继电保护最新发展技术典型故障分析常见继电保护故障的预防对策课件

继电保护最新发展技术 典型故障分析 常见继电保护故障的预防对策,国电南自 徐进亮 小灵通手 机传 真Email ：,一、继电保护最新发展技术,继电保护现状简介 发展过程 继电保护微机化没实现的目标 继电保护最新发展技术,1.继电保护现状简介,历史与要求 1继电保护及自动化是一门科技含量高、涉及专业范围广、技术性较强的专业。 2过去50多年的时间里，技术经历了从无到有、从机电式到微机型的发展，正逐步向计算机化、网络化、智能化、保护、控制、测量和数据通信一体化发展。 3新要求：在课题研究、产品质量监督、产品检测、产品认证、产品标准研究与制修订、标准的宣传贯彻、企业合作、管理创新、会员发展上不断下足功夫，开拓创新。,1.继电保护现状简介,05年，中国继电保护及自动化行业有以下重点工作 1课题研究：深入开展产品可靠性设计、可靠性制造、可靠性试验、可靠性评估，百万伏继电保护产品的可行性以及直流输电标准等方面的研究。 2标准方面：深入开展标准清理整顿，国际标准以及超前标准研究，国际、行标、协标的制修订以及宣传贯彻工作。 3质量监督与评价：加强产品质量可靠性认证，开展行业“质量可信产品”推介活动。不仅要对会员企业进行质量评价，还要对非会员企业加强质量评估，杜绝无标生产、鼓励采用国际标准和国外先进标准。,1.继电保护现状简介,我国继电保护及自动化行业迎来黄金发展期 由于我国继电保护研发、制造、运行和管理各条战线上的院士、专家、工程师辛勤工作，努力创新， 1我国的线路保护全面超越进口设备， 2主设备保护也取得了突破性的进展，在市场竞争中赢得了信誉，在运行实践中取得了优良的业绩。,我国继电保护取得了巨大成就,2线路保护的微机化率大大提高 继电保护特别是线路保护的正确动作率98%，之所以如此之高，重要原因是在线路保护中大量采用了微机保护。 和其他类型的保护装置相比较，微机保护以其特有的正确动作率高、动作速度快、自检能力强、运行维护方便等优点，受到了生产现场运行部门的欢迎。 2000年220kV及以上系统的微机保护率为43.99，线路保护微机保护占86，到2003年底，220kV以上系统的微机保护已占到70.29，线路的微机化率达到97.6。 实际运行中，微机保护的正确动作率要明显高于其他保护，一般比平均正常动作率高0.20.3个百分点。,我国继电保护取得了巨大成就,3国产线路保护全面超越进口保护 线路保护微机化率大幅提高的重要原因： 我国拥有自主知识产权的微机保护技术，并且迅速发展形成了产业化生产，其性能价格比远超过国外进口设备。 180年代末、90年代初我国继电保护科技工作者又相继研究开发了一系列的微机继电保护，更大大提高了保护的设备质量、技术性能及其运行的可靠性、灵活性和稳定性。 2在国调中心编写的 2003年直调系统继电保护运行工作总结中指出：“国产微机保护经过多年的实际运行，依靠先进的原理和技术及良好的工艺已全面超越进口保护”。 3从80年代220KV及以上电压等级的电力系统全部采用进口保护，到现在220KV系统继电保护基本国产化，反映了继电保护技术在我国的长足发展和国产继电保护设备的明显优势。,我国继电保护取得了巨大成就,4面对主设备保护正确动作率低的现实 2000年以来，主设备保护的正确动作率明显地要比线路保护低得多。 突出的问题是220kV及以上变压器保护的正确动作率只有76.21，电抗器的只有16.67。,我国继电保护取得了巨大成就,5增强提高主设备保护运行水平的信心 自1995年以来，继电保护的科研开发人员在提高电力主设备保护的动作速度和灵敏度方面，广泛推广应用了在线路保护上已经取得成功经验的工频变化量差动保护原理； 在解决防止CT饱和时的区外故障中差动保护误动作方面，在变压器励磁涌流判别等一系列影响主设备保护正确动作率的难题上，都取得了重大技术突破。 主设备保护的科研人员还将输电线路保护主、后备一体的成套化思想推广到主设备保护的制造、设计、运行中，大大简化了主设备保护的屏柜数目和电缆接线，减轻了运行、维护、检修的工作量，提高了主设备保护运行的可靠性。,我国继电保护取得了巨大成就,效果： 现在我国自行研制的发电机变压器组保护，已经成功地用于国内最大的800MW发电机组。500KV的变压器、母线和电抗器已广泛采用国产保护，750KV的变压器、母线和电抗器，有望采用国产保护。部分研制单位的主设备保护的正确动作率，多年来都达到100%。,我国继电保护取得了巨大成就,6：提高主设备保护的正确动作率，是一场新的挑战： 主设备保护与线路保护有明显的区别： 主设备保护的台、套绝对数比线路条数少得多，而且动作次数更少得多，这从客观上就使统计的正确动作率存在较大的离散性。 对主设备保护的试验研究成本高而且可能有较大的风险性，大量的工作要依靠数字仿真来进行； 第三，从不同类型主设备保护的动作原理上讲，故障量选择和判据确定比较复杂。 第四，当前体制改革带来的一些新问题，大量主设备分布在发电公司，因此各发电公司主管领导的重视将成为在迎接这一挑战中能否胜出的关键。,2.发展历程,50年代至60年代，阿城继电器厂引进继电器制造技术 50年代末，晶体管继电保护开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500 kV线路上，结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。 从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用3，天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kV和500kV线路上运行。,2.发展历程,我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。 1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。 在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和变压器保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。 南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。 至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。 可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。,3.继电保护微机化没实现的目标,应用傻瓜化 维护智能化 （供应后） 服务高级化（供应前） （配置优化、性价比比较、技术支持等） 故障或事件过程透明，可回放 针对一次设备物理结构的个性化综合处理 通讯：数据可以上行，下行一般不行，即使有也很简单 基本是实时数据逻辑处理， 几乎无过去数据的利用，也没有依据已有的经验来对将来作预测,4.