电力系统继电保护-绪论.ppt

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1、绪 论,主 要 内 容,1.1 电力系统的各种运行状态1.2 继电保护的基本原理、构成和分类1.3 对电力系统继电保护的基本要求1.4 继电保护发展简史,1.1 电力系统的各种运行状态,电力系统概况,特点：（1）电能不能大量存贮；（2）电磁过程快速；（3）与国民经济和人民的日常生活等密切相关。,发电,输变电,配电,用电,电力系统概况,设备分类：一次设备、二次设备。,发电,输变电,配电,用电,1.1.1 正常工作状态,电力系统正常运行的约束条件 电力系统的运行条件一般可用3组方程式描述，一组微分方程式用来描述系统元件及其控制的动态规律，两组代数方程式则分别构成电力系统正常运行的等式和不等式约束条

2、件。,双绕组单相变压器,1.1.1 正常工作状态,微分方程式约束条件：,1.1.1 正常工作状态,等式约束条件：,发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率,等式约束条件：,负荷使用的有功功率和无功功率,1.1.1 正常工作状态,电力系统中各种有功功率和无功功率损耗,1.1.1 正常工作状态,等式约束条件：,用电设备的功率及其上限;,母线电压及其上、下限；,线路电流及其上限；,系统频率及其上、下限；,1.1.1 正常工作状态,不等式约束条件：,1.1.2 不正常工作状态及其危害,所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常运行状态。,常见的不正常状态及其危

3、害：过负荷：因负荷超过电气设备的额定值造成的电流 增大；危害：造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障。,常见的不正常状态及其危害：频率降低：由于系统中出现有功功率缺额而引起的；危害：1）影响产品质量；2）降到47Hz48Hz以下会引起频率崩溃；3）使电压下降可能引发电压崩溃。,所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常运行状态。,1.1.2 不正常工作状态及其危害,常见的不正常状态及其危害：过电压：发电机突然甩负荷而产生；危害：造成绝缘击穿导致短路。,所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常

4、运行状态。,1.1.2 不正常工作状态及其危害,常见的不正常状态及其危害：系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。危害：系统振荡时，电流和电压周期性摆动，严重影 响系统的正常运行。,所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常运行状态。,1.1.2 不正常工作状态及其危害,1.1.3 故障状态及其危害,常见的十种短路类型,纵向不对称故障,最常见且最危险的是各种类型的短路,复杂故障：在电力系统的不同地点（两处或两处以上）同时发生不对称故障的情况,2002年220kV电网输电线路故障统计表,短路的后果,数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧，使故障设备烧坏甚

5、至烧毁；短路电流通过故障设备和非故障设备时，产生热和电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设备缩短使用寿命；电力系统中大部分地区的电压下降，使大量电能用户的正常工作遭到破坏或产生废品；破坏电力系统并列运行的稳定性，而使事故扩大，甚至造成整个电力系统瓦解。,事 故,系统或其中的一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人员伤亡和电气设备的损坏。,一旦故障发生，要求在十分之几甚至百分之几秒内切除故障设备。,运行人员,继电保护装置,2006年国外停电事故,国外03年发生的大停电事故特大停电事故是现代社会的灾难,美国发生的其它大停电事故预防特大停电事故是对现代科

6、 学技术的挑战,An Example:August 14,2003 Blackout in the United States and Canada,An Example:August 14,2003 Blackout in the United States and Canada,地点：海南时间：原因：台风“达维”,我国保障电网安全运行的“三道防线”,第一道防线：高速、准确地切除故障元件的继电保护和反应被保护设备运行异常的保护被我国超高压电网普遍采用的装备利用被保护元件两端的尽可能简单的信息；超高压系统主保护动作速度1025毫秒；超高压系统主保护动作正确率99.82%。正在研究、未来可能装备

