大学课件 电力系统继电保护 第一章 绪论.ppt

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1、电力系统继电保护,教材及参考教材,教材： 电力系统继电保护 西安交通大学 张保会 华中科技大学 尹项根 主编 中国电力出版社,参考书目 电力系统继电保护原理第三版 天津大学 贺家李 宋从矩 编著 中国电力出版社 电力系统继电保护原理增订版,教材及参考教材,参考书目 电力系统继电保护原理与应用 尹项根 曾克娥编著 华中科技大学出版社,内容,绪论 电网的电流保护 电网距离保护 输电线路纵联保护 自动重合闸 电力变压器保护 发电机保护 母线保护 数字式继电保护技术基础,学时分配与考核,学时分配 理论授课：56 实验：8 考核方法 平时考勤10%，作业10%，实验10% 期末考试70%,1.1 电力系

2、统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态,一次设备：一般将电能通过的设备。 如: 发电机、变压器、断路器、母线、输电线路、补偿电容器、电动机及其它用电设备等。,电力系统：,二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备。 如: 电流互感器、电压互感器、各类保护装置等。,电力系统运行状态：指电力系统在不同运行条件（负荷水平、出力配置、系统接线、故障等）下的系统与设备的工作状况。,电力系统运行条件：一般可用三组方程式描述，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件,等式约束条件是由电能性质本身决定的，即系统发出

3、的有功和无功应在任一时刻与系统中随机变化的负荷（包括传输损耗）相等。,发电机或其它电源设备(i)发 出的有功和无功功率；,电力系统中各种有功、无功功率损耗。,各种负荷（j）使用的有功和无功功率；,有功平衡,无功平衡,不等式约束条件是涉及供电质量和电力设备安全运行的某些参数，它们应处于安全运行的范围内（上限及下限），例如:,发电机、变压器或用电设备的功率潮流及其上限,母线电压及其上、下限,输配电线路中的电流及其上限,系统频率及其上、下限,根据不同的运行条件，可以将电力系统的运行状态分为正常状态、不正常状态和故障状态。 电力系统运行控制的目的就是通过自动的和人工的控制，使电力系统尽快摆脱不正常状态

4、和故障状态，能够长时间运行在正常状态下。 在正常状态下运行的电力系统，所有的等式和不等式约束条件均满足，表明电力系统以足够的电功率满足负荷对电能的需求；电力系统中各发电、输电和用电设备均在规定的长期安全工作限额内运行；电力系统中各母线电压和频率均在允许的偏差范围内，提供合格的电能。,电力系统中电气元件正常工作遭到破坏，但未发生故障，这种情况属于不正常运行状态。,1.1.2 电力系统不正常工作状态,在电力系统运行条件中，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电力系统工作状态称为不正常运行状态。,负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高（过负荷） 系统中出现功率缺额而引

5、起的频率降低（频率降低） 电力系统发生振荡等 小电流接地系统的单相接地引起非故障相电压升高 过电压（发电机突然甩负荷）,必须识别电力系统的不正常工作状态，通过自动和人工的方式消除这种不正常现象，使系统尽快恢复到正常运行状态。 由于不正常工作状态对电力系统和电力设备造成的经济损失与运行时间长短有关，加之引起不正常工作状态的原因复杂，一般由继电保护装置检测到不正常状态后发出信号，或延时切除不正常工作的元件。,1.1.3 故障状态及其危害,电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因而故障，使部分等式和部分不等式约束条件遭到破坏。 例如：短路、断线、复杂故

6、障等。 最常见也是最危险的故障是发生各种形式的短路故障。,发生短路以后可能产生以下后果：,（1） 通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏故障点、故障元件； （2） 短路电流通过非故障元件，发电机、变压器由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命非故障元件； （3） 系统中部分地区母线电压大大下降，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量母线电压； （4） 破坏电力系统各发电厂并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使系统瓦解并列运行。,故障类型 三相短路k（3） 两相短路 两相接地短路 单相接地短路 其它故障,故障次数 13 35 57 1644 37,故障概率 0

