微机保护装置 基本原理 主要类型选型和场景适用 主要保护功能和保护配置

微机保护装置是由CPU、模数转化、存储器、 计时器 等组成的。嵌入式的微控制器的核心是数字化，在输入输出的通道中包括了模拟输入通道、低通滤通道和数字输入输出通道。在输配电过程中，微机保护装置的作用是继承了继电保护的电压保护、监测、报警、自查等功能，简化了继电保护的程序部和组成，使得在保护过程更加精细、精确与经济，灵活简便的操作方式更便于安装和操控。主要作为110KV及以下电压等级的发电厂、变电站、配电站等，也可作为部分70V-220V之间电压等级中系统的电压电流的保护及测控。

微机保护装置除了具有上述微机保护的优点之外，与同类产品比较具有以下特点：

（1）微机保护装置，品种特别齐全，可以满足各种类型变配电站的各种设备的各种保护要求。

（2）硬件采用最新的芯片，提高了技术上的先进性。通过键盘与液晶显示单元可以方便的进行现场观察与各种保护方式与保护参数的设定。

（3）硬件设计在供电电源，模拟量输入，开关量输入与输出，通信接口等采用了特殊的隔离与抗干扰措施，抗干扰能力强，除集中组屏外，可以直接安装于开关柜上。

（4）软件功能丰富，除完成各种测量与保护功能外，通过与上位处理计算机配合，可以完成故障录波（1秒高速故障记录与9秒故障动态记录），谐波分析与小电流接地选线等功能。

（5）可选用RS232和CAN通信方式，支持多种远动传输规约，方便与各种计算机管理系统联网。

（6）采用宽温带背景240×128大屏幕LCD液晶显示器，操作方便、显示美观。

（7）集成度高、体积小、重量轻，便于集中组屏安装和分散安装于开关柜上。

不同类型微机保护功能的基本原理

一、备用电源自动投切保护装置基本原理

1 、方式一：母线不分段，一路进线供电；监测两回进线的电流、电压及母线电压，当装置监测到某一进线电压失压、无流且本段母线电压失压，而另一回进线电压正常时，则跳失压进线断路器，确认进线断路器跳开后合另一个进线断路器。

2 、方式二：母联在合闸状态，一路进线供电，监测两回进线的电流、电压及母线电压，当装置检测到某一进线电压失压、无流且本段母线电压失压，而另一回进线电压、母线电压正常时，则跳失压进线断路器。

3、 方式三：母联在分闸状态，两路进线供电；监测两回进线的电流、电压及母线电压，当装置检测到某一进线电压失压、无流且本段母线电压失压，而另一回进线电压正常时，则同时跳失压进线断路器，确认进线断路器跳开后合母联断路器。

二、变压器保护装置的基本原理

1）瓦斯保护：防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低，其中重瓦斯跳闸，轻瓦斯故障信号。

2）纵差动保护和电流速断保护：防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路。

3）相间短路的后备保护：过电流保护，复合电压启动的过电流保护，负序过电流。

4）零序电流保护：防御大接地电流系统中变压器外部接地短路。

5）过负荷保护：防御变压器对称过负荷

6）过励磁保护：防御变压器过励磁。

三、电容器保护装置的基本原理

1）电流速断、过电流保护：当电容器绕组本身内部元件全部击穿形成相间短路，产生很大的短路电流的情况下，该保护起作用，对于电容器的初期内部故障无法反映。

2）反映初期内部故障的保护：不平衡保护。A 电容中性点的不平衡电压保护,中性点不接地单星形接线不平衡保护，检测电容器中性点和地之间的电位差进行保护。B 电容中性点的不平衡电流保护，中性点不接地单星形接线不平衡保护，检测电容器中性点和地之间的不平衡电流进行保护。C 电容器中性点不接地保护，中性点不接地双星形接线不平衡保护：采用两种方案， 一是检测两组电容器中性点之间的不平衡电流进行保护；二是检测两组电容器中性点之间的不平衡电压进行保护。

四、线路保护装置的基本原理

1 、线路保护，主要为过流保护。过流保护是根据故障时线路故障电流大小作为动作判据来跳闸的，但是它的保护范围及定值随运行方式的变化，有时没有保护范围。为克服过流保护的缺点，可以采用距离保护，距离保护是根据故障点到保护安装点的距离来动作跳闸的。其整定值可按照线路长度的比例进行整定。距离保护反应故障点至保护装置地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近来确定动作时间的一种保护装置。它根据测量的电流和电压来测量保护装置至短路点的阻抗值，此值称为“测量阻抗”。

