电力系统继电保护-第一讲绪论-电网电流保护

1、电力系统继电保护Power System Protective Relaying,电力系统继电保护,前修课程 工厂供电 电力系统分析以及电气工程专业基础课。 后续课程 高电压技术 课程情况 教学：48学时 考核：平时成绩30%+期末考查70% 考核类型：闭卷考试,电力系统继电保护,参考教材： 电力系统继电保护（第二版），张保会、尹项根，中国电力出版社出版。 电力系统继电保护与控制，张艳霞、姜蕙兰 ，清华大学出版社出版。,基础知识,（1）电力系统：由发电厂、输电网、配电网、用户组成的系统。简化：发、输、配、用。 发电厂：产生电能，我国目前最主要的有三种类型的发电厂 。 如：燃煤火力发电厂 、水利

2、发电厂 、核能发电厂 等。,基础知识,（2）电能的特点：发、供、用同时进行，不可大量储存。 （3）电力系统设备分类：两类。一次设备、二次设备。 一次设备：发出、传送、分配、使用电能的设备；主要包括：发电机（G：generators）、变压器（T: transformer）、断路器（QF）、母线（B:bus）、输电线路（L:line）、补偿电容器（C）、电动机(M)及其他用电设备。,基础知识,二次设备：对一次设备运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备。 本门课程是电力系统二次系统范畴的知识。,1 绪论,电力系统继电保护概念及作用 概念：电力系统继电保护是继电保护技术和继电保护装置的统称； 继电

3、保护技术是一个完整的体系，它主要包括电力系统故障分析、各种继电保护原理及实现方法、继电保护的设计、继电保护运行及维护等技术。 继电保护装置是完成继电保护功能的核心；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 绪论,1.1 电力系统的四种状态 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 事故状态,1.1 电力系统的四种状态,有功平衡： 无功平衡： 功率、电流上限约束： 电压、频率约束：,系统正常工作状态下的约束,1.1 电力系统的四种状态,（1）系统正常工作状态

4、 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，满足符合的供电需求；能够保证系统中的相关设备均在规定的长期安全限额内运行，并保持一定的备用容量。,（1）系统正常工作状态,除以上最基本的两点约束以外，还有一个很重要的条件“同步稳定运行”。 详解：整个电力系统有很多发电厂，每个发电厂有很多发电机，上百个发电机组，所有这些发电机的运行状态应该是保持同步的，才能正常工作。同步是什么概念呢？发电机的转速是一样的，步调一致（当然水轮发电机转速是不一样的，他体现同步的是频率，即必须是50Hz）。比方：就像我们的一个队伍，大家步调一致，才整齐走的不乱！,1.1 电力系统的四种状态,（2）故障状态及

5、其危害 故障类型： 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。 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。,（2）故障状态及其危害,短路：详解：正常工作电流是经过用电设备形成回路，而短路时把用电设备给略过形成回路了，所以短路时往往电流是增大的。 常见的短路类型： 三相短路：符号，是一种“对称短路”； 两相短路：如，大鸟飞行翅膀搭接 单相接地短路：高压放电 ，台风树枝搭接等自然因素； 两相接地短路,常见的短路类型,（2）故障状态及其危害,（2）故障状态及其危害,故障的原因： 人为原因：操作失当。 自然原因：大风，雨，雷电，大雾，覆冰,

6、（2）故障状态及其危害,人为因素（例如：操作错误。国家规定的操作规程，操作前必须先写“操作票”，再在控制室的“模拟盘（一个缩小的信号系统）”上预演一遍，并且一个人操作一个人验，复述操作过程，必须两人。因为一旦出问题就是大问题。如，关乎人命、影响大用户造成重大经济损失、停了电视台的电造成国际影响等，当然重要用户一般都有自备电源，如医院等。）,自然原因：大风，雨，雷电，大雾，覆冰。,（2）故障状态及其危害,（2）故障状态及其危害,（2）故障状态及其危害,1.1 电力系统的四种状态,（3）事故状态 系统发生大面积停电，造成重大经济损失，电气设备损坏或出现人员伤亡。,1.1 电力系统的四种状态,（3）