7、.73% 1.96% 3.19% 92.05% 2.06%,2001年我国220kV电网输电线路故障统计表,2001年我国220kV电网共有输电线路3543条，线路总长度141945公里，共发生故障1786次，故障率为1.25次/百公里年,事故：指系统或其中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至不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。,故障和不正常运行状态，均可能在电力系统中引发事故。,引发事故的原因,故障状态 不正常状态 自然因素（雷击、架空线倒杆） 设备制造缺陷 设计和安装的错误 检修质量不高 运行维护不当,切除迟缓或错误切除设备,事故,电力系统继电保护与安

8、全自动装置,1.1.4 继电保护的作用,电力系统控制操作的技术与装备,电力系统自动化（控制）,电网安全自动装置,继电保护装置,保证电力系统正常运行的经济性和电能质量的自动化技术与装备，主要进行电能生产过程的连续自动调节，动作相对迟缓，调节稳定性高,为了在故障后迅速恢复电力系统的正常运行，或尽快消除运行中的异常情况，以防止大面积的停电和保证对重要用户的连续供电常采用的措施，自动重合闸，备用电源自动投入、低电压、低频率切负荷、解列等,是指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。,继电保护,泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。

9、,电力系统继电保护,技术,装置,原理设计,保护配置,整定,调试,获取电量信息的电压、电流互感器二次回路,继保装置到开关跳闸线圈的一整套具体设备,如果需要利用通信手段传送信息，还包括通信设备,继电保护装置的基本任务,自动、迅速、有选择性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，恢复无故障部分正常工作。,反应电力设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号，减负荷或跳闸。,1.2 继电保护的基本原理及其组成,1.2.1 继电保护的基本原理,提取和利用电力元件在三种运行状态下的“差异”,“区分”出三种运行状态：正常、不正常、故障,“甄别”出发生故障或出现异常的元件,完成继电

10、保护任务,目前已经发现不同状态下具有明显差异的电气量有：流过电力元件的相电流、序电流、功率及其方向；元件运行相电压幅值、序电压幅值；元件的电压与电流比值即“测量阻抗”等,我们以上图为例分析一下利用不同的电气量特征分别能构成哪种保护：,1 线路电流幅值,2 母线的相间或对地电压幅值,3 线路始端电压与电流之比（即测量阻抗）,(a)正常运行如果规定电流的正方向是从母线流向线路，那么，A-B两侧电流的大小相等，相位相差180，两侧电流的矢量和为零。 (b)外部短路同上图，如果规定电流的正方向是从母线流向线路，那么，A-B两侧电流的大小相等，相位相差180，两侧电流的矢量和为零。 (c)内部短路两侧电

11、源分别向短路点供给短路电流，都是由母线流向线路，此时两个电流一般不相等，在理想条件下（两侧电势同相位且全系统的阻抗角相等），两个电流同相位，两个电流的矢量和等于短路点的总电流，其值较大。,其他类型的保护： 电流差动保护 纵联保护 电流相位差动保护 方向比较式纵联保护 反应非电气量特征的保护 气体保护 过热保护 纵联保护常被用做220kV及以上输电网络和较大容量发电机、变压器、电动机等电力元件的主保护。,纵联保护：利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧正常运行与故障时电气量差异的保护。 电流差动保护：利用内部与外部短路时两侧电流矢量的差别构成。 电流相位差动保护：利用内部与外部短路时两侧电流相位

12、的差别构成。 方向比较式纵联保护：利用内部与外部短路时两侧功率方向的差别构成。 气体保护：当变压器油箱内部的绕组短路时，反应于变压器油受热分解所产生的气体而构成的保护。 过热保护：当变压器油箱内部的绕组短路时，反应于变压器绕组温度的升高而构成的保护。,1.2.2 保护装置的构成,测量部分:从被保护对象输入有关的电气量作为保护动作的判据,并与已给的整定值进行比较.判断保护是否动作。,逻辑部分:使保护装置按一定的逻辑关系工作.确定是否应该使断路器跳闸或发出信号,是否延时等。,执行部分:完成保护装置所担负的任务。,故障时动作于跳闸 不正常运行时发出信号 正常运行时不动作,1.3 继电保护的基本要求,

