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1、注册电气工程师复习辅导,继电保护、安全自动装置及调度自动化 华北电力设计院 钟德明,1.电力系统的组成：是由许多发、输、变、配电及用电的一次和二次设施所构成的电力生产运行系统。是一个庞大的多源、多节点、多输入、多输出，运行复杂的互连电网。2.电力系统的特点：电能量的生产供应与消费在同一时间完成，不能存储，即用即发。电网运行环境非常复杂，而电气设备的故障是难免的，因此保证电网的安全稳定运行十分重要。3.保证电网安全稳定运行的技术手段：电网中的任何扰动都会影响电网的稳定运行。电网发生故障时必须尽快切除故障，保证无故障系统的稳定运行。继电保护装置是在任何电气设备发生故障时快速切除故障，保证电网安全稳
2、定运行；安全自动装置是在电网发生故障或异常运行时起控制作用的自动装置；调度自动化是指挥、协调电网运行操作、事故处理，保持电网的安全稳定运行。三者是当前控制电网的主要技术手段。,前言：电力系统与继电保护、安全自动装置及调度自动化,1,电力系统有三大特点全网的电气设备是在同一个频率下同步运行（50周）。电压问题是局部问题电力设备事故是不可避免的电力系统需要三大支柱合理的电网结构是电网安全稳定的物质基础需要安全自动装置协调配合技术管理水平是安全稳定运行的保证电网发生故障的三道防线单一故障不损失负荷单一严重故障，保证系统稳定，允许损失部分负荷。多重严重故障，不能保证系统稳定时，采取一切措施，电网不能崩
3、溃瓦解和大面积停电（设置解列点）,3,一电力系统继电保护,1.1继电保护和安全自动装置：1)继电保护是当电力系统发生故障时，能及时发出告警或使断路器跳闸，快速切除故障，终止故障发展，保证电网安全稳定运行；安全自动装置是防止电力系统发生故障情况时失去稳定和避免发生大面积停电事故的自动装置。2)用于保护电力元件的成套装置一般统称继电保护装置；用于保护电力系统安全稳定的一般统称安全自动装置。3)任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。当电力元件发生故障时要求保护装置在最短时间、最小范围内，按预先设定的方式，将故障设备从运行系统中断开。继电保护分主设备保护和系统保护。发电机、变压器、等元件故障,由主
4、设备保护来切除；线路故障（属系统保护）有线路保护切除。但相互间还有后备作用，需要配合。,4,电力系统对继电保护基本要求,继电保护应满足四性要求：可靠性：（信赖性和安全性）指保护该动时动，不该动时不动。选择性：首先由故障元件本身保护切除故障，当本身保护或 断路器拒动时才允许相邻元件的保护动作切除故障。灵敏性：保护装置具有的正确动作能力的裕度，一般以灵敏系数表示，不同类型保护的灵敏系数要求不同。速动性：保护装置应尽快切除故障。提高系统稳定，减轻设备损坏程度，缩小故障波及范围，提高重合闸和自投的效果。因此在继电保护研制、装置选型、整定计算、保护配置、回路接线及工程设计等方面，都要围绕四性的原则考虑。
5、,5,1.1.2.电网结构要求与安全稳定标准,电网建设应满足电力系统安全可靠、运行灵活、经济合理的基本要求。合理的电网结构是电力系统安全稳定的基础。1.电力系统扰动：分小扰动和大扰动两类：小扰动指正常负荷波动、功率及潮流变化、变压器调分头等引起的扰动。大扰动指系统元件短路、切换操作和其他较大的功率或阻抗变化引起的扰动。后者与继电保护和安全自动装置关系密切。2.电力系统承受大扰动能力的三级稳定标准。第一级标准：在发生第一类故障（单一故障）扰动后，能保持系统稳定运行和电网正常供电。第二级标准：在发生第二类故障（单一严重故障，）扰动后，能保持系统稳定运行但允许损失部分负荷。第三级标准：在发生第三类故
6、障（多重严重故障，）扰动后，当不能保持系统稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。,6,单一故障：任何线路单相瞬时接地故障并重合成功。双回以上线路，有一回线永久故障断开 任一台发电机跳闸。任一回交流联络线跳开。单一严重故障：单回线单相永久故障重合不成功及无故障三相断开。同塔双回线异名相故障重合不成功，双回线三相断开。一段母线故障。多重严重故障：故障时断路器拒动。故障时继电保护及自动装置误动或拒动。丧失大容量发电厂,61,：1.1.3.继电保护用电流互感器及电压互感器,）保护用电流互感器：P类、TPS类、低漏磁适应于对复归时间要求严格的断路器失灵保护 TPX类、TPY类、TPZ类。具有暂
