继电保护的新进展

1、手邮件教授、博导，清华大学ALSTOM电网研究中心主任；IET Fellow；CIGRE中国国家委员会委员，IEEE/CSEE高级会员；中国水力发电学会继电保护专委会副主任委员；中国电工技术学会继电保护专委会副主任委员；中国电机工程学会继电保护专委会委员；全国继电保护标准化委员会委员；全国短路电流计算保准化委员会委员；主要从事电力系统继电保护教学和科研工作；发表SCI 、EI检索论文300余篇；获国家发明奖二等奖1项，北京/山东科技奖3项；获授权发明专利40项，国际专利2项两个内容两个内容l智能配电网理论和技术智能配电网理论和技术l智能变电站的发展智能变电站的发展变电

2、站集成保变电站集成保护与控制系统护与控制系统继电保护的新进展（一）l问题的提出l智能配电网的配置与动作方案lDAP保护构成与动作原理lDAP保护实现与试验l结论l概述概述l智能配电网主要指传统的配电线路自动化，包括数据采集、 无功控制与调压、故障切除（定位）、故障区段隔离和自动恢复供电等l在最短的时间里完成对故障的切除（定位）、故障区段隔离和自动恢复供电是新建智能配电网最困难、最根本的任务l背景背景l继电保护理论和技术日臻成熟完善l重高压输电线而轻中低压配电线现象依然存在，配电自动化水平不高l原因有二：一是经济条件限制导致配网结构不合理，二是没有合适的配电线路继电保护方式l电流速断保护依然是配

3、网的主要保护方式，这种保护方式的缺点是无选择性分支负荷分支负荷电源1SS断路器过电流继电器环网开关柜负荷开关负荷开关负荷开关负荷开关负荷开关断路器l1l2l3l4l5l6l7电源2l典型配电系统典型配电系统l系统构成 7段线路、3个断路器、5负荷开关，2套过电流继电器等组成l故障清除及系统恢复模式故障清除及系统恢复模式一 设线路l4上F点故障电源1SS断路器1过电流继电器环网开关柜负荷开关1分支负荷分支负荷负荷开关2负荷开关3负荷开关4负荷开关6断路器2l1l2l3l4l5l6l7电源2Fl故障清除及系统恢复模式故障清除及系统恢复模式一 设线路l4上F点故障电源1SS断路器1过电流继电器环网开

4、关柜负荷开关1分支负荷分支负荷负荷开关2负荷开关3负荷开关4负荷开关6断路器2l1l2l3l4l5l6l7电源2F负荷开关5l故障清除及系统恢复模式故障清除及系统恢复模式一 设线路l4上F点故障电源1SS断路器1过电流继电器环网开关柜负荷开关1分支负荷分支负荷负荷开关2负荷开关3负荷开关4负荷开关6断路器2l1l2l3l4l5l6l7电源2Fl故障清除及系统恢复模式故障清除及系统恢复模式一 设线路l4上F点故障电源1SS断路器1过电流继电器环网开关柜负荷开关1分支负荷分支负荷负荷开关2负荷开关3负荷开关4负荷开关6断路器2l1l2l3l4l5l6l7电源2Fl故障清除及系统恢复模式一故障清除及

5、系统恢复模式一l故障依靠首端断路器1切除l无选择性，导致健全线l1、 l2、 l3、 l5停电l为恢复对于线路l1、 l2、 l3（这三段线路依靠电源1供电）、 l5（这段线路依靠电源2供电，前提是闭合环网开关柜），需要进行反复的分合闸操作。 操作步骤如下：跳开断路器1、分开负荷开关5；闭合断路器1，故障未消失再跳断路器1；分开负荷开关4，再合断路器1，合闸成功，线路l1、 l2、 l3恢复供电。闭合环网开关柜，线路l5恢复供电l模式一所存在的问题模式一所存在的问题一段线路故障需要中断与之相连的所有负荷供电；故障的清除和非故障线路的恢复供电需要反复的断路器和负荷开关的配合操作；加重断路器负担；

