1安全自动装置概念及作用

电力系统安全自动装置的概念及作用张保会西安交通大学2006/04/15参考教材1.袁季修编书号：TM712/6题名电力系统安全稳定控制中国电力出版社2.李光琦编书号：TM711/6(95)题名电力系统暂态分析水利电力出版社3.王梅义编书号：TM71/1题名大电网系统技术水利电力出版社4.[苏]M.A.别尔柯维奇编书号：T664/8题名电力系统安全自动装置水利电力出版社5.沈善德编书号：T667/44题名现代电力系统的保护和安全自动装置水利电力出版社6.刘笙编书号：TM712/5题名电力系统暂态稳定的能量函数分析上海交通大学出版社7.韩祯祥编书号：TM76/4题名电力系统自动控制水利电力出版社学习报告提纲要求：请根据自己对该课程的学习体会，结合以下几个方面，写出不少于2万字的读书报告，并于9月10日前交来。一、简述电力系统安全自动装置的基本概念和分类。二、简述电力系统同步稳定性及提高稳定性的措施。三、举例说明李雅普诺夫直接法及其在暂态稳定性估计中的应用。四、以单机无穷大母线系统为例，说明实时预测暂态不稳定的计算方法及控制量实时算法。五、陈述多机电力系统紧急控制方法及存在的主要困难。目录1.电力系统的运行状态2.电力系统安全自动装置的概念3.从国际大停电事故看安全自动装置的重要性4.目前安全自动装置的配置及存在的问题5.我国电网发展对安全自动装置的要求6.电力系统广域运行信息及其可能的应用电力系统的运行状态（1）电力系统正常运行状态0SDjGiPPP0SDjGiQQQmaxminmaxmaxminmaxkkiiiijijSSUUUIIfff电力系统的运行状态（2）电力系统异常运行状态：不等式约束部分不满足；避免或调控消除异常状态；主要依靠安全自动装置。电力系统故障状态：部分等式和不等式约束不满足；切除故障元件消除故障，使系统过渡到正常状态。主要依靠继电保护。电力系统安全自动装置的概念（1）概念反应电力系统及其部件运行异常，并能自动控制其在尽可能短的时间内恢复到正常运行状态的控制装置或系统。可能的系统或元件不正常状态：因为切除故障或误动造成的发电功率与输用电功率不平衡。可采用备用电源或设备自动投如、事故紧急减出力、抽水改发电、水轮发电机自动启动或调相改发电等，快速保持稳态发输电能力与用电需求的平衡。电力系统安全自动装置的概念（2）1、保持供电连续性和输电能力的自动重合闸装置：母线重合闸、变压器重合闸、线路重合闸保证供电连续性的：单侧电源的重合闸保持输电能力的重合闸：双侧电源线路重合闸尽快恢复供电、输电设备的运行，尽量减少网络拓扑的变化，尽快恢复网络暂态和稳态输电能力；同时考虑减少重合于永久故障时系统产生的不平衡能量，提高暂态稳定能力。电力系统安全自动装置的概念（3）2、保持稳态输电能力与输电需求的平衡过负荷控制与报警：根据离线计算和运行经验已知某些元件跳开后输电能力不足肯定过负荷时，采用连锁切机、切负荷，远方切机、切负荷等。当难于有明显的唯一措施时，报警由运行人员控制。3、用于保持动态输电能力和输电需求的平衡暂态稳定控制：逻辑式连锁切机、切负荷；利用局部量的稳定性预测与紧急控制装置；基于离线或在线计算的区域性稳定控制系统；电力系统安全自动装置的概念（4）4、保持频率在安全范围内的自动装置当发电能力过剩或不足时，系统频率会升高或降低，参见负荷的频率特性和调速器的调频特性。在动态过程中，一般采用频率继电器控制切负荷和发电机，如低周减载、高周切机等保持频率的动态平衡。通过频率及其变化率的定值，继电器执行控制。在系统中如何配置和配合频率继电器，是主要问题；保安的高周波切机与系统频率控制的切机是不同的。2dfMPdt电力系统安全自动装置的概念（5）5、保持无功功率紧急平衡的自动控制装置防止扰动后无功不平衡、电压不合格，设置电压紧急控制装置。常见的有：强行励磁、电容器强补；切除并联电抗器、切负荷（低压减载）。电力系统安全自动装置的概念（6）6、失步解列装置将失步后的系统解列成几个独立的子系统，并能让各子系统尽可能功率平衡，通过控制保持或恢复到稳定运行状态。