7、态特性的电流互感器。）330kV及以上线路保护用电流互感器宜选用TPY。220kV及以下系统保护用电流互感器宜选用类。新型电子式电流互感器；）互感器的安全接地。二次回路必须有且只能有一点接地。一般在CT端子箱。几组并联CT也只能一点接地，在保护屏接地。（双断路器、母线保护差动及其他差动保护），只允许一点接地，接地点在控制室，N600。,7,1.1.4.电力系统的故障,1)电力系统的中性点接地方式：有直接接地、不接地、经电阻接地、经电抗或消弧线圈接地。（大电流接地系统、小电流接地系统）电网中性点接地方式，决定主变压器中性点接地方式。为降低设备的绝缘水平，目前我国110kV及以上电网均为直接接地方
8、式（大电流接地系统），66kV以下采用小电流接地方式。中性点接地与不接地在发生故障时的电气量是不同的，继电保护必须根据故障量来设计动作原理，分析保护动作行为。2)常见故障类型及特性 故障种类分：三相短路（对称故障）、不对称故障（单相接地短路、两相短路、两相接地短路、线路不对称断相）、系统振荡等等。,8,在高压和超高压电网中，绝大多数故障是单相接地短路，据统计占全部短路故障的70%-90%左右。随着电网电压的提高，这个比例还在升高。其次是两相短路接地、两相短路和三相短路故障。在中性点非直接接地的电网中，短路故障主要是两相短路，包括两相接地短路。在中性点非直接接地的电网中，一相接地不会造成短路，只
9、产生不大的电容电流。3)故障时的电气量序分量。a）在直接接地系统中，三相短路、两相不接地短路：有正序分量、负序分量，无零序分量。b）只有接地故障（单相或两相接地短路故障）时才产生零序电流。,9,4)电力系统振荡与失步,当电力系统发生扰动时，如保护装置切除故障线路后，使发电机功角发生变化，并列运行的机组之间相对角度发生摇摆。失去同步运行稳定，引起系统振荡。使线路电流、电压大幅度地周期性波动。如果处理不当可能导致系统瓦解，大面积停电。,10,P 1 2 3,当,=90时，功率极限达到最大值，Pmax,11,12,4)电力系统振荡与短路时电气量的区别a)系统振荡时，各点电压和电流均做往复性摆动，（短
10、路时电气量是突变的）.b)系统振荡时，不同地点的电流和电压的相角可以有不同的，而短路时是相同的.c)系统振荡时，不破坏三相的对称性，所有电气量是对称的。而短路伴随出现三不相对称.从保护原理上说反应负序、零序分量的保护及电流差动保护在振荡时是不会误动的。相间电流保护和某些距离保护会误动.,12,1.1.5.高压输电线路常用继电保护装置的应用。,1.电流保护：电流保护的工作原理：以通过保护安装处的电流为作用量的继电保护，当通过电流大于定值时保护动作，称过电流保护。t0.5s 有相间过电流保护和零序过电流保护 电流保护简单，应用范围广，可与电压、方向、时限等配合，效果将更好。可作成无时限和带时限的多
11、端式电流保护。零序电流保护：由于电力系统接地故障几率高，占总故障的7090，因此接地保护十分重要，而零序电流保护对高电阻接地故障有较好的保护能力。所以在高压电网也做为接地故障的后备保护。当故障接地电阻不大于220kV100欧姆、330kV150欧姆、500kV300欧姆，保护应能正确动作,13,2.距离保护（阻抗保护）,1)距离保护原理：以测量线路阻抗为判据的保护装置。主要用于输电线保护。,距离保护的动作特性：有园特性、四边形、全阻抗形等。前两种是具方向性，实际应用目前以四边形和园形较多。带方向性可作纵联保护的方向元件。,JX,R,JX,JX,14,2)距离保护的阶梯特性 80-90%,距离保
12、护最大的特点是：定值不受运行方式和负荷大小的影响。距离保护一般有三段或四段，一般都带方向性。保护一段只能整定线路的80-90%，不能保护全线。二段作后备，三段可作相邻线后备。为了增加装置的可靠性，一般采用启动元件和阻抗元件来组合。启动元件也可采用负序、零序、相电流突变量等。,15,3.线路纵联保护：,以线路两侧某种电量间的特定关系作为判据，即借助通道将判别量传送到对侧，按照两侧判别量之间的关系来判别区内或区外故障的保护称为线路纵联保护，线路故障时使两侧开关同时跳闸。判别量和通道是装置的主要组成部分 纵联保护能实现全线速动。,16,线路纵联保护的种类：,不同的判别量和传送方式，形成不同的纵联保护
13、装置a)电流差动式纵联保护、比较同一时间线路各端的电流相位或电流瞬时值：分电流相位比较和电流差动保护两类。（电流相位比较，用专用收发讯机传送载波信号的，如过去常见的高频差动保护。现在光纤通道，可传送数字信号，使电流差动保护得到了广泛应用）。b)方向比较保护：比较线路两侧电气量的方向为判据的纵联保护。（用功率方向元件或阻抗方向元件）。方向比较保护有欠范围和超范围两种。纵联方向比较保护有闭锁式、允许式。如纵联方向、纵联距离保护等,17,4.纵联电流差动保护：,以线路两端电流瞬时值的和为动作判据。（母线流向线路为正方向，线路流向母线为反方向）。由于比较两侧电流的瞬时值，所以对通道要求很高，采用导引线