6、增加对非故障线路以及负荷开关等电器设备的故障冲击重合于故障上 这显然是不合理的！l故障清除及系统恢复模式故障清除及系统恢复模式二 依靠馈线终端单元FTU和通信的模式 电源1S断路器1负荷开关2负荷开关3负荷开关4负荷开关5l1l2l3l4S环网开关柜分支负荷分支负荷负荷开关6断路器7l5l6l7电源2FTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU调度中心l故障清除及系统恢复模式故障清除及系统恢复模式二 依靠馈线终端单元FTU和通信的模式 电源1S断路器1负荷开关2负荷开关3负荷开关4负荷开关5l1l2l3l4S环网开关柜分支负荷分支负荷负荷开关6断路器7l5l6l7电源2FTUFTUFTUF

7、TUFTUFTUFTUFTU调度中心l故障清除及系统恢复模式故障清除及系统恢复模式二 依靠馈线终端单元FTU和通信的模式 电源1S断路器1负荷开关2负荷开关3负荷开关4负荷开关5l1l2l3l4S环网开关柜分支负荷分支负荷负荷开关6断路器7l5l6l7电源2FTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU调度中心l故障清除及系统恢复模式故障清除及系统恢复模式二 依靠馈线终端单元FTU和通信的模式 电源1S断路器1负荷开关2负荷开关3负荷开关4负荷开关5l1l2l3l4S环网开关柜分支负荷分支负荷负荷开关6断路器7l5l6l7电源2FTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU调度中心l故障清

8、除及系统恢复模式二故障清除及系统恢复模式二l由于负荷开关没有足够的熄弧能力， 区段l2上的故障要依靠首端断路器CB1切除l这种切除没有选择性，导致未故障的线路l1、 l3停电l为了恢复对于线路l1、 l3的供电，需要借助于FTU所采集到的数据，通过通信网传给调度中心，进而做出哪些开关负荷开关闭合、哪些负荷开关断开的决定，再有CB、S等完成分、合操作。l模式二所存在的问题模式二所存在的问题l一段线路故障需要中断与之相连的所有负荷供电；l故障区段的隔离和非故障区段的恢复供电完全依赖通信，加大了成本，降低了可靠性。这不是最佳的配电线路自动化方案！l问题的解决问题的解决 只切除故障部分线路段只切除故障

9、部分线路段 把所有负荷开关更换为断路器，使之具有切除故障的能力；所有断路器都配置合适的继电保护，使之具有良好的可靠性、选择性、灵敏性和较好的速动性电源1SS断路器1无通道保护环网开关柜断路器2分支负荷分支负荷断路器3断路器4断路器5断路器6断路器7l1l2l3l4l5l6l7电源2电源1SS断路器1无通道保护环网开关柜断路器2分支负荷分支负荷断路器3断路器4断路器5断路器6断路器7l1l2l3l4l5l6l7电源2电源1SS断路器1无通道保护环网开关柜断路器2分支负荷分支负荷断路器3断路器4断路器5断路器6断路器7l1l2l3l4l5l6l7电源2电源1SS断路器1无通道保护环网开关柜断路器2

10、分支负荷分支负荷断路器3断路器4断路器5断路器6断路器7l1l2l3l4l5l6l7电源2q可行性分析可行性分析断路器价格和负荷开关的价格相差无几适用于高压线路的电流差动保护是不合适的，存在分支负荷适用于高压线路的纵联方向保护是不合适的，方向不确定三段式电流保护难以取得选择性三段式距离保护难以取得选择性方向电流保护具有良好的选择性，但是它有两个缺点： （1）动作速度太慢，越靠近电源故障切除时间越长 （2）不适合于单电源辐射状线路无通道保护是合理的选择仅使用单端电气量构成的继电保护能够保护被保护线路全长以带有定时限的方向过电流保护或者低电压低电流保护为基础构成根据对端断路器动作之后造成的非故障相

11、电流变化为动作依据 类似于79年南自所、80年代初华中陈德树刘沛教授等提出的相继速动，这样的加速保护理念已经被现场普遍接受。 无通道保护定义 利用对侧开关动作信息判断故障发生在保护区内或区外，从而决定是否加速本端保护动作的继电保护方式。依靠单端量取得纵联保护的效果。relayrelayCTVTF1F2CBCBendSendRcommunication linkprotected zoneM1M2l 配电线路无通道保护分类配电线路无通道保护分类lAOP1双电源无分支线 对端开关动作后健全相电流变为零 lAOP2双电源带分支线 对端开关动作后健全相电流发生突变 lAOP3辐射状线路，无电源端必须动

