华北电力大学精品课程课件-电力系统继电保护(黄少锋教授)-绪论

1/55主讲人：黄少锋NorthChinaElectricPowerUniversity电力系统继电保护原理2/55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3/55一、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！4/55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）。5/55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6/55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。7/55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。8/55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。9/55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。10/55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11/55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。12/55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。13/55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。14/55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：),()()()(K,K,K,K11123不对称性短路对称性短路15/55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：)(AK1故障类型故障相别),()()()(K,K,K,K1112316/55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17/55二、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”。18/55)(BALI)(CBLI正常状态ABC)(BALI)(CBLI1CLI2CLI短路状态ABC)(BAKI)(CBKI1CLI2CLI)()(CBLCBKII19/55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eeUU)%10~5(LLemmmZIUIUZLIKIKUKKKmmmZIUIUZ差异界线20/55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。21/55——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22/55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。23/55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24/55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25/55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26/55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。27/55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28/55三、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”29/55几个位置的称谓ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准本线路30/55几个位置的称谓ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准下一条线路(相邻线路)31/55几个位置的称谓ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准背后线路32/55几个位置的称谓ABC12345678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33/55几个位置的称谓ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准相邻线末端短路34/55几个位置的称谓ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准反方向短路35/551、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。ABC123456783K有选择性：最靠近短路点的断路器跳闸。36/55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37/55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。ABC123456783K38/55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：K3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）。ABC123456783K39/55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。40/552、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。41/552、速动性故障切除时间＝保护装置动作时间＋断路器动作时间0.02～0.12s0.06～0.15s对于高电压等级0.01～0.04s0.02～0.06s220kV及以上系统，要求的标准：动作时间≤30毫秒。42/55保护装置设定的保护范围反应范围≥设定的保护范围——有灵敏性装置的反应范围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。43/55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。设定范围反应范围灵敏系数44/554、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。%100保护装置总动作次数保护装置正确动作次数正确动作率45/55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。46/55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）。47/55四性要求之间的关系：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。48/55“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。49/55四、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）50/55五、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