7、电网的保护利用被保护元件单端或两端故障暂态信息的继电保护；主保护动作速度25毫秒。以尽可能快的速度、在尽可能小的范围内切除故障，减少系统产生的不平衡能量,第二道防线：保障电网安全运行的安全自动装置自动重合闸装置：除减少重合于永久故障时系统不平衡能量外，尽量减少网络拓扑的变化，尽快恢复网络输电能力；备自投、事故减出力、自动切负荷、抽水改发电等：快速保持稳态发输电能力与用电需求的平衡。过负荷控制：连锁切机、切负荷，远方切机、切负荷等。保持稳态输电能力与输电需求的平衡。暂态稳定控制：逻辑式连锁切机、切负荷；利用局部量的稳定性预测与紧急控制装置；基于离线或在线计算的区域性稳定控制系统；用于保持动态输电

8、能力和输电需求的平衡。,第三道防线：失步解列与频率、电压控制失步解列：在互联电网失去同步后，在预定的地点解列，以各子网能独立满足供电需求。频率控制：通过低周减载、开启备用机组等满足频率要求，通过高周切机保证频率稳定、机组安全。电压和无功控制：通过低压减载和增发无功维持电压水平，防止电压崩溃。争取各自平衡，尽量减少对用户的损失，维持各子网的安全，创造并网条件。,电力系统是由各种电气元件组成的，由于自然环境、制造质量、运行维护水平等多方面的原因，各电气元件在运行中不可能一直保持正常状态。因此就要有专门的技术来为电力系统建立一个安全保障体系。其中最重要的专门技术之一就是继电保护技术。继电保护装置用于

9、实时检测电力系统各元件的运行状态。一旦系统发生故障或异常，继电保护装置迅速动作实现故障隔离或告警，保证电力系统的安全和稳定。,1.1.4 继电保护的概念及作用,继电保护技术 包括电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术。,一、继电保护的概念,继电保护技术+继电保护装置,继电保护装置 继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件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。,1.1.4 继电保护的概念及作用,一、继电保护的概念,继电保护技术+继电保护装置,二、继电保护的作用,自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免

10、于继续遭到破坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行。(故障)反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。（不正常运行）,1.1.4 继电保护的概念及作用,1.2 继电保护的基本原理构成和分类,1.2.1 基本原理,找差别 实现保护,非电气量：瓦斯保护，过热保护等。,原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。,1.2.2 继电保护装置的构成,测量比较元件,逻辑判断元件,执行输出元件,相应输入量,跳闸或信号,测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、

11、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。,根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。常用逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。,根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时,动作于跳闸并发出信号；不正常运行时,发出信号；正常运行时,不动作等。,继电保护系统的构成,1.2.3 继电保护的工作回路,KA,KT,KS,信号,

12、I,QF,TA,YR,t,1.2.4 继电保护的分类,按被保护的对象分类 输电线路保护、发电机保护、变压器保护、母线保护等 按保护原理分类 电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等,按保护所反应故障类型分类 相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、失步保护、失磁保护等按继电保护装置的实现技术分类 机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等,1.2.4 继电保护的分类,按继电保护测量值与整定值的关系分类 过量保护（测量值整定值时动作）欠量保护（测量值整定值时动作）,1.2.4 继电保护的分类,主保护：反映被保护元件本身的故

13、障，并以尽可能短的时限切除故障的保护。,按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等,1.2.4 继电保护的分类,按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等,后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护。,1.2.4 继电保护的分类,按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等,近后备保护：在本元件处装设两套保护，当主保护拒动时，由本元件的另一套保护动作。,远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。,1.2.4 继电保护的分类,按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等,辅助保护：为补充主保护和

14、后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护,1.2.4 继电保护的分类,1.2.5 电力系统继电保护的工作配合,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且造成的停电范围最小。保护区间的重叠是为了保证任意处的故障都置于保护区内，同时重叠区越小越好。,1.2.5 电力系统继电保护的工作配合,低压母线保护区,变压器保护区,高压母线I保护区,线路保护区,发电机保护区,高压母线II保护区,高压母线保护区,1.3 对继电保护的基本要求,对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：选择性、速动性、灵敏性、可靠性，即保护的“四性”。,1.3.1 可靠性,可靠性是指发

