第一章 电力系统继电保护概论

电力系统继电保护PowerSystemProtectiveRelaying电气工程及其自动化专业课程华中科技大学文华学院机电学部主讲:唐萃2008.9联系方式唐萃Tel:[phone]QQ:283407482Email:[e-mail]注：请本班班长或者学习委员课后留下联系方式教材及参考书籍教材：尹项根，曾克娥.电力系统继电保护原理与应用(上册)华中科技大学出版社，2001年参考书：张保会，尹项根主编.电力系统继电保护·北京：中国电力出版社，2005贺家李，宋从矩编.电力系统继电保护原理·第三版·北京：中国电力出版社，1994陈德树.计算机继电保护原理与技术.华中理工大学继电保护的主要特点继电保护工作涉及到每个电气主设备和二次辅助设备。继电保护是一门综合性的科学，它奠基于理论电工、电机学和电力系统等基础理论，还与电子技术、通信技术、计算机技术和信息科学等新理论新技术有着密切的关系。继电保护是一门理论和实践并重的学科。继电保护工作稍有差错，即可能对电力系统的运行造成严重的影响，给国民经济和人民生活带来不可估量的损失。课程教学目标通过本课程学习：掌握电流保护、方向性电流保护、距离保护和差动保护等几种常用保护的基本工作原理、实现方法和应用范围、整定计算的基本原则；深刻地认识到,电力系统继电保护在保证电力系统的安全稳定运行中所起的重要作用；掌握电力系统继电保护的基本原理、基本概念、基本实验技能，毕业后为从事本专业范围内的实际工作奠定基础。课程内容安排第一章电力系统继电保护概述第二章继电保护的基础知识第三章输电线路的电流电压保护第四章输电线路的距离保护第五章输电线路的纵联保护保护第六章输电线路的自动重合闸第七章＊电力变压器的继电保护习题课实验6学时总计48学时总学时：42（理论课）＋6（实验）学分：3平时成绩：作业+考勤+提问考核方式：笔试Chapter1电力系统继电保护概论内容提要：§1.1继电保护的概念与作用§1.2对继电保护的基本要求§1.3继电保护的基本原理、构成与分类§1.4继电保护技术的发展教学要求重点：继电保护的基本原理，对电力系统继电保护的基本要求。难点：对电力系统继电保护的基本要求。了解电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果；掌握继电保护装置概念、继电保护的任务（作用）、原理及组成；熟练掌握对继电保护的基本要求。§1.1继电保护的概念与作用1.1.1继电保护的基本概念与作用1.继电保护基本概念电力系统安全保障体系中最重要的专门技术之一。电力系统继电保护一词泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术，也包括由获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置到断路器跳闸线圈的一整套具体设备，如果利用通讯手段传送信息，还包括通讯设备。2.继电保护的基本作用在电力系统范围内，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，以求最大限度地维持系统稳定、保持供电连续性、保障人生安全、防止或减轻设备损坏。1.1.2电力系统的故障状态和不正常运行状态运行状态的定义:电力系统在不同运行条件下的系统与设备的工作状态。正常运行状态故障状态不正常运行状态系统正常工作状态下的约束有功平衡：无功平衡：功率、电流上限约束：电压、频率约束：1.1.2电力系统的故障状态和不正常运行状态（1）系统正常工作状态能够满足上述相关等式约束、不等式约束；能够提供合格的电能，满足负荷的供电需求；能够保证系统中的相关设备均在规定的长期安全工作限额内运行，并保持一定的备用容量。1.1.2电力系统的故障状态和不正常运行状态（2）电力系统的故障状态由于各种原因，系统中发生的各种形式的短路故障和断线故障。其中最危险的是各种类型的短路。故障特征量：电流增大、电压降低、测量阻抗减小、功率方向发生变化、各物理量之间的相位变化。1.1.2电力系统的故障状态和不正常运行状态短路可能产生的后果：1.很大短路电流和所燃起的电弧，危害故障设备和非故障设备；2．引起元件的发热和电动力的作用，损坏或缩短其使用寿命；3．电力系统部分地区电压大大降低，影响用户的正常工作；4．破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（引起系统振荡，甚至使系统瓦解）1.1.2电力系统的故障状态和不正常运行状态（3）不正常运行状态电气元件的运行状态一定限度的超出正常运行时的任一等式或不等式约束。包括：电流偏大、电压偏低、频率偏低、系统振荡等等。a、其性质、后果及危害性有别于故障b、长时间的不正常运行有可能造成故障如长期过负荷→温度升高→绝缘老化→故障1.1.2电力系统的故障状态和不正常运行状态（4）电力系统的事故事故是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到不能允许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备损坏的事件。故障状态和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故。1.1.2电力系统的故障状态和不正常运行状态面对故障或异常运行该如何处理？减少人为因素引起的事故及异常运行电力系统安全紧急控制的三道防线：——第一道防线：继电保护装置；——第二道防线：切机切负荷，低频低压减载；——第三道防线：系统解列等。⑴发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件（设备）从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。⑵反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员）而动作于发出信号、减负荷或跳闸。⑶采取预定措施，尽快恢复故障元件供电。1.1.3继电保护装置的基本任务§1.2继电保护的基本原理及其组成1.2.1继电保护构成的基本原理继电保护基本原理是利用被保护线路或设备故障前后某些变化的物理量为信息量，当信息量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。