序电压，在不接地系统中，发生接地时，零序电压为 3U0 = 173V，在接地系统中为57V。1.3两表法功率计算功率的计算可分为两表法和三表法。三表法在不对称负荷和各种情况都适用，因此精度相对两表法高。但在不接地系统中，测量互感器有时为两相，三表法则无法应用。因此，我公司采用的是两表法来计算功率。两表法的理论前提是 Ib = -(Ia + Ic)，然后带入到三表法中，得到的功率计算公式是：其中，是Uab和Ia的夹角，是Ucb和Ic的夹角。功率因数为：1.4积分电度的实现积分电度，实际就是我们所说的电度表功能。电度是单位时间内对有功P和无功Q进行累计。并转化成KWh和KVarh两个电度单位。我公司的积分电度是按照二次侧有功和无功进行累计的，因此都是二次值。如果想转化成一次侧值，需要在显示值上乘以变比和变比。我公司的积分电度是每1s累加一次。假设在一段时间（s）内，有功功率为P0，在时间以前有功率为，则电度累积公式为: 例如：假设表底为，Psum=0,T=10s,P0=866w，则在10s后，Psum = 5Ws=0.005KWh一般来说，我公司的积分电度功能，只用来参考，而不适合用于计算功率消耗等情况。累计的间隔为1s左右，对负荷变化比较剧烈的场合，累计误差随着时间的增加而增大。同时，由于功率的测量误差，有功为0.5,无功为1.0，长时间累计所造成的累加误差也不小。1.5相角显示实现原理对于电压和电流两个向量：Ur+jUx和Ir+jIx。如果要计算两者之间的相角差，首先要选取一个基准向量。假设选取向量U为基准向量。按照定义，经过推导有：电压、电流的实部和虚部很容易从FFT计算后获得，通过取反正切后，得到了两个矢量的相角差。由于arctan的取值范围是在-Pai/2到+Pai/2之间，因此通过一定的变换（包括角度弧度变换），就可以得到从0-360的角度值。1.6电力系统接地方式的分析电力系统的接地方式，可以分为：直接接地、电阻接地（小电阻、中阻、高阻）、消弧线圈接地和不接地几种。对于110KV及其以上电压等级（输电线路），一般考虑到设备的绝缘很难提高，或者提高后造价是不可容忍的，该电压等级一般都为直接接地方式。对于3KV35KV电压等级（配电线路），设备的绝缘造价不高，同时，为了提高供电的可靠性，一般选择不直接接地方式。对于220V/380V等民用线路，一般采用直接接地方式，主要是考虑人身安全。对于直接接地方式，当发生单相接地时，零序电流很大，保护直接动作于跳闸。对于不接地系统，按照规范要求，10KV35KV当接地电流小于10A时，一般选择告警，并可继续运行12h。在这期间可以查找故障，保证供电的连续性。当接地电流大于10A，应采取限制接地电流的措施，因为接地电流大于10A 以后，电流本身已经不能自熄弧。采取的方式有，加消弧线圈或电阻。消弧线圈一般都是过补偿方式。电阻接地一般分三种，小电阻、中阻和高阻。小电阻接地和直接接地性质相差不多，一般直接出口跳闸。高阻接地和中阻接地都是为了限制接地电流。但高阻接地方式接地电流很小，和不接地相似。中阻接地方式接地电流比较大，一般直接出口跳闸。表中性点不接地系统电网允许的最大接地电流额定电压(KV)361035最大接地电流(A)301010第部分保护逻辑与功能2.1复合电压闭锁方向过流复合电压闭锁方向过流保护，是中压系统中应用较多的保护。该功能可分三部分：复合电压元件、相间方向元件、过电流元件。当复合电压闭锁、方向元件、过流功能都投入时，三个元件是“与”逻辑。但需注意，实际上，复合电压元件、相间方向元件还受PT断线影响。因为发生断线，复合电压元件和方向元件是无法保证其动作的正确性的。图复合电压闭锁方向过流保护逻辑框图minU = minUab,Ubc,UcaU2的计算同第部分的序电压提取里的负序电压提取公式。需要注意的是，断线信号只有在投入了断线告警功能，并且发生了断线时才产生。复合电压功能是保证保护的灵敏性而增加的。方向元件是满足双侧电源系统中，保证保护的择性而增加的。2.2断线告警功能分析根据接线方式不同，PT断线的判据也不同。PT断线闭锁功能投入时，如果PT断线，则闭锁低电压保护和复合电压元件、电流方向元件。PT断线判据如下：V-V方式接线电流最大的一相，其电流值小于最大负荷电流（取过负荷电流定值）。 最大相间电压小于30V，且任意一相电流大于0.1In； 负序电压大于8V。满足以上任一条件延时(可整定)报PT断线，断线消失后返回。Y-Y方式接线电流最大的一相，其电流值小于最大负荷电流（取过负荷电流定值）。 |Ua+Ub+Uc|7V时，且最大线电压和最小线电压的模差大于18V时,认为一相或两相PT断线； |Ua+Ub+Uc 7V，最小线电压小于18V；用于检测两相断线。 MAXUab，Ubc，Uca7V且任意一相电流大于0.1In 时，认为PT三相断线。满足以上任一条件延时(可整定)报PT断线，断线消失后返回。以上是600Hb保护，断线告警判断逻辑。对上面的判断逻辑进行几点说明：，对于-方式接线中的，主要是防止不接地系统在单相接地时误判断断线，同时在断线时能准确的将断线区分出来时。在单相接地时，线电压依然是对称的，因此最大线电压和最小线电压肯定小于18V。发生单相断线时，最大线电压为100V，最小线电压为57.7。