电气系统继电保护绪论ppt课件

1,绪 论,2,继电保护-电力系统的医生 寻找发生故障或异常的设备,3,主 要 内 容,1.1 电力系统的各种运行状态 1.2 继电保护的基本原理、构成和分类 1.3 对电力系统继电保护的基本要求 1.4 继电保护发展简史,4,1.1 电力系统的各种运行状态,5,电力系统概况,特点：（1）电能不能大量存贮；（2）电磁过程快速； （3）与国民经济和人民的日常生活等密切相关。,发电,输变电,配电,用电,6,电力系统概况,设备分类：一次设备、二次设备。,发电,输变电,配电,用电,7,1.1.1 正常工作状态,电力系统正常运行的约束条件 电力系统的运行条件一般可用3组方程式描述，一组微分方程式用来描述系统元件及其控制的动态规律，两组代数方程式则分别构成电力系统正常运行的等式和不等式约束条件。,8,双绕组单相变压器,1.1.1 正常工作状态,微分方程式约束条件：,9,1.1.1 正常工作状态,等式约束条件：,发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率,10,等式约束条件：,负荷使用的有功功率和无功功率,1.1.1 正常工作状态,11,电力系统中各种有功功率和无功功率损耗,1.1.1 正常工作状态,等式约束条件：,12,用电设备的功率及其上限;,母线电压及其上、下限；,线路电流及其上限；,系统频率及其上、下限；,1.1.1 正常工作状态,不等式约束条件：,13,1.1.2 不正常工作状态及其危害,所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常运行状态。,常见的不正常状态及其危害： 过负荷：因负荷超过电气设备的额定值造成的电流 增大； 危害： 造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老 化和损坏从而导致故障。,14,常见的不正常状态及其危害： 频率降低：由于系统中出现有功功率缺额而引起的； 危害：1）影响产品质量； 2）降到47Hz48Hz以下会引起频率崩溃； 3）使电压下降可能引发电压崩溃。,所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常运行状态。,1.1.2 不正常工作状态及其危害,15,常见的不正常状态及其危害： 过电压：发电机突然甩负荷而产生； 危害：造成绝缘击穿导致短路。,所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常运行状态。,1.1.2 不正常工作状态及其危害,16,常见的不正常状态及其危害： 系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。 危害：系统振荡时，电流和电压周期性摆动，严重影 响系统的正常运行。,所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常运行状态。,1.1.2 不正常工作状态及其危害,17,1.1.3 故障状态及其危害,常见的十种短路类型,纵向不对称故障,最常见且最危险的是各种类型的短路,复杂故障：在电力系统的不同地点（两处或两处以上）同时发生不对称故障的情况,18,2002年220kV电网输电线路故障统计表,19,短路的后果,数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧，使故障设备烧坏甚至烧毁； 短路电流通过故障设备和非故障设备时，产生热和电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设备缩短使用寿命； 电力系统中大部分地区的电压下降，使大量电能用户的正常工作遭到破坏或产生废品； 破坏电力系统并列运行的稳定性，而使事故扩大，甚至造成整个电力系统瓦解。,20,事 故,系统或其中的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容许的地步，甚至造成人员伤亡和电气设备的损坏。,一旦故障发生，要求在十分之几甚至百分之几秒内切除故障设备。,运行人员,继电保护装置,21,2006年国外停电事故,22,Blackouts in the world, 2006,Europe Power Grid Blackout, 2006.11.4,C,A,B,23,国外03年发生的大停电事故特大停电事故是现代社会的灾难,24,美国发生的其它大停电事故预防特大停电事故是对现代科 学技术的挑战,25,Blackout accidents in 2003 North America 2003.8.14,26,27,28,An Example:August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada,29,An Example:August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada,30,31,32,An Example:August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada,33,An Example:August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada,34,我国电网,市省级电网,省 大区电网,我国电网规模升级与稳定破坏事故,35,原因:强台风“达维”,海南省 2005.9.26,36,37,38,39,40,2008年初中国南方雪灾 对电力系统的影响,41,今年1月10日以来，我国南方大部分地区出现了历史罕见的低温、雨雪冰冻天气，给输变电设施带来大面积覆冰，覆冰厚度普遍超过30毫米，局部地区达到80毫米，远远超过规定的设计标准，造成输电线路大量倒塔、断线，电力设施大范围损毁。国家电网公司所属10个省级电网遭受严重灾害。公司经营区域内华中、华东及所属10个省级电网遭受严重灾害，其中湖南、浙江、江西电网设施损毁严重。公司经营区域共有37个地市的545个县（区）、2706万用户受到影响。,灾 情 概 述,42,公司所属电网共有17.2万基高压杆塔倒塌，1.2万基受损；高压线路断线12.9万处；低压线路倒断杆51.9万基，低压线路受损15.3万公里；各电压等级线路停运15.3万条，变电站停运884座；公司系统通信光缆受损约2860公里，国家电网直接经济损失高达104.5亿元。