电气工程基础-华中科技大学-第十章-继电保护2010

CompanyLogo第十章电力系统继电保护Chapter10PowerSystemProtectiveRelaying尹项根[e-mail]第十章电力系统继电保护-引言稳定控制技术继电保护技术：自动检测、判别与隔离故障的一种反事故技术稳态控制技术正常失稳异常故静稳稳动障不正常PowerSystemProtectiveRelaying对电力系统故障和不正常状态进行保护的首要措施是继电保护技术！★电力系统故障和不正常状态是不可避免的，可能酿成事故；★任何故障都是必须清除的，任何不正常状态都是必须处理的；★故障清除和处理必须是有效、及时、影响范围最小和可靠地。IntroductiontoPowerSystemProtectiveRelaying第一节继电保护的作用和原理电气工程基础——第十章电力系统继电保护本节内容要点一、继电保护的基本概念与作用二、继电保护技术与继电保护装置三、继电保护技术的发展与特点四、继电保护的基本原理五、继电保护的系统配置原理与保护范围BasicFunctionsandPrinciplesofProtectiveRelaying第一节继电保护的作用和原理(1)电力网及电力设备的异常状态1)故障状态(FaultState)：如短路（最严重），断线等；2)不正常运行状态(AbnormalOperatingConditions)：超出了正常允许的工作范围，但没发生故障，如过负荷。(2)故障状态和不正常运行状态的原因自然的：如雷击、地震、风雪、冰冻等；人为的：操作失误（如检修后忘拆接地线等）和蓄意破坏；设备的：如绝缘老化、磨损等。1.电力系统的故障状态和不正常运行状态电气工程基础——第十章电力系统继电保护一、继电保护的基本概念与作用BasicConceptsandFunctionsofProtectiveRelayingBasicFunctionsandPrinciplesofProtectiveRelaying第一节继电保护的作用和原理电气工程基础——第十章电力系统继电保护(3)故障状态和不正常运行状态的后果1)故障状态的后果：①强大的短路电流流过故障点，引燃电弧，损坏甚至烧毁故障设备；②短路电流在非故障部分产生电动力和发热，损坏设备或缩短寿命；③部分地区电压严重下降，破坏生产，影响产品质量；④破坏电力系统稳定，引发系统振荡，甚至系统瓦解。2)不正常运行状态：①过电流：设备及绝缘温度升高，加速绝缘老化，甚至发展成故障；②系统频率降低，引起过激磁，铁芯发热，破坏绝缘；③过电压，破坏绝缘；④功率失衡，诱发电力系统振荡；⑤负序电流，引起旋转电机转子过热。第一节继电保护的作用和原理电气工程基础——第十章电力系统继电保护(4)故障状态和不正常运行状态的关系1)故障引起临近健全元件处于不正常运行状态；2)不正常运行状态可能发展为故障。(5)电力系统的事故频繁，需要有经常性应对措施电力系统故障不可避免图片说明；电力系统严重事故举例：(美加03.西欧06,冰灾地震08,河南稳定06)(6)故障发展与故障控制的特点1)故障的特点；破坏和发展的速度快（光速），必须被迅速切除。2)故障控制的要求；以最小范围和最快速度隔离故障区域故必须采用专门的自动反事故装置——继电保护装置CompanyLogo电力系统异常与故障状态不可避免！电气工程基础——第十章电力系统继电保护广东省的自然灾害统计雷击，短路，火灾！12级台风“达维”袭击粤、琼，造成大面积倒杆。CompanyLogo电力系统异常与故障状态不可避免！电气工程基础——第十章电力系统继电保护2008四川汶川地震灾害美国土安全部发布的模拟黑客攻击，电网涡轮机失控而冒烟2008中国南方冰雪灾害事故例1：2003年美国“8.14”大停电上两张卫星照片显示了美加部分地区当地时间8月13日晚9时21分(左)，及14日晚9时03分夜间灯光，可见停电前后夜间照明差异。右边照片为事发当晚纽约城市停电情况。停电前停电后事故起因：炎热天气长期过负荷引起线路弧垂降低，对树枝放电保护跳闸，负荷转移诱发连续跳闸(连锁故障)，且处理不当。事故例2：2006年西欧“11.4”大停电UCTE联合电网示意图UCTE联合电网分裂成的3个孤岛–德国最大的能源公司E.ON电网公司为让迈尔造船厂新的“挪威珍珠”号轮船通过埃姆斯河驶入北海，断开河上从Conneforde到Diele的380kV双回线路；–随后输电线路过负荷连锁跳闸，导致欧洲输电协调联盟（UCTE）电网解列为3块，并大量切机切负荷；–西欧8个国家停电，其中德国、法国、意大利影响最大，约1000万人受到影响：法国15个地区突然停电，除东南部外，全国电力供应几乎全部中断。事故例3：2006年河南“7.1”稳定破坏事故简要过程：–20:48，河南500kV嵩郑II线差动保护误动，事故开始；–20:48至20:50，嵩山变电站安稳装置拒动，事故扩大；–20:50至20:59，紧急停运部分机组，多处拉限负荷，稳定系统电压。