14、和光纤通道实现电流差动保护。保护定值只需躲外部故障时的不平衡电流，所以有较高的灵敏度。纵联电流差动保护，有综合式和分相式两种。分相式纵联电流差动保护是分别比较每相电流的瞬时值，特点是：有选相功能、在分相操作的高压电网中可实现单相重合闸、同塔双回线还可实现按相重合闸。,18,5.高频闭锁方向保护：,保护以比较线路两侧功率方向为判据，区内故障，两侧正方向功率元件均动作，跳闸。,k1,A,B,正方向,正方向,19,区外故障，一侧正向元件动作，另一侧反向元件动作，后者向对侧发闭锁信号，使两侧保护均不动作。,k1,A,B,传送的闭锁信号是在非故障线路上，故对通道要求不高。且闭锁信号是在非故障线路发送，所
15、以可靠性高。,正方向,反方向,20,1.2电力系统继电保护的配置,1.2.1.对继电保护配置的基本要求 1)继电保护是电力系统的重要组成部分，电力系统中所有线路、母线等电力设备，都不允许在无继电保护状态下运行，配置继电保护必须符合继电保护技术规程要求、符合四性的要求。2）继电保护和安自的配置，要满足电网结构、厂站主接线的要求，并考虑电网和厂站运行方式的灵活性。3)保护装置对各种故障要能可靠地快速动作，切除故障时间要能满足系统稳定要求。4)保护装置能适应重合闸的要求。分相操作的高压线路，可实现单相重合闸，单相故障跳单相，健全相再故障应能快速跳开三相。5)系统正常操作、或发生振荡时保护装置不应误动
16、。6)保护装置的零序电流方向元件的电压应采用自产零序电压。等27条。,21,1.2.2 影响电网继电保护配置的主要因素。,1)电网电压等级：电压等级是电网重要性的标志之一，高压电网的稳定问题突出，暂态过程严重，要求保护装置可靠高、动作快。2)中心点接地方式：影响电网接地保护的选型与配置。3)电网结构形式：要避免成串或成环短线、T接分支等。4)选择性切除故障时间的要求：按实际情况允许切除故障的最长时间，如220kV-500kV线路要求主保护近端故障 20ms，远端故障30ms（不包括通道传送时间）。5)故障类型及概率：但任一元件不能无保护运行。6)事故教训及经验：采用有成熟运行经验的保护装置。等
17、。,22,1.2.3 主保护、后备保护、辅助保护。,1)主保护：在电力系统中，能满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除故障的保护装置。（有全线速动及按阶梯时间动作两类）当必须全线瞬时切除故障时，应采用对各类故障有选择性的装置，如性能完善的纵联保护，是具有绝对选择性的主保护。2)后备保护：主保护动作失败或断路器拒动时起作用的保护，具有相对选择性。分远后备和近后备。远后备：依靠相邻线路对侧保护动作切除故障，称远后备保护。动作时间长，一般用于110kV及以下电网。近后备：依靠本站保护实现后备。如本侧另一套保护，或断路器失灵保护。220kV及以上电压的复杂电网，远后备不能满足要求。故采用
18、近后备。（两套独立的保护装置）。220kV及以上采用近后备、110kV及以下采用远后备。3)辅助保护（补充主、后备保护性能或主、后备保护退出时的简单保护）,23,电力网线路保护配置原则,66kV及以下电网为中性点非有效接地系统，一般采用阶段式电流保护，双侧电源可配带方向的电流保护，有特殊要求的需配快速保护，或全线速动保护。如短路故障造成电厂厂用母线电压低于60%Un，及短线路等。1110kV线路保护配置：双侧电源如符合下列之一，应装设一套全线速动保护 1)系统稳定要求有必要时；（延时段动作有稳定问题）2)线路三相短路，使发电厂厂用母线电压低于允许值（一般60 Un以下）；3)如采用全线速动保护
19、，不仅能改善本线路保护性能，且能改善整个电网保护性能。110kV双侧电源线路：可装设阶段式相间距离和接地距离，并配有零序电流保护，切除经电阻接地的短路故障；或配置纵联保护。110kV的后备保护宜采用远后备。110kV线路单侧电源可配置阶段式相电流和零序电流保护，如不能满足要求可装设阶段式相间距离和接地距离，并配有一段零序电流保护，切除经电阻接地短路故障，,24,2220kV线路保护配置,加强主保护，简化后备保护的基本配置原则。加强主保护:全线速动保护双重化，功能完整（对各种故障均能快速切除），由于220kV及以上线路采用分相操作，可实现单相重合闸，因此保护装置必须具备选相功能。对发生不大于10
