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现代电网继电保护原理主要内容现代电网概述利用故障分量的继电保护理论基础利用故障分量的保护元件构成原理利用稳态故障分量的纵联保护利用暂态故障分量的超高速保护自适应继电保护输电线路故障测距小电流接地故障监测现代电网概述电网：由输电、变电、配电设备及相应辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体。电力系统构成发电用电输电变电配电RTURTURTU数据采集和传输应用服务器电网调度水库G~M~M~电力网电力系统动力系统发电厂水轮机发电机变电所升压变压器电力线路变电所降压变压器用户用电设备电力系统构成按电压等级划分电网特高压(UHV)：1000kV及以上超高压(EHV)：330kV，500kV，750kV输电网配电网高压：220kV高压：35kV，66kV,110kV中压：6kV，10kV,20kV低压：380V/220V交流直流特高压(UHVDC)：±800kV高压(HVDC)：±100kV，±500kV数字化变电站屏柜传统变电站屏柜配电网接线方式CB1CB1CB2“手拉手”环网接线单电源辐射网接线架空配电网接线方式“手拉手”环网接线电缆配电网接线方式B变电站A变电站用户1用户2用户3用户4联络单环网配电网接线方式现代电网发展趋势超高压、特高压、远距离输电网数字化/智能变电站有源/智能配电网智能电网的发展，对继电保护技术提出了更高的要求：1）可靠性、选择性、速动性、灵敏性；2）自适应、智能化继电保护基本概念继电保护（RelayProtection）泛指能反应电力系统中电气设备发生的故障（如短路、断线）或不正常运行状态（如过负荷），并动作于相应断路器跳闸或发出告警信号的一种自动化技术和装置。继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。继电保护研究内容提出保护原理在分析电网发生故障或不正常运行状态下各种电气量或其他特征物理量（如变压器油箱内的瓦斯）的变化规律的基础上，找出它们与正常运行状态的之间的差别，然后制定出合理的保护动作判据。研制保护装置根据已经提出的保护原理，设计实际装置来实现继电保护功能。继电保护分类按反应的电网运行状态分类1）反应故障（包括短路和断线）状态，保护动作于相应断路器跳闸；2）反应不正常运行状态（如过负荷、小电流接地系统发生单相接地故障等），保护动作于告警信号。按保护对象分类如：变压器保护、线路保护、电容器保护等。继电保护分类按保护所起的作用分类可分为主保护、后备保护和辅助保护。主保护满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除所保护范围内的故障。继电保护分类按保护所起的作用分类可分为主保护、后备保护和辅助保护。后备保护指主保护或断路器拒动时用来切除所保护范围内故障的保护原理或装置，可分为远后备保护和近后备保护。远后备保护由相邻电力设备或线路的保护来实现。近后备保护由本电力设备或线路的另一套保护来实现（当主保护拒动时），或者由断路器失灵保护来实现（当断路器拒动时，只动作于母联断路器和母线分段断路器）。继电保护分类按保护所起的作用分类可分为主保护、后备保护和辅助保护。辅助保护是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时所增设的简单保护。继电保护分类按构成保护判据的特征物理量分类如：电流保护、距离保护、差动保护等。按利用的故障信号频谱特征分类1）工频分量；2）暂态分量常规保护原理只反应工频分量。利用暂态分量可以构成各种超高速保护，如行波保护、暂态保护等。继电保护分类按通信通道分类主要针对线路保护而言。可分为有通道保护和无通道保护。前者包括高频保护、微波保护、光纤保护等，后者包括所有只利用本端测量信号的保护原理。按保护装置结构型式分类可分为机电型、静态型和微机型。继电保护的工作回路继电保护装置对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，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能最根本的要求。安全性要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。信赖性要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。对继电保护的基本要求选择性指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障部分从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它包含两层意思：1）只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；2）力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用。对继电保护的基本要求选择性对继电保护的基本要求速动性故障发生时，应力求保护装置能迅速动作切除故障元件，以提高系统稳定性，减少用户经受电压骤降的时间以及故障元件的损坏程度。故障切除时间等于保护装置和断路器动作时间的总和。一般快速保护的动作时间为0.06s~0.12s，最快的可达0.01s~0.04s。一般断路器的动作时间为0.06s~0.15s，最快的可达0.02s~0.06s。对继电保护的基本要求速动性保护动作速度越快，为防止保护误动采取的措施越复杂，成本也相应提高。因此，配电网保护装置在切除故障时往往允许带有一定延时。对继电保护的基本要求灵敏性指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。在规定的保护范围内发生故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，保护装置都应能灵敏反应，没有似动非动的模糊状态。保护装置的灵敏性通常用灵敏系数来衡量。根据规程规定，要求灵敏系数在1.2~2之间。