,灾 情 概 述,43,44,45,46,47,48,49,50,51,中国南方最低温度是零下五摄氏度，中国北方很多地方的气温可以达到零下二三十摄氏度，为什么没有形成这样的冰呢？中国电力工程顾问集团公司高级工程师梁正平介绍说，南方第一湿度比较大，第二气温在零摄氏度和零下五摄氏度之间，非常适宜上冻，在一定风的作用下冰的厚度还不断地增加。中国电力顾问公司总工程师吴云说，像这样的双回线铁塔，它的重量大概是6吨，但是在结了冰后，重量大概达到50吨，是原来的6倍，因此压垮了铁塔，导致输变电线路断电。,灾 害 原 因,52,国家电网8日在北京举行新闻发布会，宣布3月8日，国家电网受灾最严重的湖南、浙江电网抗灾救灾重建工作取得最后胜利，至此，国家电网公司辖区电网供电能力恢复到雪灾前水平，提前20天完成了党中央、国务院提出的任务。 为提高电网应对冰雪的应对能力，国家电网公司正在调研提高电网设计标准的方案。据有关人士估算，改造电网至少需要5000亿元以上。,灾 后 重 建,53,54,55,56,57,58,59,60,今年南方电力受灾严重的原因是电力设备抗灾能力不够。对此，国家电网公司表示，今年将投资2500多亿元加强电网建设，提高电网的抗灾能力。国家电网公司总经理刘振亚说：“今年计划电网投资2532亿元，基建任务十分繁重，争取在用科技减灾、科技破冰方面尽快立项。” 对两大电网而言，灾后重建还将涉及到南方地区电网线路设计标准的调整，因为此次南方受灾的一个主要原因是电力设施对极端气候灾害防范的设计标准不够。日前，国家电监会已经组织了中国电力工程顾问集团公司、国家电网公司、南方电网公司，研究提出提高设防标准的意见。,灾 后 反 思,61,我国保障电网安全运行的 “三道防线”,62,第一道防线：高速、准确地切除故障元件的继电保护和反应被保护设备运行异常的保护 被我国超高压电网普遍采用的装备 利用被保护元件两端的尽可能简单的信息； 超高压系统主保护动作速度1025毫秒； 超高压系统主保护动作正确率99.82%。 正在研究、未来可能装备电网的保护 利用被保护元件单端或两端故障暂态信息的继电保护； 主保护动作速度25毫秒。 以尽可能快的速度、在尽可能小的范围内切除故障，减少系统产生的不平衡能量,63,第二道防线：保障电网安全运行的安全自动装置 自动重合闸装置：除减少重合于永久故障时系统不平衡能量外，尽量减少网络拓扑的变化，尽快恢复网络输电能力； 备自投、事故减出力、自动切负荷、抽水改发电等：快速保持稳态发输电能力与用电需求的平衡。 过负荷控制：连锁切机、切负荷，远方切机、切负荷等。保持稳态输电能力与输电需求的平衡。 暂态稳定控制：逻辑式连锁切机、切负荷；利用局部量的稳定性预测与紧急控制装置；基于离线或在线计算的区域性稳定控制系统；用于保持动态输电能力和输电需求的平衡。,64,第三道防线：失步解列与频率、电压控制 失步解列：在互联电网失去同步后，在预定的地点解列，以各子网能独立满足供电需求。 频率控制：通过低周减载、开启备用机组等满足频率要求，通过高周切机保证频率稳定、机组安全。 电压和无功控制：通过低压减载和增发无功维持电压水平，防止电压崩溃。 争取各自平衡，尽量减少对用户的损失，维持各子网的安全，创造并网条件。,65,电力系统是由各种电气元件组成的，由于自然环境、制造质量、运行维护水平等多方面的原因，各电气元件在运行中不可能一直保持正常状态。因此就要有专门的技术来为电力系统建立一个安全保障体系。其中最重要的专门技术之一就是继电保护技术。 继电保护装置用于实时检测电力系统各元件的运行状态。一旦系统发生故障或异常，继电保护装置迅速动作实现故障隔离或告警，保证电力系统的安全和稳定。,66,1.1.4 继电保护的概念及作用,继电保护技术 包括电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术。,一、继电保护的概念,继电保护技术 + 继电保护装置,67,继电保护装置 继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件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。,1.1.4 继电保护的概念及作用,一、继电保护的概念,继电保护技术 + 继电保护装置,68,二、继电保护的作用,自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行。(故障) 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。（不正常运行）,1.1.4 继电保护的概念及作用,69,1.2 继电保护的基本原理 构成和分类,70,1.2.1 基本原理,找差别 实现保护,非电气量：瓦斯保护，过热保护等。,原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。,71,1.2.2 继电保护装置的构成,测量 比较 元件,逻辑 判断元件,执行 输出元件,相应输入量,跳闸或信号,测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。,根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。 常用逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。,根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时,动作于跳闸并发出信号；不正常运行时,发出信号；正常运行时,不动作等。