20、0的单相接地故障应有尽可能强的选相能力准确动作。简化后备保护：是指主保护双重化配置，同时每套主保护还应带有延时的相间和接地距离保护、零序电流保护（主要为切除不大于100欧姆电阻内的接地故障）作为后备保护。（不需再另配后备保护）220kV以上线路采用近后备方式 全线速动保护及瞬时段保护都是主保护 两套主保护互为近后备，线路第II段保护是全线速动保护的近后备保护。第III段保护是本线路的延时近后备保护，同时也是相邻线路的远后备保护。,25,（2）220kV线路保护配置,1)220kV应配置两套全线速动保护，在旁路带路时，至少保留一套全线速动保护。对两套主保护的要求：2)两套主保护的交流电流、电压回
21、路、直流电源彼此独立。3)两套主保护均能快速切除全线各种故障、4)为实现单相重合闸，两套保护均有选相功能；5)每套保护分别动作于断路器的一组跳闸线圈6)两套主保护应有相互独立的远方信号传输设备7)全线速动保护，整组动作时间：近端20ms，远端30ms。（3）接地故障的后备：对220kV线路接地短路故障：宜装设阶段式接地距离和零序电流保护。对接地电阻不大于100欧姆的接地故障应能可靠切除。（4）相间短路的后备：宜装设阶段式相间距离保护。*全线速动保护对具有光纤通道的线路应优先采用光纤电流差动保护，再配以接地和相间的后备保护。,26,3330-500kV线路保护配置：,3.1 330-500kV超
22、高压电网的特殊问题：输电功率大，电网稳定问题严重；采用大截面分裂导线；大容量发变设备，时间常数大；同杆双回线的跨线故障；线路分布电容电流大；长线路重负荷，变比大；短路电流的直流分量严重；要采用带气隙CT；长线通道问题；及串补、直流，交流混网及不同的主接线形式等因素。因此保护装置的技术性能应解决上述问题带来的影响。3.2 330-500kV线路，应按以下原则实现主保护双重化 1)配置两套完整、独立的全线速动主保护。2)两套主保护的交流电流、交流电压、直流电源均应相互独立;3)每套保护均能快速切除各类故障 4)为实行单相重合闸，两套主保护均应有选相功能。5)每套保护分别动作于断路器的一组跳闸线圈
23、6)两套主保护应有相互独立的远方信号传输设备 7)全线速动主保护整组动作时间：近端20ms，远端30ms。）。,27,330-500kV线路保护：,3.3 330-500kV线路应按以下要求配置后备保护 1)采用近后备方式：每套主保护都应具有完整的后备保护时，可不再另设后备保护，如其中一套主保护不具有完整的后备保护，必须再设一套完整、独立的后备保护。2)后备保护能反应各种故障类型 3)接地后备保护应保证接地电阻不大于：330kV线路为150欧姆，500kV为300欧姆。保护有尽可能强的选相能力，并能正确动作。4)为快速切除中长线出口故障，宜设专门反应近端故障的辅助保护。5)根据一次系统要求装设
24、过电压保护。3.4 通道条件许可时，主保护宜选用分相电流差动保护：原理简单、可靠性高、能全线速动、本身具有选相功能，同塔双回线路发生跨线故障保护能有选择性切除故障，并能实现按相重合闸等。,28,3.5一个半接线保护的特点（330-500kV变电所主要方式）,一个半断路器接线，运行灵活、可靠性高。330kV及以上电网采用。1.线路保护按线路装设，重合闸和失灵保护按断路器为单元装设。2.母线保护的重要性降低，母线保护不设电压闭锁，3.母线保护动作不能跳对侧断路器。4.要配置短引线保护（有线路刀闸）。5.失灵保护动作需跳对侧断路器，方能切除故障。,29,1.3母线保护和断路器失灵保护,对母线保护的要
25、求：母线是电力系统的节点，是非常重要的电气元件。1)220-500kV母线，应装设快速有选择地切除故障的母线保护。2)区内各种故障应正确动作，区外故障不应CT饱和而误动。3)能自动适应双母线接线，倒闸切换过程不应误动，双母线接线应能有选择性切除故障。4)双母线接线的母线保护应设电压闭锁。（一个半接线母线不设电压闭锁）5)应允许使用不同变比的CT。6)双母线接线的母线保护动作对有纵联保护的线路应采取措施使对端断路器快速跳闸。（一个半接线的母线保护动作不能跳远端断路器）。7)母线保护仅跳三相，且应闭锁各元件的重合闸。等等,30,1.3.2 母线保护配置,1)110kV及以下母线，配置一套母线保护，
26、如对端保护能快速切除或后备保护切除稳定允许也可不设母线保护。2)重要的220kV母线应配置双套母线保护3)330-500kV母线双套配置4)一个半断路器接线，每组母线配置2套母线保护。,31,1.3.3 断路器失灵保护,1.作用；属于近后备保护、故障时保护动作但断路器拒动，由失灵保护动作切除故障。还有断路器与互感器之间故障，属保护死区，也可由失灵保护切除。2.失灵保护的判据：保护动作不返回（故障线路或设备能瞬时复归的出口继电器动作后不返回)有电流(断路器未断开的判别元件动作后不返回)可用相电流元件。出口继电器返回时间应不大于30ms 失灵保护的判别元件的动作时间和返回时间均不应大于20ms 3
