电力系统继电保护绪论

1,电力系统继电保护,主讲：孙辉、周玮教材：电力系统继电保护张保会主编中国电力出版社,2,第一章绪论,3,主要内容,1电力系统的运行状态2继电保护的基本原理、组成及分类3对电力系统继电保护的基本要求4继电保护发展简史,4,主要内容,1电力系统的运行状态2继电保护的基本原理、组成及分类3对电力系统继电保护的基本要求4继电保护发展简史,5,电力系统,厂网分开以后厂：五大发电集团；网：国家电网公司、南方电网公司,中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司,6,电力系统概况,特点：（1）发、送、供、使用在同一时间完成（2）电能不能大量存贮,设备分类：一次设备：电能通过的设备二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备,发电机、变压器、断路器、母线、输电线路、补偿电容器、电动机及其他用电设备等,7,电力系统的运行状态,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,等式和不等式约束条件,等式约束条件：,不等式约束条件,电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz。当系统容量较小时，偏差值可以放宽到0.5Hz,9,1.正常运行,能够提供合格的电能，满足负荷的供电需求，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。,所有的等式和不等式约束条件均满足,电力系统运行状态,10,2.不正常运行,过负荷、过电压频率降低、系统振荡等,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。,电力系统运行状态,11,常见的不正常工作状态及其危害,过负荷：由于负荷超过电气设备的额定值所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。,12,常见的不正常工作状态及其危害,过电压：中性点不接地系统和非有效接地系统中单相接地引起的非接地相对地电压的升高；危害：造成绝缘击穿导致短路变压器和电动机铁芯饱和，损耗和温升都增加无功潮流改变，增加有功损耗,13,常见的不正常工作状态及其危害,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。,14,常见的不正常工作状态及其危害,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。,15,3.故障,断线,短路,三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路、发电机和电动机以及变压器绕组间的匝间短路等,单相断线两相断线,电力系统运行状态,电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作等原因会发生故障,16,短路产生的后果,通过短路点的很大短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短使用寿命电力系统中部分地区的电压大大降低，使得大量的电力用户的正常工作遭到破坏或产生废品破坏电力系统中各个发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使系统瓦解,17,2002年220kV电网输电线路故障统计表,18,4.事故,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,故障和不正常运行状态都可能引起事故如：2003.8.14美加大停电事故，损失负荷61.8GW，停电8州1省5000万人，停电面积24000平方公里，最长停电29小时，损失300亿美元。,电力系统运行状态,19,继电保护的概念和主要任务,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）电力系统继电保护：继电保护技术和各种继电保护装置组成的继电保护系统。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。,20,继电保护的概念和主要任务,继电保护的主要任务：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),21,主要内容,1电力系统的运行状态2继电保护的基本原理、组成及分类3对电力系统继电保护的基本要求4继电保护发展简史,22,继电保护的基本原理,原则：只要找出正常运行与故障时系统中可测参量（主要测电气量）的差异，就可以构成不同原理的继电保护如电气量：相电流、序电流、功率及其方向；相电压幅值、序电压幅值；电压与电流的比值（测量阻抗）,23,继电保护的基本原理,区别与甄别电流增大电压降低电压与电流比值出现I2，I0两端电流及其相位变化,实现保护过电流保护低电压保护距离保护序分量保护纵联保护,24,继电保护装置的构成,测量比较元件：测量通过被保护的电力元件的物理参量，与给定值进行比较，给出“是”、“非”性质的一组逻辑信号逻辑判断元件：根据测量比较元件输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，判定故障的类型和范围，确定断路器是否应跳闸、发出信号或不动作，并传送给执行输出部分执行输出元件：根据逻辑判断元件的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。,25,继电保护的工作回路,信号,电流互感器,电流继电器,中间继电器,信号继电器,26,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。,27,继电保护的工作配合,28,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、母线保护等,29,继电保护的分类,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,30,继电保护的分类,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,31,继电保护的分类,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,32,继电保护的分类,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）,33,继电保护的分类,按保护所起的作用分类主保护、后备保护、辅助保护等主保护：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,34,继电保护的分类,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,35,主要内容,1电力系统的运行状态2继电保护的基本原理、组成及分类3对电力系统继电保护的基本要求4继电保护发展简史,36,对电力系统继电保护的基本要求,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：选择性、速动性、灵敏性、可靠性,37,对电力系统继电保护的基本要求,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。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。,有选择性,无选择性,有选择性,38,对电力系统继电保护的基本要求,速动性：是指尽可能快地切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。,39,对电力系统继电保护的基本要求,速动性故障切除时间=保护装置动作时间+断路器动作时间一般的快速保护动作时间为0.06-0.12s；最快的可达0.01-0.04s一般的断路器动作时间为0.06-0.15s；最快的可达0.02-0.06s,40,对电力系统继电保护的基本要求,速动性不是任何情况下都要求采用高速动作的保护。如作用于信号的保护装置、中、低压电网的一些保护装置等；对于高压电网，为维持电力系统暂态稳定性，对继电保护的快速性要求较高。一些必须快速切除的故障有：1使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值2大容量的发电机、变压器和电动机内部发生的故障3中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障4可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号系统有强烈干扰的故障,41,对电力系统继电保护的基本要求,灵敏性：是指对于继电保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。通常，灵敏性用灵敏系数Ksen来衡量在计算保护的灵敏系数时，可按如下原则考虑：1.在可能的运行方式下，选择最不利于保护动作的运行方式；2.在所保护的短路类型中，选择最不利于保护动作的短路类型；3.在保护区内选择最不利于保护动作的那点作为灵敏度校验点（计算所选的短路点）。,42,对电力系统继电保护的基本要求,灵敏性对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）对反应数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）在GB14285-1993继电保护和安全自动装置技术规程中，对各类保护的灵敏系数的要求都作出了具体规定，一般要求灵敏系数在1.22之间。,43,对电力系统继电保护的基本要求,可靠性：是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它能够可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而且在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（误动）。,44,对电力系统继电保护的基本要求,可靠性影响因素：装置本身的质量内外接线简明触点多少等,运行维护水平调试是否正确正确安装,内在因素,外