13、可靠性 指对于该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时它不拒动，而在任何其它该保护不应动作的情况下，则不应误动。 选择性 仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小。保证系统中非故障部分的正常工作。 速动性 保护装置能迅速动作切除故障。 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。,1 可靠性,保护在它应动作时,即在保护范围内发生了它应该动作的故障时不拒动,而在它不应动作时,即正常运行或区外故障时不误动的性能. 可靠性包含两个方面： 安全性：要求继电保护再不需要它动作时可靠不动作即不发生误动作。 信赖性：要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠

14、动作即不发生拒动。,2 选择性,选择性保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它包含两层意思： 其一：只应由装在故障元件上的保护装置动作切出故障。 其二：要力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用。 保证选择性应注意做到： 一 使本线路近后备保护与主保护正确配合。 二 相邻元件远后备保护的正确配合： 1 上级元件后备保护的灵敏度低于下级后备保护的灵敏度。 2上级元件后备保护的动作时间大于下级元件后备保护动作时间。,以下图举例简单说明保护的选择性。,以下图举例简单说明保护选择性,3 速动性 保护装置能迅速动作切除故障,切除故障的

15、时间: 包括继电保护的动作时间和断路器跳闸的时间,快速切除故障: 可以减小故障元件的损坏程度. 可以迅速恢复非故障部分的正常工作,缩短用户在低电压下的工作时间. 提高系统并列运行的稳定性. 故障点易于去游离,提高重合闸可靠性.,速动而有选择性的保护装置,一般都较复杂,且价格高.可根据实际情况提出适当要求.,T切除故障=t保护动作+t断路器跳闸,下图给出某电网同一点发生不同类型的短路时，暂态稳定极限随故障故障切除时间的变化曲线,4 灵敏性,指保护对其保护范围内发生的故障或不正常工作状态的反应能力.,通常用灵敏系数Ksen衡量.,对于反应故障时参数增大而动作继电保护.,继电保护的动作参数的整定值,

16、不灵敏，拒动,大,灵敏，误动,小,主保护,后备保护,Ksen1.5-1.7,Ksen1.2-1.3,1.4 继电保护发展,继电保护技术是随电力系统的发展而发展起来的。,继电保护技术的发展阶段,继电保护装置的发展,二十世纪初，继电器才广泛用于电力系统保护，被认为时继电保护发展的开端； 1901年出现了感应型过流继电器； 1908年提出了比较被保护元件两端电流的电流差动保护原理； 1910年方向性电流保护开始应用，并出现了将电流和电压相比较的保护原理，导致了1920年后距离保护装置的出现； 1927年前后，出现了利用输电线载波传送输电线两端功率方向或电流相位的高频保护装置； 1950年前后，就提出

17、了利用故障点产生的行波实现快速保护的设想； 1975年前后诞生了行波保护装置； 1980年左右反应于工频故障分量原理的保护被大量研究； 1990年后该原理的保护装置被广泛应用。,机电式保护装置 静态继电保护装置 数字式继 电保护装置,机电式保护装置是由具有机械转动部件带动触点开、合的机电式继电器所组成，如电磁型、感应型和电动型继电器。,上世纪50年代，随着晶体管的发展，出现了晶体管式继电保护装置。这种保护装置体积小、动作速度快、无机械转动部分、无触点，被称为晶体管式保护装置 .上世纪80年代后期，静态继电保护装置由晶体管式向集成电路式过渡，成为静态继电保护的主要形式。,在上世纪60年代末，已有了用小型计算机实现继电保护的设想，但由于小型计算机当时价格昂贵，难于实际采用。由此开始了对继电保护计算机算法的大量研究，为后来微型计算机式保护的发展奠定了理论基础。 70年代后期，出现了性能比较完善的微机保护样机并投入系统试运行 80年代微机保护在硬件结构和软件技术方面已趋成熟 90年代，微机保护已在我国大量应用，主运算器由8位机、16位机，发展到目前的32位机；数据转换与处理器件由模数转换器（A/D）、电压频率转换器（VFC），发展到数字处理器（DSP）。这种由计算机技术构成的继电保护称为数字式继电保护,本章完,谢谢观看!,