27、.220kV以上为分相操作的断路器，失灵保护仅考虑单相拒动。4.失灵保护动作时间的整定原则：1)一个半断路器失灵保护应瞬时先跳本断路器一次，再经一时限动作于断开相邻断路器。2)单、双母线的失灵保护，应短 时跳开相关的母联及分段，再经延时动作于与拒动断路器同一母线的所有有源支路的断路器。变压器包括断开接有电源侧的所有断路器。（延时一般按整定）,32,5.失灵保护的闭锁：1)单、双母线设电压闭锁；2)一个半接线，母线不设电压闭锁。3)发电机、变压器、高压电抗器断路器的失灵保护，防止闭锁元件灵敏度不足，应采取措施或不设闭锁（解除闭锁）；4)与母差保护共用跳闸出口的失灵保护，应共用母差保护的闭锁元件，
28、闭锁元件的灵敏度应按失灵保护整定。数字式保护，闭锁元件的灵敏度宜按母线及线路的不同要求分别整定。6.失灵保护动作应闭锁重合闸。7.一个半接线，失灵保护动作还应跳开对端断路器 8.变压器非电气量保护动作不启动失灵保护。,33,1.4远方跳闸保护,需要传送跳闸命令，跳开对侧断路器切除故障的：1)一个半接线失灵保护动作。,2)高压侧无断路器的线路并联电抗器保护动作（见上图）。,34,远方跳闸保护,3)线路过电压保护动作。4)线路变压器组的变压器保护动作。5)串补线路电容器保护动作，且电容器旁路断路器拒动等,35,1.4.2 远方跳闸保护的要求,1)通道，一般采用线路保护通道，2)为了可靠，对非数字通
29、道执行端应设故障判别元件 3)对采用近后备方式的远方跳闸保护应双重化4)出口跳闸回路要独立于线路保护的出口回路5)闭锁重合闸。,36,1.5 继电保护的整定计算,1.整定计算的一般规定1)逐级配合 A.上下级配合，在灵敏度与动作时间上均相互配合以保证故障时能有选择的动作;B.相邻线保护之间一般主保护和主保护配合后备与后备配合;C.按阶段配合，相间保护与相间保护配合，接地保护与接地保护配合。2.整定计算时，短路电流计算原则：不计发电机、变压器、线路等阻抗参数的电阻部分。发电机的正序阻抗可采用t0时的初舜值Xd”的饱和值。不考虑短路电流的衰减，及强励作用。不计算故障点的电阻和接地电阻 不计线路的电
30、容电流和负荷电流的影响。不计暂态短路中的非周期分量,37,继电保护的整定计算,3.运行方式和变压器中性点接地方式的原则 1)整定计算应考虑最大运行方式和最小运行方式，但以常见运行方式为基础（正常运行方式和N1方式）。2)变压器中性点接地运行方式的安排，应尽量保持变电所零序阻抗基本不变。保证各种运行方式下零序电流和电压分布大致不变，使接地保护具有必要的灵敏度和可靠性。所以在同一厂站实行部分变压器直接接地，部分变压器不接地。检修时可改接接地变压器。如果变电所有2台及以上110kV或220kV变压器，一般只将一台变压器中心点接地运行 对有3台及以上110kV或220kV变压器的双母线运行的发电厂，一
31、般正常按2台变压器中心点直接接地运行，把2台变压器分别接在两段母线上。,38,继电保护的整定计算,4.整定计算常用系数：可靠系数：过电流保护K1、距离保护K1；返回系数：Kf返回量/动作量，过量动作继电器Kf1，欠量动作继电器Kf1 灵敏系数：Klm故障量/整定值。一般以最小灵敏系要求，不同类型的保护，最小灵敏系数要求不同。5.线路零序电流保护110kV线路零序电流保护 单侧电源线路零序电流保护一般为三段式，终端线也可两段。零序段按躲过末端接地故障最大3倍零序电流整定，段按本线路末端接地故障有灵敏度，应与相邻相邻的或段零序配合。段作本线路经接地电阻故障和相邻线故障的后备保护。220-500kV
32、电网的零序电流保护 均采用单相重合闸，故零序电流保护的定值要躲过非全相运行的不平衡电流。非全相状态再发生接地短路，应有反应接地故障的保护切除故障。,39,二、安全自动装置,2.1安全自动装置的基本要求1.电力系统安全自动装置，是指在电网发生故障时，为确保电网安全稳定运行，防止系统稳定破坏或事故扩大，起控制作用的自动装置。如自动重合闸、备用电源自投装置、自动切负荷、低频低压减载、自动解列、失步解列等。2.按照电力系统稳定导则的标准要求，装设安全自动装置，实施紧急控制，防止系统稳定破坏或事故扩大。3.安全自动装置同样要满足继电保护四性的要求。,40,安全稳定控制的配置原则,为保证电网的安全稳定运行