7、事故状态,（3）事故状态,1.1 电力系统的四种状态,（4）不正常运行状态及其危害 除上述三种状态以外的状态。 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、系统震荡，中性点不接地系统发生单相接地电流小于规定值等等。,常见的不正常工作状态及其危害：,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，可能会导致故障。 （设备在设计过程中，规定正常工作电流下可连续工作多少年不出问题，没有按照规定使用，则寿命将缩短。）,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缺额而引起的； （比如：远方有个

8、大电厂，给我这个用户中心供电，突然出现故障，保护装置动作，将电源切断，但此时负荷还没下来，造成有功缺额。） 危害： 1）影响产品质量（如，纺织行业，对频率要求很严格）； 2）降到47Hz-48Hz以下容易引起频率的崩溃，无法工作； 3）使电压下降，可能引起电压崩溃。,常见的不正常工作状态及其危害：,过电压：发电机突然甩负荷而产生； （例如：一个20万的机组，满发，带20万负荷，突然负荷丢失了，不管什么原因，汽轮机转速将超速，电压将升高） 危害：造成设备绝缘击穿导致短路。 系统震荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。 危害：系统震荡时，电压、电流周期性摆动，严重影响系统的正常运行。,1.1 电力系统

9、的四种状态,不正常运行状态的后果： 加速绝缘设备的老化，减少设备的使用寿命。 对策： 一旦电力系统设备发生不正常运行状态，应该发出报警信号、减负荷或跳闸。,1.1 电力系统的四种状态,（5）继电保护的作用和任务 电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择的将故障元件切除，保证其它非故障设备正常运行。动作于跳闸并发出事故信号。 电力系统出现不正常运行状态时，动作于发预告信号，特殊情况也可动作于跳闸。,1.2 继电保护的基本原理及其组成,（1）保护构成的基本原理 （2）保护装置的构成 （3）保护装置的工作回路 （4）保护的配合 （5）上下级保护之间的配合 （6）后备保护之间保护的配合,1.2 继电保护

10、的基本原理及其组成,（1）保护构成的基本原理 反映电流过大而动作的过电流保护；I 反映电压过大而动作的过电压保护；U 反映电压过低而动作的低电压保护；U 反映测量阻抗减小而动作的距离保护；Z 反映功率方向变换的方向性保护； 反映各物理量之间相位差变化的相差动保护； 反映电压电流序量变化的序量保护。,1.2 继电保护的基本原理及其组成,正常运行状态： 电流：负荷电流，电源侧负荷电流大； 电压：5内，靠近电源侧的母线电压较高； 测量阻抗：负荷阻抗，阻抗模值很大 短路故障状态： 电流：Id 剧增 过电流保护 电压：Ud 降低 低电压保护 测量阻抗：阻抗模值减小 距离保护,1.2 继电保护的基本原理及

11、其组成,（2）保护装置的构成 测量比较 逻辑判断 执行输出 （3） 保护装置的工作回路 属二次回路；包括电压互感器、电流互感器二次侧以后的各电缆连线、信号设备、跳闸回路、工作电源等。,1.2 继电保护的基本原理及其组成,1.2 继电保护的基本原理及其组成,（4）保护的配合 主保护：能够以较短时限切除线路全长或原件任意一点故障的保护。 近后备：主保护拒动时，能够以一定的时限切除线路全长或元件任意一点故障，且动作于自身断路器的保护。 远后备：主保护、近后备、断路器拒动，由上级元件的保护以较长的动作时限动作与上级断路器的保护。,1.2 继电保护的基本原理及其组成,保护之间的配合：,1.2 继电保护的

12、基本原理及其组成,（5）上下级保护之间的配合 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。 （6）后备保护之间保护的配合 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。,1.3 对继电保护的基本要求,可靠性：不误动，不拒动。 选择性：系统发生故障时，仅将故障元件切除，保证非故障元件能正常工作。 速动性：以尽可能短的时限切除故障元件。 灵敏性：保护范围内任意一点发生故障，均应有足够的反映能力。,1.3 对继电保护的基本要求,1.3 对继电保护的基本要求,故障切除时间： 保护装置的动作时间+断路器跳闸时间 保护的动作时间： 保护的固有动作时间+

