资源描述
*,/55,主讲人：黄少锋,North China Electric Power University,电力系统继电保护原理,1,第一章 绪论,一、继电保护的作用,二、继电保护的基本原理及其组成,三、对继电保护的基本要求,四、继电保护的发展简史,五、继电保护工作的特点,2,一、继电保护的作用,背景：,电力系统是发电、输电、配电、用电组成的一,个实时的、复杂的联合系统。,电力生产的特点：,电能无法大容量存储，电能的生产与消耗几乎,是时刻保持平衡。,因此，不能中断,可靠性要求极高！,3,电力系统一次设备：,发电机、变压器、母线、输电线路、电动机、电抗器、电容器等组成的电能传输设备（属于高,压设备）。,电力系统二次设备：,对一次设备的运行状态进行监视、测量、控,制与保护的设备（,从,TA,、,TV,获得成正比的,“,小信号,”,相额定电压,57.7V,，额定电流,1A,或,5A,）。,4,根据不同的运行条件，可以将电力系统运,行状态分为：,正常状态、不正常状态、故障状态。,正常状态：,等约束和不等约束条件都满足，电力系统,在规定的限度内可以长期安全稳定运行。,最关键的指标：,Ue,10%,f,0.2Hz,，,潮流限制,5,不正常状态：,正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。,等约束条件满足，部分不等约束条件不满足。,例如： 负荷潮流越限；,发电机突然甩负荷引起频率升高；,系统无功缺损导致频率降低；,非接地相电压升高；,电力系统发生振荡等等。,6,故障状态：,一次设备运行中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作，以及自然灾害等各种，导致原因发,生短路、断线。,7,正常状态和大部分的不正常状态可以由以,下措施予以调节和控制：,1,）有功、无功潮流和电压、频率的调整,调整发电机出力、变压器分接头、负荷等；,2,）自动化装置,备用电源自动投入（备自投）、自动准同,期装置、自动按低频减载（低压减载）、,自动解列、过电压检测等。,8,电力系统发生,短路,故障是,不可避免,的，如雷,击、台风、地震、绝缘老化，人为因素等引起。,伴随着短路,出现电流增大、电压降低,从而导致设备损坏、绝缘破坏、断,电和稳定破坏，甚至使整个电力系,统瘫痪等。,9,短路的危害：,（,1,）短路电流大，燃弧，易使元件损坏；,（,2,）电压降低，电力用户正常的生产、生,活受到影响；,（,3,）破坏电力系统并列运行的稳定性，引,起系统振荡，甚至系统崩溃。,大停电,10,当某一设备发生故障时，,切除故障的时间,通常要求几十到几百毫秒,，,这就必须靠自动装置来完成切除故障的,任务，,实现这种功能的自动装置就是继电保护,装置。,由于继电保护的特殊性，故，从自动化装,置中,“,分离出来,”,，进行专门的研究与分析。,11,继电保护的作用（或称为任务）是：,1,）自动、迅速、有选择地向断路器发出跳,闸命令，将故障元件从电力系统中切除,，保证其他无故障部分迅速地恢复正常,运行。,2,）反应元件的不正常运行状态，发出信号,，或进行自动调整，甚至跳闸。,12,本课程重点讨论和研究：,电力系统短路的识别与故障区域（元件）的判断。,继电保护是电力系统的重要组成部分，是保证系统,安全、可靠运行的主要措施之一。,虽然电力系统出现故障的几率较低，但继电保护必须时时刻刻护卫着电力系统，在没有继电保护情况下，电力系统不能直接投入使用。,类似于军队与国家安全的关系。,继电保护通过断路器实现故障点最小范围的隔离（切除），包括实现停电范围最小，并可以完成自动恢复供电。,13,各种类型的,短路,是最常见也是最危险的故障状态。,短路类型：,不对称性短路,对称性短路,14,高压电网中，单相接地短路次数占总短路次数的,85,以上。,有时，为了明确具体的故障相别，采用带下标的符号：,15,单个元件。,如：家庭中的电视机、空调等电源的控制。自动控制中经常采用的,元件,。,反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种,自动装置,。,泛指继电保护技术以及由各种继电保护装置构成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术及相关设备。,继电器：,继电保护装置：,电力系统继电保护：,几个名称的区分,16,二、继电保护的,基本原理及其组成,为完成继电保护的基本任务，必须正确区分,正常运行、不正常运行和故障状态,，,寻找这三种运行状态下的可测参量,(,电气量和非电气量,),的,“,差异,”,。,根据可测参量（电气量）的不同差异，可以构成不同原理的继电保护。