33、，一次系统应建立合理的电网结构和完善的电力设施、合理的运行方式。二次系统应配置性能完善的继电保护系统和适当的安稳控制措施，组成一个完备的防御系统。通常分为三道防线：1.正常运行状态下的安全稳定控制：在电网承受第一类大扰动时，应有一次系统设施、继电保护、及安稳预防性控制等，组成第一道防线。包括：发电机功率预防性控制、励磁附加控制、并联和串联电容补偿控制、高压直流（HVDC）功率调制等。2.紧急状态下的安全稳定控制：受第二类大扰动，应有防止稳定破坏和参数严重越限的紧急控制。实现第二道防线：包括发电机汽轮机快速控制汽门、发电机励磁紧急控制、动态电阻制动、并联和串联电容器强行补偿、HVDC功率紧急调制
34、和集中切负荷等。3.极端紧急状态下的安全稳定控制：受第三类大扰动，应配备防止事故扩大避免系统崩溃的紧急控制。如系统解列、再同步、频率和电压紧急控制，同时避免线路和机组保护在振荡时误动，防止线路和机组连锁跳闸。实现安稳的第三道防线。,41,2.2自动重合闸；,自动重合闸:3kV以上架空或混合线路一般应装设自动重合闸。基本要求：1)重合闸由保护动作启动和断路器与操作把手位置不对应启动。2)手动切断路器，不启动重合闸。3)重合闸动作次数（一次重合）。4)能定时自动复归5)可实现后加速，前加速（加速继电保护动作)。6)能接受外部闭锁。重合闸动作时限要求1)单电源三重:应大于故障点的灭弧时间、操作机构准
35、备好再动作时间。2)双侧电源，三重及单重：除1）条外，待线路两侧均切除故障、应考虑潜供电流对灭弧时间的影响。3)系统稳定要求。,42,1)110kV及以下：均为三相操作，故都采用三相重合闸 单电源：三相一次重合闸。（特殊情况可采用2次重合闸）双电源：一般情况可采 用同期鉴定或无压鉴定：保护将故障线路两侧断路器跳开，一侧先检无压重合，另一侧检同期重合。*如并列运行的电厂或系统有4条以上联系的线路或3条紧密的线路可采用不检同期三相重合闸。并列运行的电厂或系统之间有2条联系的线路或3条不紧密的线路,系统稳定允许时,可采用同步检定和无压检定的三相重合闸。2)220-500kV：为分相操作机构，（具备综
36、合重合闸条件）。a)220kV单侧电源,可采用不检同期三相重合闸。b)220-500kV：一般采用单相重合闸。*220kV双电源不检同期和检同步的三相重合闸条件同110kV,c)330-500kV 同塔双回线，可能发生跨线故障，为提高系统稳定可采用按相重合闸。d)单相重合闸应考虑：非全相时应有防止保护误动的措施。长时非全相，应有断开三相措施。e)重合闸应按断路器配置。F)电厂出口应有措施防止机组重合于永久故障。,重合闸的配置方式,43,2.3备用电源自动投入装置,备自投的设置：1)具有备用电源的发电厂厂用电和变电所的所用电源;2)有双电源供电，正常一用一备(断开）；3)降压变电所内有备用变压器
37、或互为备用的电源；4)有备用机组的某些重要辅机。备自投的功能要求：1)除发电厂备用电源快速切换外，应保证工作电源或设备断开后，才投入备用电源；2)工作电源或设备上的电压，不论何种原因消失，除有闭锁信号外，备自投装置均应动作；3)备自投装置应保证只动作一次。检验的方法：检母线无电压、线路无电流、工作电源开关断开等。发电厂备用电源自投装置：除外还应符合下列要求：1)当一个备用电源同时为几个工作电源备用时，备用电源已代替一个工作电源，另一个工作电源又断开，必要时自投装置仍能动作。2)有两个备用电源的情况，如各自独立，应各自装设备自投；当任一备用电源为全厂各工作电源备用时，自投装置应使任一备用电源能对
38、各工作电源实行备自投。3)厂用母线速动保护动作需闭锁备自投。2.3.4 当备自投投于故障时应有保护加速跳闸。,44,2.4、暂态稳定控制（安全稳定装置）,根据电网的实际情况配置防止暂态稳定破坏的控制装置 1)要进行稳定计算，根据计算确定稳控方案、控制策略或逻辑。2)稳定控制装置，优先采用就地判据的分散式装置，或几个厂站通道联系，组成分布式区域控制系统，尽量避免采用庞大复杂的控制系统。3)装置要采用模块化结构，便于发展。2.3.2 防止暂态稳定破坏的措施：功率过剩地区，采用发电机快速减出力，切除部分发电机，短时投入电气制动（投动态电阻制动）等。功率短缺地区，采用发电机快速加出力，切除部分负荷，(
39、改变抽水蓄能机的工况)、快速启动备用机组、调相改发电等。励磁紧急控制、串、并联电容装置的强补、切除并联电抗器、HVDC紧急调制等。预定地点将局部电网解列以保持主网稳定。2.3.3 根据相关规定：安全稳定装置宜按双重化配置。,45,2.5失步解列控制,1.当系统稳定破坏出现失步时,应采取消除失步振荡的控制措施。1)装设失步解列控制装置。按预先安排的输电断面将系统解列为各自保持同步的区域。2)局部系统可采用再同步控制,使失步的系统恢复同步。3)应在运行允许时间内尽快消除失步状态。4)系统中各失步控制系统应相互协调配合。震荡解列装置的原理：利用测量阻抗原理。,46,2.6频率和电压异常紧急控制,1.