利用正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（1）电流明显增大—过电流保护（2）电压明显降低—低电压保护（3）电压与电流间的相位角会发生变化—方向保护。（4）测量阻抗会发生变化—阻抗保护（5）电气元件流入与流出电流的关系发生变化—电流差动保护（6）出现负序和零序分量—零序保护和负序保护1.2.1继电保护构成的基本原理1.2.2继电保护装置的构成图2.3继电保护装置构成示意图继电保护一般由三个部分组成:测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构如下图所示。测量被保护元件工作状态的物理量，并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该启动。根据测量部分各输出量的大小，性质，出现的顺序等，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作等。1.2.2继电保护装置的构成以过电流保护装置为例,来说明继电保护的组成和基本工作原理.It+_++_LH信号YRQF1.2.3继电保护的分类按被保护对象的类别：分为线路保护和设备保护。按保护原理，继电保护可分为电流保护，电压保护，距离保护，差动保护，纵联保护等。按故障和不正常运行状态的类型，可分为相间短路保护，接地故障保护，匝间短路保护等。按继电保护装置的实现技术，继电保护可分为机电型保护，整流型保护，晶体管保护等。按故障继电保护的职责和重要性，分为主保护和后备保护。按继电保护测量值和整定值的动作关系，可分为过量继电保护装置和欠量继电保护装置。§1.3对继电保护的基本要求术语：主保护远后备保护近后备保护对于继电保护，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选择性(Selectivity)选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。1.3.1选择性(Selectivity)保护的配合主保护：能以最短的速度切除被保护元件范围内的故障的保护。后备保护：当故障线路的主保护或断路器拒动时用以切除故障的保护。分为近后备保护和远后备保护。近后备保护：作为本线路主保护的后备保护。远后备保护：作为下一条相邻线路主保护或开关拒跳的后备保护。k3点短路：保护6动作，6QF跳闸；若保护6或6QF拒动，5QF跳闸；k2点短路：保护5动作，5QF跳闸；若保护5或5QF拒动，保护1和保护3动作于1QF、3QF跳闸；k1点短路：保护1和保护2动作，1QF、2QF跳闸；若保护2或2QF拒动，保护3动作于3QF跳闸；上下级保护之间的配合上一级保护的灵敏度要低于下一级；上一级保护的动作时限要高于下一级。后备保护之间保护的配合上下级电力元件的保护范围必须交叉重叠。以保证系统中任意一点故障保护都能动作。1.3.2速动性(Speediness)在允许范围内，尽可能快速动作。（1）需要快速切除的故障如大容量的发电机、变压器和电动机内部发生的故障。（2）故障切除时间：保护装置动作时间+断路器跳闸时间，即t=tbh+tDLt－故障总切除时间；tbh-保护动作时间；tDL-断路器动作时间；保护的动作时间：保护的固有动作时间+保护的整定时间1.3.2速动性(Speediness)一般的快速保护装置动作时间为0.06～0.12s，最快的可达0.01～0.04s。一般的断路器的动作时间为0.06～0.15s，最快的可达0.02～0.06s。1.3.3灵敏性(Sensitivity)对故障或不正常运行状态的反应能力。在其保护范围内，对各种性质的故障都能敏锐感觉、正确反应。保护的灵敏度要求：参照GB14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》取值范围：主保护：1.5-2.0近后备：1.3-1.5；远后备：1.2灵敏系数1.3.3灵敏性(Sensitivity)反应过量的保护：保护整定值故障参数的最小计算值时保护安装处测量到的保护区末端金属性短路senKopksenIIKmin.对于过电流的保护：反应欠量的保护：算值到的故障参数的最大计故障时保护安装处测量保护区末端金属性短路保护整定值senKmax.kopsenUUK对于低电压的保护：由于多数短路故障是非金属性短路，计算或测量参数有误差等，要求灵敏度要大于1。1.3.4可靠性(Reliability)保护装置既不拒动、又不误动。（1）从两个方面考核：保护范围内→不应拒动保护范围外→不应误动（2）使保护装置不误动与不拒动的技术措施常互相矛盾，需要折中或侧重。此四个基本要求是分析研究继电保护的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。根据被保护元件在电力系统中的地位和作用来确定具体的保护方式，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到统一。以上四个基本要求之间，有的相辅相成，有的相互制约，需要针对不同的使用条件，分别地进行协调。如：选择性、速动性↑→可靠性↓灵敏性↑→可靠性↓、选择性↓选择性↑→速动性↓§1.4继电保护技术的发展1.4.1继电保护技术的发展简况从构成保护装置的元件看：机电型(电磁型、感应型、电动型)→电子型(晶体管、集成电路）→微机型（90年代初）从保护原理看：过电流保护（最早熔断器1901年）→电流差动保护（1908年）→方向性电流保护（1910年）→距离保护（1920年）→高频保护（1927年）→微波保护（20世纪50年代）→行波保护（20世纪70年代诞生、50年代有设想）→光纤保护1.4.2行业发展情况国外主流继电保护厂商：ABBSIMENSGEAREVASEL：只做保护TOSHIBA国内继电保护厂家：原机械工业部下属：阿城继电器厂，许继集团，上海继电器厂南自系：（南京电力自动化设备总厂）国电南自，南自科技，南自自控南瑞系：（国电南瑞，南瑞集团，南京电力自动化研究院）南瑞继保，深圳南瑞，南瑞城乡电网北京四方烟台东方武汉本土：武汉国测，华工电气，中原华电继电保护课程学习的特点必要理论基础是电工原理、电机学、数字信号处理、电子技术，电力电子学，微机原理与接口技术，电气工程基础，电力系统分析，C语言与程序设计。应特别注意学