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第一章绪论1.1电力系统短路故障及其危害在发生短路时可能产生以下的后果：1.通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；2.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它们的使用寿命；3.电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；4.破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振动，甚至使整个系统瓦解；电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。例如，因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高（一般又称过负荷），就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能发展成故障。此外，系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中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，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。系统事故的发生，除了由于自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般者是由于设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可能大大减少事故发生的机率，把事故消灭在发生之前。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术［1］，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究。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500kV线路上［2］，结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。在此期间，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。我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究［4］，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［5］，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、发电机保护和发电机?变压器组保护也相继于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。2继电保护的作用被誉为电力系统“静静哨兵”的继电保护，一年365天，每天24小时站岗放哨，是保证电力系统安全、稳定运行的钢铁长城。建国以来常抓不懈的继电保护正确动作率成绩显著，经过科研制造、设计、运行单位几代继电保护人的共同努力，220kV以上超高压电网的继电保护装置正确动作率达到98%以上，对电力系统发生的各种故障能迅速、正确地隔离，全国没有发生过类似美国、法国、印度等国家的大面积、长时间的大停电事故，保证我国电力系统安全、稳定、经济运行，继电保护功不可没，同时造就了一支工作责任心强，作风严谨、特别能战斗的继电保护队伍。随着微电子技术的迅速发展，继电保护装置发生了新飞跃，计算机技术、网路技术等高新科技在几点保护应用技术中得到2.1保障电力系统的安全性。当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求（如保持电力系统的暂态稳定性等）。2.2对电力系统的不正常工作进行提示。反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同（例如有无经常值班人员）发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。2.3对电力系统的运行进行监控。继电保护不仅仅是一个事故处理与反应装置，同时也是监控电力系统正常运行的装置。3继电保护定值计算及意义3.1继电保护整定计算电力系统继电保护起着保证电力系统稳定运行的作用，万一电力系统出现故障，继电保护装置必须迅速、准确地切除故障元件。保护的合理配置与正确选择，是保障电网安全运行的重要条件。从安全运行角度出发，电网对继电保护装置性能提出了严格的要求，其必须满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性。电力系统继电保护装置的可靠运行涉及到继电保护的配置设计、制造安装、整定计算、运行维护等很多方面。其中优化的保护配置和正确地进行整定计算，对保证继电保护装置的可靠运行具有及其重要的作用。3.2继电保护整定意义继电保护需要考虑的包括电网接线方式和运行方式的很多因素。随着电力系统的发展，电网规模越来越庞大，接线方式和运行方式也日益趋于复杂化，其中环网重叠，长输电线和短输电线相互联接已经很普遍。这给整定计算增加了难度。为了满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求,使继电保护配合达到最佳状态，继电保护整定计算过程中，必须对电网的各种运行方式进行详细周密的计算。但是，整定计算的计算量大，计算过程复杂。整定过程中，计算短路、断线及复杂故障的计算，对短路计算要求极高。环网线路保护配合困难，复杂环网结构系统中的线路后备保护定值相互配合，构成配合关系网，很难使整定计算定值各个保护装置完全配合。整定计算的方法没有统一的标准，不同类型、不同电网的继电保护，整定计算方法极端相差很大。考虑因素太多，变化大。保护整定计算中要考虑多种运行方式和故障情况，而且实时变化性较大，难以确定具体整定方法。由此可以知道，电力系统的运行对继电保护整定计算有着急切的需要，而继电保护整定计算软件会大大减少工作人员的操作和维护难度，提高运行维护能力和效率，使得电网在较佳状态下运行，保证了可靠性。4目前国内外继电保护定值整定计算现状继电保护定值整定计算的工具和方法随着科学技术的不断进步而不断进步。无论国际海事国内，从其发展历程而言，大体上能分为四个阶段：50年代的全手工计算阶段从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。第二章继电保护原理2.1方向距离保护原理随着电力系统的发展，电网规模越来越大，结构也越来越复杂，继电保护整定计算的工作量也越来越大，而且整定计算的定值无法通过实际故障的情况，来验证其选择性和灵敏度。整定计算程序只能校验保护定值对本线的灵敏度，不能计算保护定值的远后的保护范围。另外，对于新设备的投产，整定计算不可能进行整个电网的保护整定计算，而只能进行局部电网的保护定值整定计算，因此，日积月累在整个电网保护定值配合上，可能会出现偏差，造成保护定值之间的不配合而使保护误动。整定的工作一般流程如下图：往往审核人的审核只对计算结果进行审核，在运行方式上的考虑及配合是否合理还不能验证，而且校验工作也不是很直观。因此，开发研制继电保护仿真程序是非常必要的，也将是非常实用的。有了继电保护仿真程序，将有助于继电保护的定值的校验，防止运行中的继电保护定值的失配及灵敏度不足等问题。继电保护仿真程序具有模拟电网各种故障(包括复故障)的功能，以校验保护定值的正确性与否，增加了以上环节后，保护定值整定计算工作的流程图如下：二、继电保护仿真系统的组成继电保护仿真程序就是利用计算机程序模拟电力系统各种故障，用故障量来检测保护的动作行为，并能输出各站的保护动作情况。其主要由程序和数据库两部分组成。(一)数据库主要有：1、电网一次系统图：包括所有整定范围的一次电网结构图，应标有断路器状态，断路器在断开位置和合闸位置应有明显区别，以提醒计算人员有关保护动作跳闸情况。2、继电保护定值库a、元件参数：电网元件参数数据是用来模拟故障计算时依据，必须是电网运行元件的实测参数。b、继电保护定值库：与在电网中运行的实际定值一致，包括各种保护的定值。(二)程序部分程序主要包括下面几个部分：模拟故障计算、保护动作行为的判断和报告输出等。1、模拟故障计算程序：模拟故障计算程序是仿真系统的核心，它应能够模拟各种故障类型，并对各厂、变每条线的保护的各种测量值进行计算，如相电压、相电流、相间阻抗、接地阻抗、零序电流、负序电流等。2、保护动作行为的判断根据程序的计算结果，与继电保护定值比较，来判断继电保护的动作行为。对各种保护分别进行判断。对于阻抗、电压和电流等保护的判断，直接用测量值与定值进行比较，比较的顺序是，从一段开始，如果在一段范围内，则输出保护动作，不再进行下一段的比较；如果一段不动，再与二段定值比较，以此类推。纵联保护的动作与否，要看对侧高频测量元件是否动作，如果也动作，则输出高频保护动作，否则，判断为未动作。而分相电流差动保护还应与线路对侧矢量电流相加再与定值进行比较。3、输出报告比较完毕后，输出保护动作情况报告，并在电网一次结线图上标明保护动作情况。输出报告中保护动作情况表应有如下内容：时间：年月日时分秒系统运行方式：机组运行情况，元件检修情况，故障情况：故障地点，故障类型，相别，故障量：UA，UB，UC，3U0，IA，IB，IC，3I0保护动作：变电站名，线路名，测量值，保护定值，动作时间，灵敏度从报告中可以清楚地看到保护的动作的详细情况。三、继电保护仿真程序的使用举例仿真程序的运行过程如下：