–20:59至21:07，豫西、豫中电网潮流、电压出现周期性波动，系统振荡，川渝电网与华中东部电网解列，华中电网与华北电网解列，21:05电网振荡平息停电影响：–河南省电网减供负荷276.5万千瓦；华中电网共损失负荷379.4万千瓦；–河南、湖北、四川、湖南、江西等省均受影响。事故起因：–继电保护和安全稳定装置误动作；–电网发展滞后，网架结构薄弱。电力系统继电保护的基本概念电气工程基础——第十章电力系统继电保护(1)电力系统安全保障体系及安全紧急控制技术安全紧急控制技术指故障紧急状态下的在线实时自动处理技术，其主要内容为继电保护装置与安全稳定自动装置等。(2)我国电力系统安全紧急控制的三道防线：第一道——防故障扩大，不失负荷：切除故障，靠继电保护装置；第二道——防系统解列，少失负荷：切机切负荷等，靠安稳装置；第三道——防系统崩溃，避免大面积停电和全黑：系统解列、低频低压减载等。电力系统继电保护的基本作用电气工程基础——第十章电力系统继电保护在全电力系统范围内，按指定分区实时地检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最大限度地保障人生安全、维持系统稳定、保持供电连续性、防止或减轻设备损坏。）电力系统故障分析与仿真2）继电保护原理及实现技术3）继电保护的配置与系统设计4）继电保护整定计算5）继电保护的运行与维护1.继电保护技术构成体系电气工程基础——第十章电力系统继电保护二、继电保护技术与继电保护装置ProtectiveDevices/RelaysandTechnology继电保护装置电气工程基础——第十章电力系统继电保护指装设于全电力系统的各个元件上，能按指定区域快速准确地反应电气元件发生的各种故障或不正常运行状态，并按规定时限产生断路器跳闸、发出信号等动作的一种反事故自动装置。继电保护的基本任务电气工程基础——第十章电力系统继电保护(1)自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除（操作断路器跳闸），最大限度地缩小故障范围、减轻设备伤，保证其它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，并根据运行维护规范和设备承受能力，发出相应的动作指令（如发出告警信号、减负荷或延时跳闸等）；(3)采取预定措施，尽快恢复故障元件供电和设备运行。继电保护技术的发展简况电气工程基础——第十章电力系统继电保护三、继电保护技术的发展与特点DevelopmentandCharacteristicsofProtectionTechnology(1)继电保护技术是随电力系统的发展（需求）和科学技术的进步（手段）而发展的。(2)继电保护原理的发展与继电保护实现技术的发展两条主线，彼此又相辅相成。(3)继电保护的实现技术经历了机电模拟型、电子模拟型（整流、晶体管、集成电路）和微机数字型几个主要发展阶段。1980s1970s1960s1950s&Before微机数字型继电保护晶体管、集成电路型继电保护整流型继电保护机电型继电保护（电磁、感应、电动）CompanyLogo第一节继电保护的作用和原理电气工程基础——第十章电力系统继电保护(a)(b)(c)(d)继电保护实现技术不同发展阶段的元件或装置(a)机电型继电保护；(b)整流型继电保护；(c)晶体管、集成电路型继电保护；d)微机数字型继电保护继电保护的特点电气工程基础——第十章电力系统继电保护(1)继电保护装置的运行特点：1)系统正常时处于检测状态；系统故障时迅速动作（长时监视、短暂动作）——静静的卫士（SilentSentinels）；2)动作于告警或跳闸，命令一旦发出，通常无法更改和收回；3)任何故障必须切除且只能在最小范围内切除，不能按概率来设计其动作正确性。对继电保护装置和系统提出极高的可靠性要求！(2)继电保护技术工作和课程学习的特点（略）电网设备故障及不正常状态时电气量的特点电气工程基础——第十章电力系统继电保护四、继电保护的基本原理BasicPrinciplesofRelayProtection(1)短路故障时——电气量相对于正常运行状态发生很大变化，可简单描述：电流明显突增；电压明显突降；电压电流相位角变化；测量阻抗变化；流入流出电气元件的电流关系变化；出现负序、零序分量。(2)其他故障或出现不正常运行状态故障时——调节不当使电气量偏离正常运行允许值的范围；其它设备或自身其它故障产生不正常的电气或非电气量；如非工频或负序、零序分量，瓦斯气体、温度升高等。继电保护的基本原理先说明——继电保护装置与系统的连接（输入与输出）电气工程基础——第十章电力系统继电保护负荷TATV测量部分逻辑部分执行部分电流输入电压输入继电保护装置正常状态故障状态setI整定值过电流保护原理低电压保护原理电气工程基础——第十章电力系统继电保护0.000.020.040.060.080.1001t/sU/pu.0.50.750.25-0.25-0.5-0.75-1正常状态故障状态setU