继电保护最新发展技术,1继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展以32位数字信号处理器(DSP)为基础的保护、控制、测量一体化微机装置 2硬件： 功能齐全的32位大模块，一个模块就是一个小型计算机。采用32位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度受A/D转换器分辨率的限制，超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存(Cache)和浮点数部件都集成在CPU内 。,4.继电保护最新发展技术,3具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。 4用成套工控机作成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机 . 这种装置的优点有： (1)具有486PC机的全部功能，能满足对当前和未来微机保护的各种功能要求。 (2)尺寸和结构与目前的微机保护装置相似，工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可运行于非常恶劣的工作环境，成本可接受。 (3)采用STD总线或PC总线，硬件模块化，对于不同的保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易扩展。,4.继电保护最新发展技术,5网络化 计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这是首要任务)，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。,4.继电保护最新发展技术,5保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。天津大学1993年针对未来三峡水电站500kV超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理6，初步研制成功了这种装置。其原理是将传统的集中式母线保护分散成若干个(与被保护母线的回路数相同)母线保护单元，分散装设在各回路保护屏上，各保护单元用计算机网络联接起来，每个保护单元只输入本回路的电流量，将其转换成数字量后，通过计算机网络传送给其它所有回路的保护单元，各保护单元根据本回路的电流量和从计算机网络上获得的其它所有回路的电流量，进行母线差动保护的计算，如果计算结果证明是母线内部故障则只跳开本回路断路器，将故障的母线隔离。在母线区外故障时，各保护单元都计算为外部故障均不动作。这种用计算机网络实现的分布式母线保护原理，比传统的集中式母线保护原理有较高的可靠性。因为如果一个保护单元受到干扰或计算错误而误动时，只能错误地跳开本回路，不会造成使母线整个被切除的恶性事故，这对于象三峡电站具有超高压母线的系统枢纽非常重要。,4.继电保护最新发展技术,6保护、控制、测量、数据通信一体化 在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。 目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质，还可免除电磁干扰。现在光电流互感器(OTA)和光电压互感器(OTV)已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用OTA和OTV的情况下，保护装置应放在距OTA和OTV最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OTA和OTV的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断；另一方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。,4.继电保护最新发展技术,7智能化 近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误动或拒动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。 可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题,4.继电保护最新发展技术,8光CT、PT应用的适应性 传变方式的改变 信号量的低衰减 抗干扰重点的改变 数据共享 就地保护,4.继电保护最新发展技术,9 仿真系统 DSF-2多功能型继电保护测试仿真系统主要特点： 电流源 3030A，电压源 40100V 成熟的DSP信号处理单元 大功率电流输出最大功率300VA/相，电压输出最大功率30VA/相 主要功能软件： 双端实时仿真 测试软件 继电测试 谐波发生 故障再现 系统振荡 短路模拟 整组实验,4.继电保护最新发展技术,9 仿真系统 DSF-3便携式继电保护测试仿真装置 主要特点： 交流电流源 3030A，交流电压源 40100V 大功率电流输出最大功率300VA/相，电压输出最大功率30VA/相 软件、硬件模块化 主要功能软件： 单端实时仿真测试软件 继电测试 短路模拟 整组实验 同期测试 故障回放 系统振荡 谐波实验 阻抗特性 I/T特性测试 差动测试 独立的功能软件模块，可根据用户要求，为用户添加特殊功能软件。,二、典型故障分析,PT二次回路的接线对继电保护影响 220KV开关无故障动作,例一：PT二次回路的接线对继电保护影响,现象：已完全执行了反措的变电站，当区外接地故障发生时，仍出现了母线电压分量发生较大偏离，高频保护误动作的现象。,例一：PT二次回路的接线对继电保护影响,结论：当仪表PT二次绕组中性点在开关场与保护所接PT二次绕组中性点相连，两者共中性线至控制室接地，当电网发生严重故障时，由于暂态分量的影响，将会在保护电压二次回路中性线上产生一干扰压降，此压降将会导致保护测量电压发生偏移，从而，可能导致零序方向保护落入动作区范围内，而使保护发生误动作。,例一：PT二次回路的接线对继电保护影响,处理：为防止在暂态过程中，零序方向保护误动作，消除事故隐患，须在开关场将仪表所接PT中性点与保护所接PT的中性点分开，仪表所接PT中性点单独接地。,例二、 220KV开关无故障动作,现象： 220KV 其一开关A、B相跳开关，但第一、第二套保护无任何出口信号，仅该开关操作箱第二跳圈TA、TB灯亮。其二开关B、C相跳开关，但第一、第二套保护无任何出口信号，仅该开关操作箱第一跳圈TB、TC灯亮。备用状态的旁路开关C相合上，保护屏无任何出口信号。,例二、 220KV开关无故障动作,例二、 220KV开关无故障动作,结论： 1有直流电源误接 2有直流接地现象 3旁路开关的电缆较长，分布电容较大，绝缘水平较低达不到要求，而且控制、信号回路都在一起 4全站的接口屏配线复杂，有些发现有油状水珠,例二、 220KV开关无故障动作,处理： 1对操作回路进行了技术改进 2对接口屏进行整改，提高抗干扰能力 3消除直流电源混接点 4将开关的跳闸回路、合闸回路、信号回路分开,三、常见继电保护故障的预防对