分享微机继电保护装置基础知识1. 继电保护基本概念1.1 继电保护在电力系统中的作用地理分散的发电厂通过输电线路、变压器和变电所等相互连接形成电力系统，它包括发电、输电、配电、用电等4个环节。
电力系统输配电网络分几个电压等级，在传输距离和传输容量一定的条件下，选用的电压等级越高，则线路电流越小，相应线路的功率损耗和电压损耗也越小，但相应的绝缘要求也越高，造价也越高。
一般来说，传输功率越大、传输距离越远，所选用的电压等级也越高。
现阶段我国电力系统主要电压等级有750KV、500KV、330KV、220KV、110KV、35KV等。
电力系统输电是三相制的，分别称为A相、B相和C相，相与相、相与地之间是绝缘的。
正常运行时电力系统A相、B相和C相的电流、电压是50HZ正序交流量，即三相幅值相等，相位是A相超前B相120度，B相超前C相120度，C相超前A相120度。
电力系统出现最多的故障形式就是短路，所谓短路就是一相或多相载流导体接地或相接触，是绝缘损坏造成的。
短路对电力系统的影响主要有以下几个方面：u 短路电流可能达到该回路额定电流的几倍到几十倍甚至上百倍。
当巨大的短路电流流经导体时，将使导体严重发热，造成导体溶化和绝缘损坏。
同时巨大短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。
u 短路时往往同时有电弧产生，高温电弧不仅可能烧毁故障元件本身，也可能烧毁周围设备。
u 短路造成网络电压降低，巨大的短路电流流经电力系统网络造成电压损失增大，越靠近短路点电压降低越多。
当供电地区电压降至额定电压的60％时，如不能快速切除故障就可能造成电压崩溃，引起大面积停电。
u 短路还可能会引起并列运行的发电机稳定性破坏，即使短路切除后，系统也可能振荡。
导致大量甩负荷。
u 不对称短路还将产生负序电流、电压，可能损伤发电机或电动机。
电力系统在运行中，可能发生各种类型的故障运行状态。
最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路，它严重危及设备安全和系统可靠运行。
此外，电力系统还会出现各种不正常运行状态，最常见的如过负荷。
电力系统一旦发生故障，如果能够做到迅速地、有选择性地切除故障设备，就可以防止事故扩大，迅速恢复非故障部分的正常运行。
继电保护装置就是为这一目的而设置的专门设备，它能实时地判断出电力系统中电气设备所发生的故障或不正常状态，并动作于跳闸或发出信号。
发电机、变压器、母线、输电线路都分别配有相应的继电保护装置，对发生在各自保护范围内的故障进行快速切除。
1.2 对电力系统继电保护的基本要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
1）选择性继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。
2）速动性快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。
因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。
3）灵敏性继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。
满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。
4）可靠性保护装置的可靠性指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。
可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平而言。
一般说来，保护装置的组成元件的质量越高、接线越简单、回路中继电器的触点越少，保护装置的工作就越可靠。
同时，精细的制造工艺、正确的调整试验、良好的运行维护以及丰富的运行经验，对于提高保护的可靠性也具有重要的作用。
1.3 输电线路继电保护图1-2所示是较典型的220KV输电线路，其中G1,G2是隔离开关，DL1、DL2、DL3和DL4是断路器，PT是电压互感器，CT是电流互感器。
断路器：断开或接通电路中的正常工作电流及故障电流。
它是电力系统最重要的操作控制电气设备，它具有完善的熄灭电弧装置。
隔离开关：接通与断开无电流或仅有很小电流的电路，在检修电气设备时用来隔离电源，形成可见间隙，以保证检修设备及工作人员的安全。
电压互感器：将很高的一次电压准确地变换至继电保护装置和二次仪表允许的电压，使继电保护装置和测量仪表能在低电压情况下工作，又能准确反应电力系统高压设备运行情况电流互感器：将高电压电路大电流变为低电压回路小电流供继电保护装置和二次仪表使用，使继电保护装置和测量仪表能在低电压情况下工作，又能准确反应电力系统高压设备运行情况。
对于安装在线路1上DL1处的线路保护装置，该装置接入来自PT 的电压和来自CT的电流。
如果F1点发生电气短路事故，DL1处线路保护装置根据接入的电流和电压的变化特征可以判断出故障点就在本线路内部（区内故障），于是向DL1发出跳闸命令将故障点切除。
如果F2点发生电气短路事故，该保护装置根据接入的电流和电压的变化特征可以判断出故障点不在在本线路内部（区外故障），它不会向DL1发跳闸命令。
保护装置用于判断故障的算法称作动作继电器或动作元件，输电线路保护所用到的动作继电器大致有：判断相间短路故障的过流继电器、判断接地短路故障的零序过流继电器以及距离继电器、方向继电器、差动继电器等等。