对继电保护的基本要求实际工作中，在确定被保护元件的保护方式时，还要考虑其经济性要求，即在满足基本保护功能要求的前提下，应尽可能减少投资。随着电力市场化进程的深入，对经济性要求越来越重视，甚至把它和前面介绍的四个基本要求合在一起，称为保护的五个基本要求。考虑经济性时，不能仅仅局限于保护装置本身投资的大小，还应从电网的整体安全及社会利益出发，按被保护元件在电网中的作用和地位来确定保护方式，因为保护不完善或不可靠造成的损失，一般都远远超过即使是最复杂的保护装置的投资。对继电保护的基本要求对继电保护装置的各项基本要求是研究分析继电保护性能的基础。这些要求之间往往是相互制约的，例如提高保护装置动作可靠性的措施，一般会造成动作速度及动作灵敏性下降，并增加保护成本。因此，继电保护的研究、设计、制造和运行的绝大部分工作就是围绕着如何处理好这些基本要求之间关系进行的。实际工作中，要根据具体情况以及要解决的主要矛盾，统筹兼顾，寻求一个适当的解决方案。继电保护发展概况继电保护原理随着对电网故障特性认识的不断深入而呈现出低速、高速到超高速的发展趋势。继电保护发展概况继电保护装置随着元器件技术的发展而发展。可以概括为三个阶段、两次飞跃。1970s后期以来1940s~1990s1890s~1960s数字化、智能化无触点化、小型化低功耗电动型整流型晶体管型微机型1123静态型电磁型感应型机电型12微机型2微机型3微机型集成电路型继电保护发展概况微机继电保护装置的特点：1）维护调试方便2）可靠性高3）易于获得附加功能4）灵活性大5）保护性能得到很好改善继电保护发展概况全数字式微机保护装置随着电子传感器及高速数据（光纤）通信技术的发展，变电站微机保护装置可以通过通信接口获取来自现场的数字化后的电压、电流信号，进而实现保护装置的完全数字化，使微机保护装置的构成出现革命性的变化。继电保护发展概况广域保护系统定义：获取电力系统的多点信息，利用这些信息对故障进行快速、可靠、精确的切除，同时分析切除故障对系统安全稳定运行的影响并采取相应控制措施的系统。利用故障分量的继电保护理论基础电力系统故障信息电力系统的故障是通过故障信息来表征的。故障信息分为内部故障信息和外部故障信息，其中蕴涵故障发生时间、故障方向、故障类型、故障距离及故障持续时间等信息，因而是区别正常运行状态与故障状态最本质的特征。故障信息的识别、处理和利用一直是继电保护及故障测距发展的基础。电力系统故障状态分析－叠加原理故障状态故障前状态故障附加状态故障分量的基本概念电力系统的故障状态可视为故障前状态与故障附加状态的叠加，其中故障前状态可以是各种非故障状态，也可以是前一次故障状态的继续，而故障附加状态则是由当前故障所激发的。故障附加状态中的电气量（电压、电流）称为故障分量。故障分量的基本概念故障分量是仅在系统发生故障时出现，而在系统正常运行及不正常运行时不存在的电气分量，即它随着故障的出现而出现，随着故障的消失而消失。所以，故障分量的存在，是电力系统处于故障状态的表征。故障信息实际上蕴涵于故障分量之中，因而对故障信息的提取和处理可以转化为对故障分量的提取和处理，即通过故障分量来判别故障方向、故障类型及故障距离等。故障分量的基本概念应用故障分量构成继电保护动作判据时，只需要寻找区内故障与区外故障的“差异”，而不必考虑正常及不正常情况，因而，保护具有较高的灵敏度，一般也具有较快的动作时间和较好的选择性，不必采用振荡闭锁等防止振荡时保护误动的措施。故障分量的特点非故障状态下不存在故障分量，故障分量仅在故障状态下出现；故障分量独立于非故障状态，受电网运行方式的影响不大（有一定的影响，但比传统保护小）；故障点的电压故障分量最大，系统中性点处故障分量电压为零；保护安装处故障分量电压电流之间的关系，取决于背后系统的阻抗，与故障点的远近及过渡电阻的大小没有关系（但故障分量值的大小受过渡电阻及故障点远近的影响）。故障分量的分类故障分量分为稳态故障分量和暂态故障分量，二者都是可以利用的。为了研究稳态故障分量，输电线路模型取为集中参数模型就可以了，如果还要进一步消除暂态故障分量的影响，除了采取滤波措施以外，输电线路模型也要加以修正。为了研究暂态故障分量，输电线路模型必须取为分布参数模型，如果还要进一步考虑线路损耗及参数的依频特性，同样要对线路模型予以修正。故障分量的组成trHztrHziiiuuu5050hiflowftrhiflowftriiiuuuiiiuuupreffpreff故障分量的利用上述这些分量都可以用来构成继电保护：：即故障分量中的工频分量，可以用来构成工频变化量方向保护、工频变化量距离保护、工频变化量差动保护、零序保护、负序保护等；：即全部的故障分量，可以用来构成电流突变量起动元件、电流突变量选相元件、方向行波元件、行波距离（测距）保护等；：暂态分量中的高频部分，用来构成反映单端电气量的暂态保护。hifhifiu、iu、HzHziu5050、故障分量的提取与识别方法来自电压互感器TV和电流互感器TA的电压电流都是故障后的全电压和全电流，构成反映故障分量的继电保护时，应设法将故障分量从全电压和全电流中提取出来。在微机保护中，故障分量的提取方法为（电流）：iu、......321)2()1()(，，nNnkikiin故障分量的提取与识别方法通常情况下，取n＝1、2或4：n＝1：n＝2：n＝4：这样可以计算出故障分量的采样序列，利用微机保护中的各种算法可以求出其幅值、相位等特征量。)2()()(Nkikiki)N()()(kikiki)N2()()(kikiki故障分量的提取与识别方法以n＝2为例，波形如下：故障分量的应用目前在电力系统中广泛采用反应工频电气量的微机保护装置，这类装置利用了由稳态故障分量构成的电流元件、方向元件、选相元件和距离元件等分别构成不同原理的保护，包括电流保护、方向性保护、差动保护、距离保护、纵联保护及自适应保护等。在这些保护装置中，暂态故障分量被视作干扰和噪声而被滤除，因而所有的研究重点在于如何设计性能较好的工频滤波器。故障分量的应用随着电力系统输送功率的不断增加，电压等级也在不断提高，系统的暂态稳定性问题也日趋严重，而提高系统暂态稳定性最直接而又简单有效的方法是超高速切除系统中发生的各种故障。为了适应现代电力系统发展的需要，研究超高速线路保护具有十分重要的