40、电力系统中应装设限制频率降低的控制装置，因故障失去部分电源引起频率降低时，可采用低频减负荷装置限制频率降低。装置基本性能：a）快速动作的基本段，延时不超过0.2s，最高一级动作频率一般不超过49.2Hz。b）延时较长的后备段可按时段分若干级，最小动作时间为10-15s，级差不宜小于10s 2.为限制频率降低有条件可改变抽水蓄能机组工况和启动备用电源等，切除抽水蓄能机组的频率可为49.5Hz左右。根据电力系统自动低频减负荷技术规定：1）为了保证火电厂继续安全运行，应限制频率低于47.0Hz的时间不超过0.5s，以避免事故进一步恶化。2)自动低频减负荷装置动作后，应使运行系统稳定频率恢复到不低于4
41、9.5Hz水平。3)因负荷过切引起系统频率过调，其最大值不应超过51Hz。,47,电压异常紧急控制,3.防止系统出现扰动后引起无功欠缺，电压过分下降，可能出现电压崩溃，应装设自动限制电压降低的紧急控制装置。1)装置作用于增发无功，或减少无功需求（切除并联电抗器，切除负荷）。2)采用低电压减负荷控制措施非常重要。4.也要防止系统出现扰动后引起无功过剩，引起电压升高的措施，应设置自动防止电压升高的紧急控制。330kV以上线路或长距离的220kV线路,需要时装设工频过电压保护。具有大量电缆线路的配电变电所，突然失去负荷会导致母线电压升高，应设置自动防止电压升高的装置。,48,2.7故障记录及故障信息
42、管理,故障录波器 1.为了分析电力系统事故和安全稳定装置在事故过程中的动作情况，需要在主要发电厂、220kV及以上变电所和重要的110kV变电所装设故障记录装置（故障录波器）。故障录波器录取模拟量和事件量及故障测距的数据等。保护与故障信息管理系统 1.为使调度端能全面、准确、实时地了解系统事故过程中继电保护装置的动作行为，需建立保护与故障信息管理系统，目前各级网调均已建有主站，各主要厂站也都配有子站系统。2.主站端能直接接收直调厂站的故录和继电保护运行信息。并能进行分类查询、分析、管理等功能。3.能进行波形、相序、相量、谐波的分析、判断故障点等4.子站系统与调度端主站的通讯采用专用数据网传送。
43、,49,2.8继电保护和安全自动装置的通道,一般有以下几种通道：光纤通道、微波通道、电力载波通道、导引线电缆等。都可作为继电保护和自动装置的通道。目前优先选用光纤通道。光纤通道有采用专用光纤芯和2Mb/s口的复用通道。双重化原则配置的保护和自动化装置：两套装置的通道应互相独立。光纤通道能传送数字信号,易实现光纤电流差动保护电力数据网。主要传送数字信息。如保护与故障信息管理系统的传送、调度自动化信息传送等,50,220kV变电所继电保护配置举例(双母线),1.220kV线路保护配置：每回线路配置双套全线速动保护（如纵联电流差动、纵联距离保护等），每套主保护带完整的后备保护。（三段相间阻抗和三段零
44、序阻抗及2段零序电流）。主保护1采用专用光纤通道，主保护2采用复用光纤通道。220kV线路主保护动作时间要求：近区故障小于等于20ms,远区故障小于等于30ms。两套主保护要求完全独立。自动重合闸随主保护配置，具有综合重合闸功能。2.母线保护：配置双套微机型母线保护。3.配置一套失灵保护装置。(或其中一套母线保护带失灵保护)。4.配置故障录波器屏。（根据出线回路数定台数）。5.配置保护与故障信息管理系统 子站。*如一个半接线：1）每组母线配2套母差保护，2）每个断路器配置一面断路器保护（包括重合闸、失灵保护和短引线保护）3）配置远跳回路（根据通道情况设就地故障判别装置）。,51,习题讲解,1.
