大连理工大学网络教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：微机型继电保护若干问题研究
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年5月18日
随着电力工业的迅速发展，电力系统的网架结构和运行方式日益复杂，这些都对继电保护装置提出了更高的要求，传统的依靠移相器、调压器、升流器等仪器调节电压、电流幅值和相位的测试手段已不能完全满足要求。微机型继电保护测试装置的开发与应用大大提高了继电保护装置的测试水平，提高了调试效率，对保证继电保护的正确动作，提高电网的安全水平有积极的现实意义。本文分别对继电保护的意义，微机继电保护装置构成、功能、特点及优点，微机保护抗干扰措施、微机继电保护故障处理方法、微机继电保护注意事项等微机继电保护若干问题进行探讨。
关键词：微机型；继电保护测试装置；现状；发展
目 录
1 绪论
1.1 课题的背景及意义
继电保护是指研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路、母线等）使之免遭损害，所以沿称继电保护。
继电保护的主要任务是自动、迅速地将故障元件从系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它部分迅速恢复运行。继电保护对电力系统的安全运行具有重要意义。继电保护装置历经电磁型、整流型，发展到80年代的晶体管、集成电路型，直到现在的微机型。微机保护也经历了从简单发展到现在的智能型，保护装置越来越人性化、智能化。然而，继电保护发展至今，虽设备已经很先进，但仍有一些问题没有得到很好解决。
电气设备是电力系统的重要组成部分，随着电力工业的迅速发展，电力系统的网架结构和运行方式日益复杂，这些都对继电保护装置提出了更高的要求，各种新型的保护原理和保护装置不断涌现。随着科学技术的不断发展，微机继电保护已广泛运用于线路保护、主变差动保护、励磁控制等各个领域。由于微机型继电保护装置工艺结构优越、可靠性高，使用方便等特点，微机型继电保护目前得到广泛的推广和应用，它使得继电保护性能有了显著的提高，大大增强了电力系统运行的安全性和稳定性。以前的继电保护测试装置主要是用调压器和移相器组合而成，体积笨重，精度不高。而微机型继电保护的迅速发展由于其具有智能化、数字化的特点，传统的测试手段目前已难以担当起对微机型继电保护装置进行全面测试的重任，已不能满足现代微机继电保护的校验工作。为了满足微机型继电保护装置研究和应用的需求，微机型继电保护测试装置已成为继电保护测试领域不可缺少的专用设备，微机型继电保护测试装置的开发与应用，简化了继电保护设备的现场调试工作，提高了测试效率，有效的提高了继电保护装置的测试水平，对保证继电保护的正确动作，提高电网的安全水平有重要的现实意义。
1.2 继电保护的发展历程
继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，它与电力系统对运行可靠性要求的不断提高密切相关。熔断器就是最初出现的简单过电流保护，时至今日仍广泛应用于低压线路和用电设备。由于电力系统的发展，用电设备的功率、发电机的容量不断增大，发电厂、变电站和供电网的结线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置——过电流继电器。20世纪初随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。
自20世纪初第一代机电型感应式过流继电器(1901年)在电力系统应用以来，继电保护已经经历了一个世纪的发展。在最初的二十多年里，各种新的继电保护原理相继出现，如差动保护(1908年)、电流方向保护(1910年)、距离保护(1923年)、高频保护(1927年)，这些保护原理都是通过测量故障发生后的稳态工频量来检测故障的。尽管以后的研究工作不断发展和完善了电力系统的保护，但是这些保护的基本原理并没有变，至今仍然在电力系统继电保护领域中起主导作用。
继电保护装置是保证电力系统安全运行的重要设备。满足电力系统安全运行的要求是继电保护发展的基本动力。快速性、灵敏性、选择性和可靠性是对继电保护的四项基本要求。为达到这个目标，继电保护专业技术人员借助各种先进科学技术手段做出不懈的努力。经过近百年的发展，在继电保护原理完善的同时，构成继电保护装置的元件、材料等也发生了巨大的变革。继电保护装置经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。
50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，组建一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时外国先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。因而60年代是我国机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。
自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。
国内微机保护的研究开始于70年代末期，起步较晚，但发展很快。1984年我国第一套微机距离保护样机在试运行后通过鉴定并批量生产，以后每年都有新产品问世；1990年第二代微机线路保护装置正式投入运行。目前，高压线路、低压网络、各种主电气设备都有相应的微机保护装置在系统中运行，特别是线路保护已形成系列产品，并得到广泛应用。我国在2000年220kV及以上系统的微机保护率为43.99%，线路的微机化率占86%；到2003年底，220kV以上系统的微机保护已占到70.29%，线路的微机化率达到97.6%。实际运行中，微机保护的正确动作率要明显高于其他保护，一般比平均正常动作率高0.2—0.3个百分点。国产微机保护经过多年的实际运行，依靠先进的原理和技术及良好的工艺已全面超越进口保护。从80年代220KV及以上电压等级的电力系统全部采用进口保护，到现在220KV系统继电保护基本国产化，反映了继电保护技术在我国的长足发展和国产继电保护设备的明显优势。