,72,继电保护系统的构成,73,1.2.3 继电保护的工作回路,KA,KT,KS,信号,I,QF,TA,YR,t,74,1.2.4 继电保护的分类,按被保护的对象分类 输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等 按保护原理分类 电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等,75,按保护所反应故障类型分类 相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、失步保护、失磁保护等 按继电保护装置的实现技术分类 机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等,1.2.4 继电保护的分类,76,按继电保护测量值与整定值的关系分类 过量保护（测量值整定值时动作） 欠量保护（测量值整定值时动作）,1.2.4 继电保护的分类,77,主保护：反映被保护元件本身的故障，并以尽可能短的时限切除故障的保护,按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等,1.2.4 继电保护的分类,78,按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等,后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护。,1.2.4 继电保护的分类,79,按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等,近后备保护：在本元件处装设两套保护，当主保护拒动时，由本元件的另一套保护动作,远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护,1.2.4 继电保护的分类,80,按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等,辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护,1.2.4 继电保护的分类,81,1.2.5 电力系统继电保护的工作配合,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且造成的停电范围最小。保护区间的重叠是为了保证任意处的故障都置于保护区内，同时重叠区越小越好。,82,1.2.5 电力系统继电保护的工作配合,低压母线保护区,变压器保护区,高压母线I保护区,线路保护区,发电机保护区,高压母线II保护区,高压母线保护区,83,1.3 对继电保护的基本要求,84,对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求： 可靠性、选择性、速动性、灵敏性， 即保护的“四性”。,85,1.3.1 可靠性,可靠性是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（简称拒动）；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。,86,1.3.1 可靠性,影响可靠性的因素,内在的： 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 内外接线简明 触点多少等 外在的： 运行维护水平 调试是否正确 正确安装等,87,1.3.1 可靠性,提高可靠性的办法,选用适当的保护原理，在尽可能的情况下尽量简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。 提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施。 提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理。 采取保护装置多重化。,88,1.3.2 选择性,选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。,例：,当d1点短路时，保护1、2动跳1DL、2DL 有选择性,89,选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。,例：,当d2点短路时，保护5、6动跳5DL、6DL 有选择性,1.3.2 选择性,90,选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。,例：,当d3点短路时，保护7、8动跳7DL、8DL 有选择性,1.3.2 选择性,91,选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。,例：,当d3点短路时，若保护7拒动或7DL拒动，保护5动（远后备）跳5DL 有选择性,1.3.2 选择性,92,选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。,当d3点短路时，若保护7正确动作和7DL跳闸，保护5动跳5DL，则越级跳闸（非选择性）,1.3.2 选择性,93,小结： 选择性就是故障点在区内就动作，区外就不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善（对保护装置、DL、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。,1.3.2 选择性,94,1.3.3 速动性,作用于断路器跳闸的保护都要求动作迅速。 其主要原因如下： 可以提高系统稳定性； 减少用户在低电压下工作的时间； 减少故障元件的损坏程度； 避免故障进一步扩大。,95,故障切除时间：,tpr-保护动作时间 tQF-断路器动作时间,最快,1.3.3 速动性,快速保护：,断路器：,最快,96,1.3.4 灵敏性,灵敏性是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。,通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Ksen。, 对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）,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。,97,1.3.4 灵敏性,灵敏性是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。,通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Ksen。, 对反应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。,98,1.3.4 灵敏性,在GB14285-1