,下面，先简单了解正常与短路的,“,差异,”,。,17,正常状态,短路状态,18,短路故障,线路流过短路电流,母线电压降低,感受阻抗,正常运行,线路流过负荷电流,母线电压接近额定,感受阻抗,差异界线,19,另外，还可以利用不对称短路时，出现零序、负序分量，可构成序分量的保护。,20,过电流保护,低电压保护,阻抗（距离）保护,纵联差动保护,(,高频、微波、光纤,),零序或负序分量保护,瓦斯保护、过热保护等,短路的主要特征归纳：,1,）电流增大,2,）电压降低,3,）阻抗减小,4,）两侧电流大小和相位的差别,5,）不对称分量出现,6,）非电气量,21,继电保护装置的构成示意图,测量部分：,测量有关电气量，与整定值比较，给出“是”或“非”，“,0”,或 “,1”,， “大于”、“不大于”、“等于” 等性质的一组逻辑信号，判断,保护是否应该启动。,22,逻辑部分：,根据测量部分输出信号的大小、性质、先后顺序等，使保护按一定的逻辑关系判定故障类型和范围，确定是否应该使断路器跳闸或发出告警信号，并将有关指令传达给执行部分。,继电保护装置的构成示意图,23,执行部分：,根据逻辑部分的输出结果，发出跳闸脉冲及相应动作信息，或发出告警信号。,控制跳闸、调整，或通知值班人员。,继电保护装置的构成示意图,24,继电保护的工作回路示意图,：,包括,TV,、,TA,、二次电缆、保护装置、信号设备、工作电源等。,断路器,电流互感器,电流继电器,中间继电器,信号继电器,时间继电器,25,继电保护的工作配合,（预设范围，不能遗漏）,每套保护都有预先划分的保护范围，保护范围划分的基本原则是任一个元件的故障都能可靠地被切除，并且保证停电范围最小。,保护范围相互重叠,，保证任意点的故障都置于保护区内。,26,继电保护的工作配合,（预设范围，重叠，无遗漏）,发电机,保护区,变压器保护区,线路保护区,低压母线,保护区,高压母线,保护区,1,高压母线,保护区,27,三、对继电保护的基本要求,1,、选择性,2,、速动性,3,、灵敏性,4,、可靠性,简称为：,继电保护“,四性要求,”,28,几个位置的称谓,讨论保护,1,就以保护,1,为基准,本线路,29,几个位置的称谓,讨论保护,1,就以保护,1,为基准,下一条线路,(,相邻线路,),30,几个位置的称谓,讨论保护,1,就以保护,1,为基准,背后线路,31,几个位置的称谓,讨论保护,1,就以保护,1,为基准,(,本线,),末端短路,相邻线出口短路,32,几个位置的称谓,讨论保护,1,就以保护,1,为基准,相邻线末端短路,33,几个位置的称谓,讨论保护,1,就以保护,1,为基准,反方向短路,34,1,、选择性,保护装置动作时，,仅将故障元件从电力系统中切除,，使停电范围尽可能小，并保证系统中非故障部分继续安全运行。,有选择性：最靠近短路点的断路器跳闸。,35,在实际运行中，由于各种原因可能存在保护或断路器拒动的情况，所以，必须要考虑后备保护（替代功能）的配备。,目的是：不允许长期存在短路的情况,于是出现了：,近后备保护,远后备保护,断路器失灵保护等,36,近后备保护：,本地的后备保护由安装于本地的另外一台（套）保护元件（或装置）来实现。,举例：,如,K3,点故障，保护,6(,包括断路器,),由于设计原理缺陷或装置损坏拒动，可由安装在此处的另一种保护元件动作切除故障。,37,远后备保护：,通过与之邻近的上一级（靠近电源侧）保护元件来实现。,举例：,K,3,点故障，保护,6,拒动,后，由保护,5,动作将故障切除，那么，称：保护,5,对保护,6,（或断路器）起到了远后备的作用（异地）。,38,优缺点分析,1,）,近后备保护,：,后备保护功能由本地实现，不扩大故障范,围。,缺点：不能对本地断路器起到后备保护作用，需要,与断路器失灵保护相配合。直流消失时也不,起后备作用。,2,）,远后备保护,：,能够对下级保护元件及断路器起到后备保护,的作用。,缺点：易扩大故障范围。,39,2,、速动性,要求继电保护装置以尽可能短的时限将故障切,除，减少用电设备的损坏程度，提高系统并列运行,的稳定性。,必须快速切除的故障情况：,1,）发电厂或变电站母线故障；,2,）大容量发电机、变压器和电动机内部故障；,3,）电网并列运行的重要联络线发生的故障等。,快速切除故障，有利于提高系统并列运行的稳,定性。,40,2,、速动性,故障切除时间, 保护装置动作时间 断路器动作时间,0.02,0.12s 0.06,0.15s,对于高电压等级,0.01,0.04s 0.02,0.06s,220kV,及以上系统，,要求的标准：,动作时间,30,毫秒。,41,反应范围,设定的保护范围,有灵敏性,3,、灵敏性,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。