在输电线路的保护中，有根据线路单侧电气量变化所构成的单侧电气量保护，还有根据线路两侧电气量变化所构成的纵联保护。
单侧电气量保护主要有距离保护、工频变化量保护和零序过流保护等等，考虑到区外故障不能越级跳闸，单侧电气量的速动段保护不能保护线路全长，只能保护其中的一部分（一般是80％），单侧电气量的延时段保护一般当线路的后备保护使用，其中工频变化量保护只能当速动保护用。
纵联保护主要有纵联方向保护、纵联距离保护、纵联差动保护等等，它们能够保护线路的全长，一般当线路的主保护使用。
2.微机保护的硬件和软件系统2.1 微机保护的硬件系统一套微机保护由硬件系统和软件系统两大部分组成。
硬件系统是构成微机保护的基础，软件系统是微机保护的核心。
微机保护的硬件系统构成，它由下述几部分构成：⑴微机主系统：它是以中央处理器（CPU）为核心，专门设计的一套微型计算机，完成数字信号的处理工作。
⑵模拟量数据采集系统：对模拟量信号进行测量和数字量转换。
⑶开关量的输入输出系统：对输入开关量进行采样、通过驱动小型继电器输出跳闸命令和开出信号。
⑷外部通信接口：与外部设备通讯。
⑸人机对话接口：完成人机对话。
⑹电源：把变电站的直流电压转换成微机保护装置需要的稳定的直流电压。
2.2 微机保护的软件系统2.2.1 软件主程序结构主程序按固定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采样程序中进行模拟量采集与滤波、开关量的采集、装置硬件自检、交流电流断线和起动判据的计算，根据是否满足起动条件而决定进入正常运行程序或故障计算程序。
正常运行程序中进行采样值自动零漂调整及运行状态检查，运行状态检查内容包括：交流电压断线检查、开关位置状态检查、变化量制动电压形成、重合闸充电、准备手合判别等。
不正常时发告警信号，信号分两种：一种是运行异常告警，这时不闭锁装置仅提醒运行人员进行相应处理；另一种是闭锁告警信号，发告警的同时将装置闭锁，保护退出。
故障计算程序中进行各种保护的算法计算，跳闸逻辑判断以及事件报告、故障报告及波形的整理2.2.2 保护继电器算法在微机保护中各个继电器都是由其相应的算法实现的。
例如工频变化量（有时称做突变量）的电气量（电流、电压）的计算，基波或某次谐波分量电气量幅值的计算，相序分量电气量幅值的计算，两电气量相角差的计算，相位比较动作方程的算法等等。
工频变化量电气量的计算：目前主流的微机保护装置中用了很多工频变化量的继电器。
在实现这些继电器时先要计算出工频变化量的电流和电压值。
以电流值为例，计算方法为：上式中N为每工频周波采样的次数。
该式表示工频电流的变化量（瞬时值）是把当前时刻的电流瞬时值减去一周前的电流瞬时值而得到的。
如果输入的工频电流没有变化，则工频电流的变化量为零。
如果在n和n-N之间系统发生短路了。
由于短路后电流发生了变化，于是工频电流的变化量不再是零。
2.2.3 对称分量法简介对称分量法（method of symmetrical components）是分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法，广泛应用于三相交流系统参数对称、运行工况不对称的电气量计算。
电力系统正常运行时可认为是对称的，即各元件三相阻抗相同，各自三相电压、电流大小相等，具有正常相序。
电力系统正常运行方式的破坏主要与不对称故障或者断路器的不对称操作有关。
电力系统不平衡情况下引用了对称分量法，即任何三相不平衡的电流、电压或阻抗都可以分解成为三个平衡的相量成分即正相序（FA1、FB1、FC1）、负相序（FA2、FB2、FC2）和零相序（FA0、FB0、FC0）。
正序分量：负序分量：零序分量：式中因子：各序分量的计算公式：3．线路保护装置继电器的工作原理3.1 动作继电器线路保护装置的动作继电器主要有：阻抗继电器、工频变化量距离继电器(ΔZ)、工频变化量方向继电器(ΔF+，ΔF-)、零序方向继电器、电流差动继电器等。
3.1.1 阻抗继电器距离保护和电流保护一样是反应输电线路一侧电气量变化的保护。
在图3-1所示的电网中，将输电线路一侧的电压、电流加到阻抗继电器中，阻抗继电器反应的是它们的比值，称之为阻抗继电器的测量阻抗。
反应输电线路一侧电气量变化的保护一定要满足两个条件。
首先，它必须能区分正常运行和短路故障；其次，它应该能反应短路点的远近。
正常运行时，加在阻抗继电器上的电压是额定电压，电流是负荷电流，阻抗继电器的测量阻抗是负荷阻抗。
短路时，加在阻抗继电器上的电压是母线处的残压，电流是短路电流，阻抗继电器的测量阻抗是短路阻抗，。
由于，因而。
所以，阻抗继电器的测量阻抗可以区分正常运行和短路故障。
如果在K点发生金属性短路，短路点到保护安装处的阻抗为，流过保护的电流为，则保护安装处的电压为。
阻抗继电器的测量阻抗是。
这说明阻抗继电器的测量阻抗反应了短路点到保护安装处的阻抗，也就是反应了短路点的远近。
所以可以用它来构成反应一侧电气量的保护。
由于阻抗继电器的测量阻抗反应了短路点的远近，也就是反应了短路点到保护安装处的距离，所以把以阻抗继电器为核心构成的反应输电线路一侧电气量变化的保护称做距离保护。
距离保护相对于电流保护来说，其突出的优点是受运行方式变化的影响小。
距离保护第Ⅰ段只保护本线路的一部份，在保护范围内发生金属性短路时，一般在短路点到保护安装处之间没有其它分支电流，所以它的测量阻抗完全不受运行方式变化的影响。