微机继电保护技术的成熟与发展是近三十年来继电保护领域最显着的进展。经过长期的研究和实践，现在人们已普遍认可了微机保护在电网中无可替代的优势。微机保护具有自检功能，有强大的逻辑处理能力、数值计算能力和记忆能力，并且具备很强的数字通信能力，这一切都是电磁继电器、晶体管继电器所难以匹敌的。计算机技术的进步，更高性能、更高精度的数字外围器件的采用，一直是微机继电保护不断发展的强大动力。
1.3 继电保护的基本原理和分类
1.3.1 继电保护的基本原理
继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。
电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：
（1）电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至太大超过负荷电流。
（2）电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。
（3）电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°+(60°～85°)。
（4）测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。
不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。
利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。
此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量的保护。
1.3.2 继电保护的分类
1.电力系统的继电保护根据控制过程信号的不同，可分为模拟型和数字型两大类。
模拟型继电保护又可分为机电型继电保护和静态型继电保护两类。
机电型继电保护是由若干个不同功能的继电器组成。继电器是一种能自动动作的电器，只有加入某种物理量(如电流或电压等)，或者加入的物理量达到一定数值时，它就会动作，其常开触点闭合，常闭触点断开，输出信号。
继电器按动作原理的不同分为：电磁型、感应型和整流型等；
按反应物理量的不同可分为：电流、电压、功率方向和阻抗继电器等；
按继电器在保护装置中的作用不同可分为：主继电器(如电流﹑电压和阻抗继电器等)和辅助继电器(如中间﹑时间和信号继电器等)。
由于这些继电器都具有机械的可动部分和接点，故称为机电型继电器。由这类继电器组成的继电保护装置称为机电型继电保护。
静态继电保护装置是应用晶体管或集成电路等电子元件来实现的，它由若干个不同功能的回路，如测量﹑比较或比相触发﹑延时﹑逻辑和输出等回路组成。具有体积小﹑重量轻、功耗小﹑灵敏度高﹑动作快和不怕震动﹑可以实现无触点等一系列的优点。
2.电力系统的继电保护根据被保护对象不同，分为发电厂、变电所电气设备的继电保护和输电线路的继电保护。
前者是指发电机、变压器、母线和电动机等元件的继电保护，简称为元件保护；
后者是指电力网及电力系统中输电线路的继电保护，简称线路保护。
3.电力系统的继电保护根据作用的不同又可分为主保护、后备保护和辅助保护。
主保护是指被保护元件内部发生的各种短路故障时，能满足系统稳定及设备安全要求的、有选择地切除被保护设备或线路故障的保护。后备保护是指当主保护或断路器拒绝动作时，用以将故障切除的保护。
后备保护可分为远后备和近后备保护两种，远后备是指主保护或断路器拒绝时，由相邻元件的保护部分实现的后备；近后备是指当主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护来实现的后备，当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。
辅助保护是指为了补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。
4.电力系统的继电保护根据操作电源性质的不同，可以分为直流操作电源和交流操作电源。
2 继电保护相关问题分析
2.1 继电保护常见故障
通过一些实际的继电保护故障分析，我们不难看出电气继电保护的常见故障有以下几个方面：
第一，电压互感器的二次中性点接触不良、多次接地，和回路断线、机械问题、短路等现象，前者会造成二次接地与地网中产生一个叠加在设备电压上的电压，在增大电压后，产生误动；后者会造成零序电压比增大，回路负荷减小，电流增大，发生短路。
第二，微机继电保护的抗干扰能力不强，一旦外界的干扰器、通信设备的干扰，或电压降幅较大，就易筑成逻辑原件出现错误地分析与判断。
第三，继电保护装置或零件材质差，质量不合格，精度不够高，从而导致其性能差，很难准确发现故障，从而出现误动或拒动现象。此外，电力系统运行过程中若出现温度过高或降温不及时的现象，继电保护装置被烧坏后就失灵。
第四，电力继电保护隐形故障。对隐形故障的分析处理是保护的重点。如对于重要的输电线路，就地的断路器故障保护也将会提供确定监管所有的跳闸元件，而且在跳闸元件故障情况下所有的就地的和远方的跳闸指令有效。
2.2 处理方法
1、替代法
此法常用于处理微机保护装置内部故障。它的原理是当怀疑某元件或插件有故障的时候，就利用正常的相同元件或插件代替，来判断其是好，是坏。运用此法时，我们除了要注意在做一些如电压短接、电流短接、退出电源、退出侧保护等保护措施外，还要注意替代插件内的定值芯片、跳线、程序是否一致。
2、直观法
此法常用于仪器无法逐点测试，或者没有备品更换的情况下，是通过肉眼、嗅觉来确认故障点的。若观察到继电器内部有发黄，或有烧焦味散发出，就要及时找出并更换已损坏的元件，进而排除故障。
3、电路拆除法
电路拆除法是将二次回路依次逐个拆开后，进行故障点的判断处理后，再依次安装上的方法。它不仅是处理继电保护故障的重要方法之一，也是分析出故障发生原因的方法之一。
4、参数对照法