13、保护的整定时间 保护的灵敏度要求：参照GB14285-1993继电保护和安全自动装置规程 取值范围：主保护：1.52.0 近后备：1.31.5 远后备：1.2,1.4 继电保护发展简史,1.4 继电保护发展简史,20世纪90年代后半期，在数字式继电保护技术和调度自动化技术的支撑下，变电所自动化技术和无人值守运行模式得到迅速发展，融测量，控制，保护和数据通信为一体的变电所综合自动化装备，已成为目前我国绝大部分新建变电所的二次设备，继电保护技术与其他学科的交叉、渗透日益深入。,谢谢！ 本课时结束,2 电网的电流保护,2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护 2.1.1 继电器,2.1.1 继电器,继

14、电器定义： 继电器是一种能自动执行断续控制的部件，当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如触点打开、闭合或电平由高到低、由低变高等，具有对被控电路实现通、断控制的作用。,2.1.1继电器,分类： 按照动作原理划分：电磁型、感应性、晶体管型、集成电路型、数字型等。 按照反映的物理量划分： 电气量的 ：电流、电压 、功率、阻抗、周波、相位等； 非电气量的：瓦斯、温度等； 按照继电器在保护回路中的位置划分： 启动、量度、时间、中间、信号、出口等。 按照反映量的大小划分：过量、欠量 。,2.1.1 继电器,继电器的分类： 动作原理、物理量、位置、反映量的大小 继电特性 ： 为

15、了保证继电保护可靠工作，对其动作特性有明确的继电特性要求。,2.1.1 继电器,电磁型过电流继电器,动作电流： 能够使继电器可靠动作的最小电流值。 返回电流： 能够使继电器可靠返回的最大电流值。 返回系数：返回电流与动作电流的比值。 过量继电器的返回系数恒小于1。 欠量继电器的返回系数恒大于1。,2.1.1 过电流继电器,2.1.1 继电器,继电特性 无论动作或返回，继电器从起始位置到终止位置都是突发性的，它不可能停留在某一个中间位置。,2.1.1 继电器,继电器返回系数,Ire 返回电流；Iop 动作电流。 返回系数：一般0.850.9。,2.1.1 继电器,2.1.2 相间短路电流量值特征

16、,正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越是靠近电源侧的线路，流过的电流越大。负荷电流的大小，取决于用户负荷接入的多少，当用户的负荷同时都接入时，流过线路的是最大负荷电流。,2.1.2 相间短路电流量值特征,根据电力系统短路分析,当电源电势一定时,短路电流的大小决定于短路点和电源之间的总阻抗。 （1）出现故障时，流过保护安装处的的短路工频周期分量近似计算公式：,系统等效电源的相电势,短路点到保护安装处的阻抗,保护安装处至系统的等效阻抗,短路类型系数，三相短路取1，两相短路取,三相短路时：,2.1.2 相间短路时电流量值特征,（2）系统最大运行方式：出现故障时，流过保护安装处的的短路电流最大

17、所对应的运行方式。 取三相短路 （3）系统最小运行方式：出现故障时，流过保护安装处的的短路电流最小所对应的运行方式。 取两相短路,2.1.2 单侧电源网络 相间短路时电流量值特征,对保护5而言：最大运行方式： 系统等值阻抗最小，线路12、34投入运行。 最小运行方式： 系统等值阻抗最大，线路12或34退出运行。 注：详见图2.3,注：在系统的所有运行方式下，在相同地点发生不同类型的短路时流过保护安装处的电流都介于这两个电流值之间。,流过保护安装处的短路电流的大小与以下因素相关： 1）电力系统运行方式的变化 2）电力系统正常运行状态的变化 3）不同的短路类型 4）短路点距等值电源的距离变化 以上

18、特点，都是在构成完善的电流保护时必须要考虑的问题。,2.1.2 单侧电源网络 相间短路时电流量值特征,2.1.3 电流的速断保护（电流段） （1）工作原理,概念:对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护,称为电流速断保护. 注：为保证其选择性，只能保护线路的一部分。 例如：,2.1.3 电流的速断保护,2.1.3 电流的速断保护,解决矛盾的方法： （1）优先保证选择性（通常） 既从保护装置启动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不启动。 （2）优先保证速动性（注：个别情况） 当快速切除故障是首要条件时，采用无选择性的速断保护，而以自动重合闸来纠正这种无选择性动作。,速断保护的整定原则： 按躲开下一条线路出口处短路的条件整定。 1）动作电流的整定 能使该保护装