2 、线路距离保护的时限特性，为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛使用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，分别为距离保护I、II、III段。

3 、线路距离保护的构成

1）启动元件，防止保护由于软硬件故障及特殊运行方式下误动而设置的防止误动作的措施。

2）PT断线闭锁元件，阻抗测量Z=U/I,因此当PT断线时，U=0,Z=0，阻抗测量元件会误动作，所以要增加PT断线闭锁元件。

五、相间保护时电流电压保护的配置原则

1） 第一段采用无时限方向电压速断保护 ：无时限方向电压速断保护一般必须附加方向元件，以防止保护背侧短路时电压下降引起保护误动作。存在缺点，在电网中一般不推荐采用。

2） 保护的第二段采用限时电流速断保护：限时电流速断保护（过流II段），是反映电流短路时，带延时保护线路全长的电流保护。要求以较小的时限快速切断全线范围内的故障。保护范围能到下一条线路的80%全长，作为电流速断保护的后备保护，动作有一定的时限，通长为0.35～0.6秒，多取0.5秒，以保证动作的“选择性”；

3） 保护第三段主要采用各类过电流保护：限时过电流是反映电流短路时，带延时保护下一条线路全长的电流保护。作为近后备，应在过流I段、过流II段拒动时，能保护本线路全长。作为远后备，应在下一条线路的过流I段、过流II段拒动时，能保护下一条线路的全长；动作有一定的时限，以保证动作的“选择性”；过流III段的启动值，应大于可能出现的最大负荷。在过流III段保护中同时采用低电压来判断线路是否发生故障，采用它的目的是，线路上有电动机启动时，由于启动电流很大，而且启动时间较长，可能会引起过流III段误动，但低电压测量元件因安装处母线电压较高，不会动作，从而保证“选择性”和“可靠性”。

4）带方向的电流保护

六、零序过电流保护/网络小电流接地选线功能原理

微机保护装置设有一段零序过电流保护，通过设备保护压板控制投退。在不接地或小电流接地系统，在系统中发生接地故障时，其接地故障点零序电流基本为电容电流，且幅值很小，用装置接地保护功能，采用小电流接地选线获得接地间隔，下达跳闸指令。在经小电阻接地系统中，接地零序电流相对较大，采用直接跳闸，装置中有零序过电流继电器，在某些不接地系统中，电缆出线较多，电容电流较大，可以采用零序电流继电器直接跳闸。

七、自动重合闸保护功能原理

电力系统运行经验表明，架空线路故障大都是“瞬时性”的，如（雷击线路、大风引起的碰线、通过鸟类或树枝在导线上引起短路等），故利用重合闸可以保证系统继续供电，提高供电可靠性，缩短停电时间。自动重合闸的基本要求：自动重合闸的是人为操作闭锁（手合、遥合）；人为合闸在故障上闭锁重合闸；当断路器处于不正常状态（操作机构中气压、油压、液压降低等）时闭锁重合闸；自动重合闸动作时限的要求：原则上越短越好，但应力争重合成功，要保证故障点电弧熄灭、绝缘恢复。

八、过负荷保护功能原理

微机保护装置设有过负荷功能，动作条件是各相电流均大于电流定值，过负荷可通过定值选择动作于跳闸或告警，投跳闸时，跳闸后闭锁重合闸。

九、低频减载保护功能原理

低频减载带有可投退的滑差闭锁功能，低频减载与滑差闭锁的频率定值及动作时限可单独整定。滑差闭锁用于快速减载，当系统发生故障引起频率急剧下降，或系统、TV回路故障暂态过程造成电压波形畸变时，利用滑差闭锁区分故障情况和真正的有功缺额。

十、控制回路异常告警原理

微机保护装置采集断路器的调位和合位，当控制电源正常、断路器辅助触点正常时，必有且只有一个跳位或合位，否则，经3s延时报控制回路异常告警信号，同时重合闸放电，但不闭锁保护。

常见微机保护的类型及保护功能

微机保护装置集测量、控制、监视、保护、通信等多种功能于一体，是构成智能化开关柜的理想电器单元。了解常见类型的微机保护装置的主要保护功能和保护配置，有利于设备设计选型需要和场景适用的选择。

主要类型有：进出线线路保护、母联分段保护、进线或母联备自投保护、厂用变压器保护、高压电动机保护、高压电容器保护、高压电抗器保护,差动保护、后备保护、PT测控装置还有微机型零序电流保护等。

