电力系统继电保护原理1

电力系统继电保护原理2012年3月•授课教师:尚勇13972248429第一章绪论主要内容：电力系统正常运行状态电力系统故障及不正常运行状态电力系统继电保护任务和作用继电保护的基本原理及组成对电力系统继电保护装置的基本要求继电保护技术的发展概况１.1电力系统的运行状态•电力系统的运行状态指电力系统在不同运行条件下的系统与设备的工作状况•电力系统的三种运行状态：正常、故障和不正常运行状态。•正常运行条件由等式约束条件及不等式约束条件构成•等式约束条件:系统有功、无功平衡•不等式约束条件：参数的运行范围1.２电力系统故障及不正常运行状态在电力系统运行中，外界因素（如雷击、鸟害等）、内部因素（如绝缘老化、损坏等）及操作等，能引起各种故障及不正常运行状态。常见的故障：单相接地；两相接地短路；两相短路；三相短路；断线等。常见的电力系统不正常运行状态：过负荷；过电压；非全相运行；振荡等。系统故障可能造成的后果•故障点强大的短路电流及燃起的电弧，可能损毁设备；•电力系统部分区域电压大幅度下降，破坏用户电力稳定性，影响用户的正常生产工作；•短路电流所通过设备因热效应和电动力而损坏或缩短了寿命；•电力系统稳定性遭到破坏，产生振荡，甚至引起系统瓦解。事故•故障和非正常运行状态都能引起系统事故。所谓事故，是指系统的全部或部分的正常运行遭到破坏，造成对用户停止送电、少送电或电能质量变坏，甚至造成人身伤亡、设备损坏等。•为减少事故的发生，要加强设备维修工作，提高运行质量，严格执行各项规章制度1.３电力系统继电保护任务和作用•在电力系统中，除应采取积极措施尽可能消除发生故障的诱因外，当故障发生时，必须迅速可靠地将故障设备从系统中切除，以保证非故障设备的正常运行，并尽量缩小故障影响范围。切除故障的时间必须保证设备的安全和系统的稳定，有时甚至要求在几十毫秒以内。这就需要在每个电气元件上装设灵敏可靠的继电保护装置。•继电保护装置就是能迅速反应电力系统中电气元件发生的各种故障及不正常运行状态，并有选择性地动作于跳闸或发出信号的一种自动装置。•继电保护=继电保护装置+继电保护技术电力系统继电保护的基本任务1.自动、迅速、有选择地跳开特定的断路器，从电力系统中切除故障元件，保证无故障部分迅速恢复正常运行；2.反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（如有无经常值班人员），动作于信号、减负荷或跳闸。反应不正常运行状态的保护，通常不需瞬时动作，而是带一定的时限，以避免误动作。•继电保护装置在电力系统中的主要作用是预防事故、缩小事故范围，提高运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续供电，是电力系统安全稳定运行不可缺少的组成部分。2.继电保护的基本原理•基本原理：找“区别”•电力系统发生故障时，电流电压的大小和相位将发生变化，还会产生负序、零序电流电压分量。利用故障中系统电气量的特征，可以构成各种不同原理的继电保护装置。例如：反应电流增大的过电流保护，反应电压降低的低电压保护，反应电压与电流的比值即阻抗变化的距离保护等。•反映非电量保护:反映瓦斯气体构成瓦斯保护；反映绕组温度升高可构成过负荷保护.继电保护的组成原理方框图逻辑部分测量部分执行部分整定值输入信号输出信号图1-2继电保护的组成原理方框图•继电保护装置一般由三大部分组成：测量部分、逻辑部分和执行部分，其组成原理方框图如图1-2所示。测量、逻辑、执行部分•测量部分测量被保护元件电气量，经过转换和构成后，将其与整定值比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”、等于“0”或“1”等逻辑信号，以便判断保护是否起动；•逻辑部分根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现次序或组合方式，确定保护装置是否动作；•执行部分根据逻辑部分所做出的判断，执行保护装置的任务（跳闸或发信号）。某线路延时动作的电流保护单相原理接线图继电保护的工作原理•以图1-3所示的某线路延时动作的电流保护单相原理接线图为例，说明继电保护的工作原理：当K点发生短路故障时，线路中流过短路电流Ik，电流互感器TA二次侧流过很大的电流Ik/nTA，当此电流达到电流继电器KA的动作电流值IOP时，电流继电器动作，其输出脉冲起动时间继电器KT，经预定延时后，KT的输出脉冲起动跳闸线圈YR，跳开断路器QF，切除故障，并起动KS发出信号。短路电流消失，电流继电器立即返回。继电保护的工作配合•主保护：反映整个保护元件上的故障并能以最短的延时有选择地切除故障的保护称为主保护。•后备保护：主保护拒动时，用来切除故障的保护，称为后备保护。