45、继电保护设计应满足哪四性要求？可靠性：（信赖性和安全性）、选择性、灵敏性、速动性。2.什么是主保护、什么是后备保护？1)主保护：在电力系统中，能满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除故障的保护装置 2)后备保护：主保护动作失败或断路器拒动时起作用的保护，具有相对选择性。后备保护分远后备和近后备。3.220KV线路主保护如何配置，对主保护动时间作的要求？220KV线路主保护应配置双套全线速动的主保护，主保护动作时间近区故障小于等于20ms,远区故障小于等于30ms。,52,习题讲解,4.220-500kV的母线保护配置原则 220kV及以上的母线应配置两套母线保护；一个半断路器接线
46、，每组母线装设两套母线保护。（有选择性、快速切除母线故障）5.220kV、500kV的接地后备保护能可靠地有选择地切除故障，应保证接地电阻不大于多少?220kV不大于100欧姆；500kV不大于300欧姆（330kV不大于150欧姆）。6.330-500kV线路如何实现主保护双重化？1)配置两套完整、独立的全线速动主保护。2)两套主保护的交流电流、交流电压、直流电源均应相互独立;3)每套保护均能快速切除各类故障 4)为实行单相重合闸，两套主保护均应有选相功能。5)每套保护分别动作于断路器的一组跳闸线圈 5)两套主保护应有相互独立的远方信号传输设备 6)全线速动主保护整组动作时间：近端20ms，
47、远端30ms。8.,53,习题讲解,7.继电保护整定计算时有哪几个主要假设条件短路电流计算时几点主要假设：忽略主设备和线路阻抗参数的电阻部分。不计线路的电容电流和负荷电流的影响。不计故障点的电阻和接地电阻。不计短路暂态电流中的非周期分量。8.继电保护整定计算中可靠系数K1、返回系数Kf如何定义？1)电流保护的可靠系数Kk1；距离保护的Kk1。过量动作的继电器的返回系数Kf 1；欠量继电器的返回系数Kf 1。9.断路器失灵保护动作时间的整定原则。1)一个半断路器失灵保护应瞬时先跳本断路 器一次，再经一时限动作于断开相邻断路器。2)单、双母线的失灵保护，应短 时跳开相关的母联及分段，再经延时动作于
48、与拒动断路器同一母线的所有有源 支路的断路器：变压器断路器的失灵保护还应动作于断开接有电源侧的所有断路器。,54,习题讲解,10.110KV及以下双侧电源(包括220kV双侧电源),自动重合闸方式的选定原则。1)具有3回联系的线路或4回联系不紧密的线路：可采用不检查同步的三相重合闸2)具有2回联系的线路或3回联系不紧密的线路：可采用同步检定和无压检定的三相重合闸,55,习题讲解,11.如设有专用备用变压器，电源自投方式为。当自投启动条件满足时，自投装置立即动作 12电力系统承受大扰动能力的三级稳定标准？1)第一级安全安全稳定标准是：在发生第类故障扰动后能保持系统稳定运行和电网的正常供电。第类故
49、障是指单一故障。2)第二级安全安全稳定标准是：在发生第类故障扰动后能保持系统稳定运行但允许损失部分负荷。第类故障是指严重故障。3)第三级安全安全稳定标准是：在发生第类故障扰动后，系统不能保持系统稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。第类故障是指多重严重故障。,56,三、调度自动化,3.1.电力系统调度：1)电网运行要求：合理的电网结构是电网安全稳定的物质基础保证，要保证电网的安全稳定运行，除继电保护，自动装置外还必须有现代化的调度自动化手段。2)电网的调度管理：1)电网调度的基本任务：指挥、协调发、输、变、配和用户的运行操作、事故处理，保持电网安全稳定的正常运行。2）电网调度的原则：
50、统一调度、分级管理分层控制的原则。3）电网调度机构：我国分五级:国调、网调、省调、地调、县调。4)电网调度的基本手段：实现调度自动化，当前控制电网的技术手段主要是：继电保护及自动装置、电网的安全稳定控制装置、调度自动化系统。,57,3.3.电网调度自动化系统的基本功能：,电网调度自动化系统分1)能量管理系统（EMS）、配电管理系统（DMS）。两者皆以数据信息采集与监控（SCADA）为其基本功能，故表示为（SCADA/EMS）和（SCADA/DMS）。3.3.1（SCADA/EMS）功能：以发、输电网为主的调度指挥、协调控制的自动化系统。1)数据信息采集与监控（SCADA）：是EMS的基本功能。