失步解列装置：直接或间接反应失步系统间的功角，当确实失步后，跳开失步系统间的联络线（断面）。配合：低周减载、低压减载、高周切机等，保持或恢复子系统的稳定运行。从大停电事故看安全自动装置重要性（1）国外03年发生的大停电事故－特大停电事故是现代社会的灾难国家发生时间事故名称事故后果美国2003.8.14北美东部网损失负荷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。瑞典丹麦2003.9.23瑞典－丹麦停电1800MW，影响500万人用电，停6.5小时意大利2003.9.28意大利6,400MW的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电19小时。英国2003.8.28伦敦地铁停电724MW，影响41万用户，50万乘客被困，停电37分钟～1小时马来西亚2003.9.1马来西亚马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约4个小时。从大停电事故看安全自动装置重要性（2）美国发生的其它大停电事故－预防特大停电事故是对现代科学技术的挑战事故名称时间后果美国东北部大停电1965.11.9最长停电时间达13h，影响居民3000万人，直接经济损失达1亿美元。纽约大停电事故1977.7.13停电时间达25h，停电引起贫民区纵火与抢劫，华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。美国西部网大停电1994.12.14系统解列成东西南北四个大岛，事故影响到14个州200万人的用电。美国西部网大停电1996.7.2系统解列成五个孤岛，事故影响14个州200万用户美国西部网大停电1996.8.10系统解列成四个孤岛，事故影响9个州750万用户从大停电事故看安全自动装置重要性（3）大停电的直接原因分析：在部分元件停运检修状态下，局部发生故障；故障切除后运行状态转移中部分输电元件运行异常或保护误动；后备保护和自动装置切除过载的输电元件；连锁过载被切除后的输电通道转移及系统不稳定；输电网络被大面积的无序断开后低周波、低电压、高周波等自动装置分散动作使系统崩溃。目前安全自动装置的配置及存在的问题（1）GGGG12/108/812/812/1041631035/45/46/47/4图1正常潮流状态及自动装置配置失步解列M1失步解列M2低压低周减载7秒动作各线路配置过负荷后备保护高周切机高周切机高周切机高周切机低周减载ABCDEF234目前安全自动装置的配置及存在的问题（2）GGGG12/108/812/812/1041631035/56/57/6图2在一条线停电检修时，另一条线路发生短路被保护切除2347目前安全自动装置的配置及存在的问题（3）GGGG12/108/812/812/1041631035/56/57/6图3故障切除后过负荷保护起动,由于没有正确调整潮流或调整慢，致使切除一个输电断面，造成大范围潮流转移ABCDEF7234目前安全自动装置的配置及存在的问题（4）图4由于低压减载的动作时间与过负荷保护动作时间不配合，切除了连接F母线的另两条线路，损失F母线负荷16，并可能造成同步稳定性的破坏''3''4''7低压减载GGGG12/108/812/812/1041631036/77/7ABCDEF目前安全自动装置的配置及存在的问题（5）图5M2断面先于M1断面失步而解列，解列后的系统功率极不平衡6/27/1''3''4''5低压减载GGGG12/108/812/812/1041631037/16/26/17/13P3P8P6/52PM1M2目前安全自动装置的配置及存在的问题（6）6/27/1''3''4''5低压减载GGGG12/108/812/812/1041631037/16/26/17/13P3P8P6/