•后备保护分为：远后备、近后备。区别：配置的地方不同。3.对电力系统继电保护装置的基本要求•作用于断路器跳闸的继电保护装置，一般应满足四个基本要求：–选择性–速动性–灵敏性–可靠性。可靠性•保护装置的可靠性是指保护在应该动作时可靠动作，即不拒动，不该动作时不误动作，即不误动。不误动也称安全性，不拒动也称信赖性。保护装置可靠性是由设计、制造、安装调试、运行维护等方面的水平和质量来决定的。选择性•选择性是指在电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件从系统中切除，尽量缩小因故障而停电的范围，保证无故障部分继续运行。•只有合理地选择保护方式，并正确地进行整定才能保证保护装置良好的选择性，保护的选择和整定就是一个获得选择性的过程。图1-1可帮助说明选择性的意义。当线路WL4的k2点发生短路时，按选择性要求保护6应动作，使断路器6QF跳闸，变电站A、B、C及其用户则照常运行。如果保护6或断路器6QF拒绝动作，则保护5经一定延时后动作，5QF跳闸，切除线路WL3。这种情况称为远后备，虽然切除了一部分非故障线路，但尽可能地限制了故障的发展，尽量缩小了故障影响范围。若线路WL1的k1点发生短路，保护装置1和2应按选择性动作，1QF、2QF跳闸，切除故障线路，变电站A经线路L2向变电站B继续供电。C1325641QF2QF5QF6QF4QF3QFk1k2ABWL1WL2WL3WL4图1-1继电保护选择性示意图k1~速动性•速动性是指在电力系统发生故障时，继电保护装置尽可能快速地动作并将故障切除，减少用户在电压降低的条件下运行的时间，避免故障电流及其引起的电弧损坏设备，保证系统的并列稳定运行。•动作迅速并有选择性的保护装置，结构复杂，价格昂贵。在保证系统及设备安全的条件下，允许保护装置的动作带有延时。从故障发生到断路器跳闸灭弧的时间，称为故障切除时间，它等于继电保护装置动作时间与断路器跳闸时间之和。所以，快速消除故障，除了保护装置动作要快外，还要求采用快速断路器。现代高压电网中快速保护装置的最小动作时间可达0.01s；断路器的最小动作时间约为0.05～0.068s。系统结构决定故障极限切除时间，保护和断路器动作时间应根据被保护元件的具体情况来确定。灵敏性•灵敏性是指保护装置对在其保护范围内发生的故障和不正常运行状态的反应能力。要求保护装置对保护范围内发生的故障，无论此时系统运行方式是最大还是最小，也无论故障点位置、故障类型如何以及故障点过渡电阻的大小，都能灵敏地反应，即具有足够的灵敏度。灵敏度常用灵敏系数来校验。•对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）•对反应于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。保护的动作参数故障参数的最小计算值保护区内金属性短路时lmK故障参数的最大计算值保护区内金属性短路时保护的动作参数lmK互相配合关系•保护装置的选择性、灵敏性、速动性和可靠性是互相联系又互相制约的。在应用中，必须从全局出发来权衡。一般地，在保证保护装置可靠性的前提下，为了满足选择性，在系统稳定允许时，可以牺牲一些速动性；有时也暂时牺牲部分选择性来保证速动性，并采用自动重合闸或备用电源自动投入等措施予以补救。•在选择保护方式时，还应综合考虑经济条件，优先考虑简单可靠的保护装置4.继电保护技术的发展概况•原理：随电力系统的发展和科学技术的进步而发展过电流保护（最早熔断器）电流差动保护方向性电流保护（1901年）（1908年）（1910年）距离保护高频保护微波保护行波保护、光纤保护（1920年）（1927年）（50年代）（70年代诞生、50年代有设想）•结构型式：机电型电子型微机型(电磁型、感应型、电动型)晶体管集成电路20世纪50年代60年代末提出70年代后半期出样机,现在广泛应用资料：814美国大停电•大范围停电的直接和间接经济损失•大范围停电带来的社会问题•电力安全的重要意义新闻：814美国大停电中国电力安全思考•中国电网10起大停电事故有关情况•中国电力安全思考不让美国大停电在中国重演•中国电网可防大停电•假如全国大停电大停电的原因•由于电网发生故障或者严重过负荷引起一连串连锁反应，最终造成系统失去稳定而解列•自然灾害、恐怖袭击、战争•计算机病毒、黑客破坏等其他原因作业题•基本题：1.名词解释：故障、非正常运行状态、选择性、速动性、灵敏性、可靠性；•提高题：从大停电的危害看继电保护的重要作用。返回系数•使继电器返回的电流临界值，称为返回电流Ire。返回电流与动作电流之比称为返回系数：•电流继电器的返回系数一般在0.85~0.90之间。同理，其它保护继电器也相应地有动作值、返回值及返回系数。oprereIIk