15、生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（简称拒动）；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。,1.3.1 可靠性,影响可靠性的因素,内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平内外接线简明触点多少等 外在的：运行维护水平调试是否正确正确安装等,1.3.1 可靠性,提高可靠性的办法,选用适当的保护原理，在尽可能的情况下尽量简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施。提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理。采取保护装置多重化。,1.3.2 选择性,选择性是指电力系统发生故障

16、时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。,例：,当d1点短路时，保护1、2动跳1DL、2DL 有选择性,选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。,例：,当d2点短路时，保护5、6动跳5DL、6DL 有选择性,1.3.2 选择性,选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。,例：,当d3点短路时，保护7、8动跳7DL、8DL 有选择性,1.3.2 选择性,选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行

17、，以尽量缩小停电范围。,例：,当d3点短路时，若保护7拒动或7DL拒动，保护5动（远后备）跳5DL 有选择性,1.3.2 选择性,选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。,当d3点短路时，若保护7正确动作和7DL跳闸，保护5动跳5DL，则越级跳闸（非选择性）,1.3.2 选择性,小结：选择性就是故障点在区内就动作，区外就不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善（对保护装置、DL、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。,1.3.2 选择性,

18、1.3.3 速动性,作用于断路器跳闸的保护都要求动作迅速。其主要原因如下：可以提高系统稳定性；减少用户在低电压下工作的时间；减少故障元件的损坏程度；避免故障进一步扩大。,故障切除时间：,tpr-保护动作时间 tQF-断路器动作时间,最快,1.3.3 速动性,快速保护：,断路器：,最快,1.3.4 灵敏性,灵敏性是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。,通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Ksen。,对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）,其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可

19、能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。,1.3.4 灵敏性,灵敏性是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。,通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Ksen。,对反应数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）,其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。,1.3.4 灵敏性,在GB14285-1993继电保护和安全自动装置技术规程中，对各类保护的灵敏系数的要求都作出了具体规定，一般要求灵敏系数在1.22之间。,上述四个基本要求是分析研究继电保

20、护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。例如强调快速性时，有时会影响可靠性、选择性和灵敏性，强调选择性时又会影响快速性和灵敏性。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的绝大部分工作是围绕着如何处理好这四个基本要求之间的辨证统一关系而进行的。,1.4 继电保护发展简史,继电保护原理随电力系统的发展而不断发展。继电保护装置随着构成继电器的元器件制造技术发展而变化。,构成继电保护原理的两个基本要求：1.正确区分正常运行和事故运行态；2.正确判断故障地点或发生不正常运行的设备;,继电保护的发展简史,1901年,1908年,1910年,1920年,

21、1927年,过电流保护,差动保护,方向电流保护,距离保护,高频保护,微波保护,行波保护,原理发展,微机化网络化智能化保护、控制、测量、通信一体化,微机型,机电型(电磁型、感应型）,整流型,60年代,晶体管型,50年代,70年代,80年代,集成电路型,90年代,装置发展,50年代,70年代,本章学习重点,继电保护的作用 在学习时要了解电力系统中常见的故障类型和不正常运行状态，以及发生短路时对电力系统的危害。认识继电保护、继电保护装置的概念，及继电保护在电力系统中的任务。,本章学习重点,继电保护的基本原理和继电保护装置的组成 学习时应了解和认识电力系统在正常运行与发生故障或不正常运行状态时电气量参数的差别。它们是实现继电保护的理论依据。,本章学习重点,对电力系统继电保护的基本要求 它们是设计、分析与评价继电保护装置是否先进、实用和完善的出发点和依据，应熟练掌握并应用于今后的学习中。,参 考 书,贺家李，宋从矩 主编.电力系统继电保护原理（增订版）.北京：中国电力出版社，2004,The End,