12、作跳闸，从而为本端保护加速动作创造条件 无电源端安装低电压低电流继电器lDAP单电源单断路器结构的配电线路。 只有一个断路器和继电器，同时承担有电源端和无电源端的保护动作以及加速动作任务l故障发生以及对端切除后的特征n单相故障发生，故障相电流增大，非故障相电流不变n一端保护首先动作切除本端三相电路，但当对端断路器动作后，健全相被切断，负荷电流变为零，加速本端保护动作。iaibiciaibicl故障发生以及对端切除后的特征n单相故障发生，故障相电流增大，非故障相电流不变n一端保护首先动作切除本端三相电路，但当对端断路器动作后，健全相被切断，负荷电流变为零，加速本端保护动作。l故障发生以及对端切除

13、后的特征n单相故障发生，故障相电流增大，非故障相电流不变n一端保护首先动作切除本端三相电路，但当对端断路器动作后，健全相被切断，负荷电流变为零，加速本端保护动作。iaibicl故障发生以及对端切除后的特征n单相故障发生，故障相电流增大，非故障相电流不变n一端保护首先动作切除本端三相电路，但当对端断路器动作后，健全相被切断，负荷电流变为零，加速本端保护动作。ia=0ib =0icl故障发生以及对端切除后的特征n单相故障发生，故障相电流增大，非故障相电流不变n一端保护首先动作切除本端三相电路，但当对端断路器动作后，健全相被切断，负荷电流变为零，加速本端保护动作。iaibic无分支负荷无分支负荷re

14、layrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLOADLOADLOADLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3有分支负荷有分支负荷relayrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLOADLOADLOADLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.

15、3继电器的动作时间1.3LOADB1LLOADB2LLOADB3LLOADB4LLOADB1LLOADB2LLOADB3LLOADB4L辐射状配电线路辐射状配电线路relayrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLOADLOADLOADLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3LOAD单断路器辐射状配电线路单断路器辐射状配电线路LOADB1LLOADB2LLOADB3LLOADB4Lrelayrelayre

16、layrelayrelayrelayrelayrelayLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3LOADrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLOADLOADLOADLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3无分支负荷relayrelayr

17、elayrelayrelayrelayrelayrelayLOADLOADLOADLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3relayrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLOADLOADLOADLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3relayre

18、layrelayrelayrelayrelayrelayrelayLOADLOADLOADLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3relayrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLOADLOADLOADLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.60.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3rel

19、ayrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLOADLOADLOADLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.60.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3relay0.9 relayrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLOADLOADLOADLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.60.50.50.90.11.3继

20、电器的动作时间1.3relay0.9 LOADB1LLOADB2LLOADB3LLOADB4LrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3LOAD单断路器辐射状配电线路LOADB1LLOADB2LLOADB3LLOADB4LrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB

21、2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3LOADLOADB1LLOADB2LLOADB3LLOADB4LrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3LOADLOADB1LLOADB2LLOADB3LLOADB4Lrelayrelayrelayrelayrelayr

22、elayrelayrelayLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3LOADLOADB1LLOADB2LLOADB3LLOADB4LrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3LOADLOADB1LLOA

23、DB2LLOADB3LLOADB4LrelayrelayrelayrelayrelayrelayrelayLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3LOADrelayrelayrelayLOADB1LLOADB2LLOADB3LLOADB4LrelayrelayrelayrelayrelayrelayLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.

24、10.90.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3LOADrelayrelayLOADB1LLOADB2LLOADB3LLOADB4LrelayrelayrelayrelayrelayrelayLINE1LINE2LINE3LINE4B1FB1RB2FB2RB3FB3RB4FB4RR1FR1RR2FR2RR3FR3RR4FR4R0.10.60.50.50.90.11.3继电器的动作时间1.3LOAD0.9 l保护构成同时扮演有电源侧和无电源侧故障状态检测角色lPD潮流方向判别，决定投入相应的保护模块lOC有电源侧以方向过电流保护为基础lDUVC无电源侧以低电压低电流保护为基础lAOC有源侧加速动作，依据健全相电流突变lADUVC无源侧加速动作，依据健全相电流突变l保护进入哪个流程以及对应的整定值（包括时间）由正常运行时的功率流向决定OCS1B1电源侧LINE1R1LOADLOADR2LOADB2负荷侧DUVC电源侧负荷侧LOADL