,42,任意运行方式下，被保护设备范围内发生故障，不论故障点的位置、类型、是否有过渡电阻，都能敏锐感觉、正确动作。,灵敏性通常用灵敏系数或灵敏度来衡量。,后续内容再涉及灵敏系数的具体计算。,3,、灵敏性,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。,43,4,、可靠性,指保护装置在其规定的保护范围内发生故障，应能够可靠动作，,不拒动,(,可信赖性,),；而在保护范围之外的故障，应能够可靠的不动作，,不误动,(,安全性,),。,可靠性是评价继电保护性能的主要指标：,该指标除了不反映速动性之外，在很大程度上反映了可靠性、灵敏性、选择性。,44,影响可靠性的因素：,1,）内在：,装置本身的质量，包括元件好坏、结,构设计的合理性、制造工艺水平、接,线回路简明等。,2,）外在：,运行维护水平、调试是否正确、正确,安装等。,45,提高不误动的安全措施与提高不拒动的信赖性往,往也是矛盾的。,特殊情况下，侧重点可以有所不同。,1,）电网联系紧密，系统备用容量充足，保护误动,对系统影响较小；若保护拒动将会造成设备损,坏或系统稳定性破坏，此时更应强调保护的不,拒动（可信赖性）；,2,）系统联系较弱，保护误动将会带来严重后果时，,更应强调保护的不误动（安全性）。,46,四性要求之间的关系：,选择性、速动性、灵敏性、可靠性是分析、研究、评价继电保护性能的基础，它们之间既有矛盾的一面（选择性与速动性是一对矛盾体；灵敏性与可靠性是一对矛盾体），又要根据系统的实际运行情况、被保护元件的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到辨证的统一。,在保证可靠性和选择性的前提下，强调灵敏性，力争速动性。,47,“四性”是分析和研究继电保护的基础。对四性,中的每一项要求都应当,有度,，应以满足电力系统的,安全运行为准则，不应片面强调某一项而忽视另一,项，否则会带来不良的影响。,“四性”归纳：,1,、选择性,让最靠近短路点的断路器跳闸。,2,、速动性,尽量快。,3,、灵敏性,有足够的故障反应能力。,4,、可靠性,不误动、不拒动。,48,四、继电保护的发展简史,1,、硬件发展,晶体管型,电磁型,感应型,电动型,集成,电路型,机电型,电子式,静态保护,微机保护,第三代静态保护,50,年代,70,年代,90,年代,80,年代（国外）,49,五、继电保护工作的特点,1,、理论要求高,各种设备的原理、性能，以及参数计算和故障,状态的分析。,较多地应用如下知识：电工原理、电机学、电,力系统稳态,/,暂态分析、经济调度、安全控制、电,力系统规划设计原则、运行方式制定的依据等等。,其中，又以电工原理和暂态分析为基础。,还需要思考周全、缜密,50,五、继电保护工作的特点,2,、综合性科学,电工、电机、电子、电力系统、数学、计算机、,通信理论、新技术、新材料的应用等，这些学科,的发展都促进了继电保护的发展。,3,、理论和实践并重,除了理论分析、研究以外，还需要实验室实验、,动模实验、试运行，甚至现场人工故障实验。,4,、责任重大,每次事故均要求继电保护人员参与分析。,当然，责任与技术水平的提高是共存的。,51,在研究继电保护过程中，不仅要研究被保护元件的,特征（差异）,，提出继电保护的原理，还要不断地关注其他学科和技术的发展。同时，还应当注意的是：继电保护是一门理论与实践并重的学科，需要科学性与工程技巧相结合。,在继电保护中，如果没有特别说明，那么，测量的电气量都是指工频信号。,52,继电保护研究的主要思路：,1,）分析特征,2,）研究,影响因素，并,提出对策。,提取差异,形成原理、判据、方法；,影响因素,需要分析各种各样的情况，需,要认真、细致和工程积累。,对 策,需要权衡利弊。,53,本课程重点介绍：,1,）继电保护的基本原理,2,）分析方法；,3,）影响因素及对策等。,还有很多异常工况（相当复杂）的处理方法无法在有限的课时中进行介绍，需要在工作实践中加以总结、积累。,题外话：,正是这些复杂的异常工况处理，更充分体现了中国继电保护行业的技术水平。,（特征的利用）；,54,在,2007,年,1,月底，召开了,“,国家电网公司继电,保护工作会议,”,，会议中明确指出：,国产微机线路保护,在原理、技术方面处于世界,领先水平，,全面超越进口保护；与进口保护相比，,国产保护在设计理念方面更符合国内电网的发展和,运行要求，对于复杂运行方式下的特殊故障及防止,系统振荡下保护误动等方面，考虑得更加充分。,到,2006,年末，,220,千伏及以上系统保护国产化率,达到,88.51,，,线路保护的国产化率达到,89.13,。,55,
展开阅读全文