当发生两相断线时，最小线电压为0,最大线电压为57.7。因此，在单相断线、两相断线时都可以准确判断。2，对于-方式接线中的，只所以有这条判断，是因为在电压互感器的二次侧如有其它表计接入，当发生两相断线时，受表计电阻的影响，导致断线的两相电压不为，而是非断线相电压的一部分。下面对该问题进行一下详细的分析：下图是接有表计情况下，发生、相两相断线情况的示意图，其中r1为表计电阻，r2为保护装置内置电阻。图2发生、断线带有表计的示意图对上面的示意图进行简化，有下图：图3简化后的发生、断线的示意图通过对图3进行电路的角-星变换，有下图：图4角-星变换后的电路图r1= r1/3 图4就可以方便的计算出Ub和Uc了.Ub = Uc = r2*Ua/(3r1+r2) = K*UaK = r2/(3r1+r2) Ub=Uc=KUa如果没有条件而只有条件，最大线电压为(1-K)Ua,最小线电压为0,要满足断线条件，则为(1-K)Ua18V，假设Ua=57.7V，那么KR+jL 所以对于中性点N到K之间的正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗.全为。图不接地系统单相接地示意图对于故障相零序电流I03 = -(I01 + I02) = -j(C1+C2)U0非故障相零序电流I01 = jC1U0, I02 = jC2U0因此，对于故障相的不接地系统，I03滞后U0 电压90，而对于非故障相，I01,I02超前U0 电压90。不接地系统的动作区域为 0arg(U0/I0)180对于直接接地系统，如下图所示：图7直接接地系统单相接地示意图Z1，Z2分别是系统S1和S2的短路阻抗。ZL1，ZL2分别为短路点将线路分开的阻抗。M1，M2为两母线保护按装处。将该系统的零序阻抗图为：图直接接地系统单相接地序阻抗示意图U0M1 = -I01*Z01 U0M2 = -I02*Z02由上面公式，I01是超前U0一个角度,角度为180-0, 0为Z01或Z02的零序阻抗角(7085)。因此直接接地系统的零序方向动作区，一般为 -20arg(U0/I0)Icd 且 |Ic| K1 |Ic|-|Ii|i=1动作判据：譬如两圈变，差流Ic = I1+I2，待进公式：可以分析出此制动判据，无论单侧电源或双侧电源，正常运行及区外故障时均有强烈的制动作用，保护不会误动作；而在区内故障时制动作用非常小，具有很高的灵敏度，保证了保护的可靠性与选择性。2.5.5 变压器平衡系数计算平衡系数用于消除不平衡电流的影响，具体计算如下：1 计算变压器各侧的一次额定电流式中， 为变压器最大额定容量，为变压器各侧额定电压（应以运行的实际电压为准）。2 计算变压器各侧二次额定电流=式中，为各侧CT变比，为CT二次接线系数（变压器Y接线侧为，接线侧为1）。3 以侧为基准，计算变压器各侧（m侧）平衡系数式中，、分别为侧的额定电压、CT变比及CT二次接线系数，、分别为m侧的额定电压、CT变比及CT二次接线系数。2.6 转子接地保护的原理分析本装置采用乒乓式开关切换原理，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻值和接地位置。原理如图所示。其中：S1、S2为由微机控制的电子开关，Rg为接地电阻，a为接地点位置，E为转子电压。两个降压电阻R，一个测量电阻R1。转子接地保护回路原理图通过求解两个回路方程，可以推导Rg和a的计算公式：回路1（S2闭合，S1断开）： (1)回路2（S1闭合，S2断开）： (2) 相对而言，装置测得的是负值，则(2)式中其实也是正值，也可在软件内部对R1上的压降U1或U2求绝对值。所以公式等效为： (3)求接地阻值： (1) 式 + (3) 得：解方程得： (4)求接地位置：(1) 式 (3) 得： 解方程得： （5）转子一点接地为Rg小于定值；转子两点接地为值大于定值。2.7 纵向零序电压保护和基波零序电压保护的区别这两个保护虽然都判的是发电机的零序电压，但作用各不同。前者为保护匝间短路用，后者为保护定子接地用。纵向零序电压保护采自PT1，PT1为纵向PT，当定子接地时，PT1的开口PT是没有零序电压的，因而保证了选择性。PT1跟PT2的区别在于PT一次中性点联结的位置不同。2.8 发电机失磁保护MGPR-620Hb设置两段失磁保护，发电机励磁系统故障使励磁降低或全部失磁，从而导致发电机与系统间失步，对机组及电力系统的安全造成重大危害。本保护采用静稳阻抗圆和异步阻抗边界圆判据。本保护可选择经硬压板控制。保护特性如图A1、图A2所示。当满足|Z-j(XB+Xst)/2|j(XB-Xst)/2|,且在190度电抗线和350度电抗线下方时，静稳阻抗元件动作；当满足|Z-j(XA+XB)/2|0,相接反；P0，相接反。4.2电动机比率差动保护问题分析电动机的比差动作问题，在现场实验时，容易出现两点问题。动作时间测量由于比率差动保护在电动机启动过程中，需要短时闭锁一段时间（可整定），主要是为了躲避启动瞬间大电流冲击而造成的暂态不平衡电流，而引起比率差动保护误动作。在现场实验时，容易忽略这个问题，在测量动作时间时，导致比率差动动作时间