52PM1M2图6M1断面再次失步解列，全系统解列成四片目前安全自动装置的配置及存在的问题（7）GGGG12/1012/812/812/10416310/53图7各发电厂功率过剩，高周波切机动作，全系统瓦解''4''5低压减载M1M2低周波减载目前安全自动装置的配置及存在的问题（8）大停电事故的启示：任意坚强的网络都存在较薄弱的运行方式和严重的运行状态；跟踪运行方式和适应运行状态的实时控制系统是不可缺或的；分散安装、独立动作的自动装置可能保护电网，也可能切跨电网；电网主网架结构的不安全，是大停电事故的直接原因；电网的无序解列、开断造成了恢复的困难。目前安全自动装置的配置及存在的问题（9）可吸取的教训：元件的故障或扰动，在局部系统内部采取措施来消除，影响，不使其扩散到局部系统外；区域系统之间输电断面上的故障，切除故障元件后尽量保持输电断面的完整性；反应元件运行异常的保护应与系统的安全自动装置协调动作，保证网络连接的强壮性，尽量满足输电能力与输电需求的平衡，切不可独立、无序乱动；互联系统失稳后，应按功率尽可能平衡的原则有序解列，避免大面积停电，并有利快速恢复。我国电网发展对安全自动装置的要求（1）0200220209.5亿千瓦中国：世界第二美国：世界第一我国电网发展对安全自动装置的要求（2）2020年西电东送方案京津唐长江三角洲珠江三角洲传输功率1.2亿千瓦500kv220kv330kv火电厂水电厂核电厂变电站我国电网发展对安全自动装置的要求（3）西北华北东北山东川渝华中华东南方福建海南西藏ACBacktobackorDCBacktobackACACDC3DCACDCACBacktobackDCBacktobackseacable2003.9联网新疆中国大区电网互联基本框架我国电网发展对安全自动装置的要求（4）第一道防线：高速、准确地切除故障元件的继电保护和反应被保护设备运行异常的保护被我国超高压电网普遍采用的装备利用被保护元件两端的尽可能简单的信息；超高压系统主保护动作速度10－25毫秒；超高压系统主保护动作正确率99.82%;正在研究、未来可能装备电网的保护利用被保护元件单端或两端故障暂态信息的继电保护主保护动作速度2－5毫秒以尽可能快的速度、在尽可能小的范围内切除故障，减少系统产生的不平衡能量我国电网发展对安全自动装置的要求（5）第二道防线：保障电网安全运行的安全自动装置自动重合闸装置：除减少重合于永久故障时系统不平衡能量外，尽量减少网络拓扑的变化，尽快恢复网络输电能力；备自投、事故减出力、自动切负荷、抽水改发电等：快速保持稳态发输电能力与用电需求的平衡。过负荷控制：连锁切机、切负荷，远方切机、切负荷等。保持稳态输电能力与输电需求的平衡。暂态稳定控制：逻辑式连锁切机、切负荷；利用局部量的稳定性预测与紧急控制装置；基于离线或在线计算的区域性稳定控制系统；用于保持动态输电能力和输电需求的的平衡。我国电网发展对安全自动装置的要求（6）第三道防线：失步解列与频率、电压控制失步解列：在互联电网失去同步后，在预定的地点解列，以求各子网能独立满足供电需求。频率控制：通过低周减载、开启备用机组等满足频率要求，通过高周切机保证频率稳定、机组安全。电压和无功控制：通过低压减载和增发无功维持电压水平，防止电压崩溃。争取各自平衡，尽量减少对用户的损失，维持各子网的安全，创造并网条件。19.19.4581491210845631545300000024681012141618202270-801981198219831984198519861987198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002事故次数：次/年我国电网发展对安全自动装置的要求（7）市－省级电网省大区电网我国电网规模升级与稳定破坏事故我国电网发展对安全自动装置的要求（8）“三道防线”建设中应该加强的研究：采用最佳重合闸技术，减少第二次故障冲击、尽可能减少网络结构和潮流的变化，维持稳态输电能