主要保护功能有：定时限/反时限保护、后加速保护、过负荷保护、负序电流保护、零序电流保护、单相接地选线保护、过电压保护、低电压保护、失压保护、零序电压保护、低周减载保护、低压解列保护、重合闸保护、备自投保护、过热保护、过流保护、逆功率保护、差动保护、启动时间过长保护、非电量保护等。

常见类型的微机保护装置的主要保护功能和保护配置，如下：

1、电动机微机保护装置

保护配置：速断保护、限时速断保护、过电流保护、过流反时限保护、过负荷负序I段保护、负序II段、负序II段反时限保护、零序过流保护、母线绝缘监测保护、逆功率保护、失磁保护、频率过高、频率过低、过电压、低电压、PT断线、PT失压、系统失电、控制回路断线等。

2、变压器微机保护装置

保护配置：主要保护功能有差动速断保护、纵差差动保护、复压过流保护、零序过流保护、间隙过流保护、零序过压保护、失灵联跳、过负荷保护、启动风冷、闭锁调压、复压过流保护、低压1分支过流保护、低压1分支过流保护、低频减载、过电压、低电压等。该设备配置3个以太网，支持电力行业通讯标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和智能变电站通讯标准DL/T860（IEC61850）

3、线路微机保护装置

保护配置：三段相过流保护；相过流反时限保护；三段零序过流保护；零序反时限保护；三相一次重合闸（不检、检无压、检同期）；合闸后相电流/零序电流加速保护；过负荷保护；速断保护；低频低压减载保护；过负荷告警；零序电流告警；接地告警；频率异常；弹簧未储能告警；控制回路断线告警；TWJ异常告警；PT断线告警；CT断线告警；故障波形记录。

4、通用型 微机综合保护装置

通用型保护配置：可兼顾线路、馈线、配变、电容器等常规保护单元，具备电流、电压、零序、频率、重合闸、开入量保护，可满足各类常用保护单元的保护需求。

5、线路 微机综合保护装置

线路保护配置：具备三段式带方向、带低压闭锁过流保护，检同期、检无压重合闸保护，可根据电流大小自动调节动作时间的反时限保护，可选择跳闸或告警的零序电流、零序电压保护，以及低周滑差减载保护和低电压保护，可靠保证线路、进线、馈线保护单元的运行安全。

6、配电变压器 微机综合保护装置

配电变压器保护配置：适用于35kV及以下中低压系统的不设差动保护的厂（站）用变压器、配电变压器或电抗器的保护、测量、控制与监视。配备变压器专用的重瓦斯、轻瓦斯、超温、过温开入量保护。

7、主变 微机综合保护装置

主变保护配置：作为35kV及以下中低压系统的双圈变压器的差动保护，对变压器绕组接线形式不同所造成的差流，由装置内部自动进行校正。

8、主变后备 微机综合保护装置

主变后备保护配置：专为中低压变压器后备提供保护、测量、控制与监视。具有零序电流、间隙电流保护，三段式带方向带低压闭锁过流保护。可对变压器相间故障、接地故障以及不正常运行提供全面保护。

9、电容器 微机综合保护装置

电容器保护配置：为各种高压电力电容器提供保护、测量、控制与监视。可满足普通单Y星、双Y型和普通单Δ型接线方式。

10、异步电动机 微机综合保护装置

异步电动机保护配置：为3kV~10kV电压等级的中高压异步电动机提供保护、测量、控制与监视。具备4组不同特性的热过载反时限保护特性曲线可供选择。

11、备自投微机综合保护装置

备自投保护配置：可满足双电源一主一备和互为备用的投切需求。在正常供电电源因供电线路故障或电源本身发生事故而停电时，装置可将负荷自动、迅速切换至备用电源，使供电不中断，从而确保企业生产连续正常运转，把停电造成的经济损失降至最低程度。

12、PT并列 微机综合保护装置

PT并列保护配置：专为各种大型不能停电的厂矿备用电源的快速切换。可实现变电站母线电压的测量、两段母线PT二次电压回路的并列解列，以避免在事故情况下需要将工作电源断开同时又要在残压与备用电源之间的压降、频差、相差很小时合上备用电源，使用电设备不至于因一般故障，误动造成停电、复启动电流过大等事故。

13、PT监控 微机综合保护装置

PT监控保护配置：为35kV及以下中低压电力系统的PT柜提供保护、测量和监视。具备过电压、低电压、零序接地、PT断线告警保护。

14、联络 微机综合保护装置

联络保护配置：为35kV及以下中低压电力系统的联络保护单元提供保护、测量、控制和监视。