电力系统继电保护第一章

中国石油大学（华东）ChinaUniversityofPetroleum电力系统继电保护仉志华中国石油大学（华东）信息与控制工程学院电气工程系《电力系统继电保护》中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum前言电力系统继电保护的基本概念与已学课程的关系与后续课程的关系课程特点–理论内容相对抽象–与实践紧密结合–“提出问题—分析问题—解决问题”的思路学习的基本要求–课堂–作业–实验–考核方式中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum本课程主要内容第一章绪论第二章电网的电流保护第三章电网的距离保护第四章输电线路纵联保护第五章自动重合闸第六章变压器保护第七章发电机保护第八章母线保护中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum第一章绪论一、继电保护的作用二、继电保护的基本原理及其组成三、对继电保护的基本要求四、继电保护的发展简史五、继电保护工作的特点中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum发电用电输电变电配电通信系统电厂监控站端监控数据采集和传输电网调度50.0Hz49.850.2发电用电站端监控一、电力系统继电保护的作用中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum电力系统组成–电力系统是发电、输电、配电、用电组成的一个实时、庞大、复杂的联合系统。涉及到多个专业。电力生产的特点电能无法大容量存储，电能的生产与消耗几乎是时刻保持平衡。不能中断——可靠性要求极高！电力系统一次设备–发电机、变压器、母线、输电线路、电动机、电抗器、电容器等组成的电能传输设备（属于高压设备）。电力系统二次设备–对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制与保护的设备（从TA、TV获得成正比的“小信号”）。中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum继电保护在电力系统中的角色？电力系统是由发电机、变压器、输电线路、配电线路、负荷等一次设备和继电保护、安全自动控制装置、测量仪表、通信系统等二次设备共同组成的一个实时动态平衡系统；其中：–一次设备是电力系统的躯干，电能的生产、传输和消费是靠一次系统来完成的；–二次设备是电力系统的大脑和中枢神经系统，没有二次设备电力系统无法工作。中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum根据不同的运行条件，可以将电力系统运行状态分为正常状态、不正常状态、故障状态。1、正常状态从定性角度来看，电压、电流、频率（转速）在规定的范围内，各个一次电气设备能够正常工作而不损坏的运行状态；中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum从定量关系上来看，同时满足等约束和不等约束条件，电力系统在规定的限度内可以长期安全稳定运行。最关键的指标：Ue±10%,△f≤±0.2Hz中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum2、不正常状态正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。等约束条件满足，部分不等约束条件不满足。例如：负荷潮流越限(线路过载)；发电机突然甩负荷引起频率升高；系统无功缺损导致电压降低；非接地相电压升高；电力系统发生振荡等等。中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum3、故障状态一次设备运行中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作，以及自然灾害等各种，导致原因发生短路、断线。通常指各种类型的短路和断线，包括各相导体之间或者导体对地的不正常连接、三相或者某相开断。中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum正常状态和大部分的不正常状态可以由以下措施予以调节和控制：1）有功、无功潮流和电压、频率的调整——调整发电机出力——变压器分接头——负荷等；2）安全自动装置——备用电源自动投入（备自投）——自动准同期装置——自动按低频减载（低压减载）——自动解列——过电压检测等。中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum电力系统发生短路故障是不可避免的，如雷击、台风、地震、绝缘老化、鸟害、人为因素等引起。短路的危害：（1）短路电流大，燃弧，易使元件损坏；（2）电压降低，电力用户正常的生产、生活受到影响；（3）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至系统崩溃。——大停电中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum当某一设备发生故障时，切除故障的时间通常要求几十到几百毫秒——这就必须靠自动装置来完成切除故障的任务——实现这种功能的自动装置就是继电保护装置。由于继电保护的特殊性，故从自动化装置中“分离出来”，进行专门的研究与分析。中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum继电保护的作用（或称为任务）1）当系统发生故障时，能够自动、迅速、有选择地向断路器发出跳闸命令，将故障元件从电力系统中切除，保证其他无故障部分迅速地恢复正常运行。2）当系统出现异常运行时，能够反应元件的不正常运行状态，发出指示信号，或者发出跳闸命令。中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum继电保护是电力系统的重要组成部分，是保证系统安全、可靠运行的主要措施之一。虽然电力系统出现故障的几率较低，但继电保护必须时时刻刻护卫着电力系统，在没有继电保护情况下，电力系统不能直接投入使用。继电保护通过断路器实现故障点最小范围的隔离（切除），包括实现停电范围最小，并可以完成自动恢复供电。本课程重点讨论和研究电力系统短路的识别与故障区域（元件）的判断中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum各种类型的短路是最常见也是最危险的故障状态。短路类型：),()()()(K,K,K,K11123不对称性短路对称性短路高压电网中，单相接地短路次数占总短路次数的85％以上中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum有时，为了明确具体的故障相别，采用带下标的符号：)(AK1故障类型故障相别),()()()(K,K,K,K11123中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum继电器单个元件。继电保护装置（度量继电器）以及自动控制中经常采用的元件（控制继电器）。继电保护装置反应电力系统中电气设备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。电力系统继电保护泛指继电保护技术以及由各种继电保护装置构成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术及相关设备。几个名称的区分中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum二、继电保护的基本原理及其组成为完成继电保护的基本任务，必须正确区分正常运行、不正常运行和故障状态，寻找这三种运行状态下的可测参量(电气量和非电气量)的“差异”—（故障特征）。根据可测参量（电气量）的不同差异，可以构成不同原理的继电保护。下面，先简单了解正常与短路的“差异”。中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum)(BALI)(CBLI正常状态ABC)(BALI)(CBLI1CLI2CLI短路状态ABC)(BAKI)(CBKI1CLI2CLI中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum短路故障线路流过短路电流母线电压降低感受阻抗正常运行线路流过负荷电流母线电压接近额定感受阻抗eeUU)%10~5(LLemmmZIUIUZLIKIKUKKKmmmZIUIUZ差异界线中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum分析：对同母线其他线路的影响另外，还可以利用不对称短路时，出现零序、负序分量，可构成序分量的保护。)(BALI)(CBLI短路状态ABC)(BAKI)(CBKI1CLI2CLI中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum——过电流保护——低电压保护（低压脱扣）——阻抗（距离）保护——纵联差动保护(高频、微波、光纤)——零序或负序分量保护——瓦斯保护、过热保护等短路的主要特征归纳：1）电流增大2）电压降低3）阻抗减小4）两侧电流大小和相位的差别5）不对称分量出现6）非电气量中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum1、继电保护装置的构成示意图测量部分测量有关电气量，与整定值比较，给出“是”或“非”，“0”或“1”，“大于”、“不大于”、“等于”等性质的一组逻辑信号，判断保护是否应该启动。中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum逻辑部分根据测量部分输出信号的大小、性质、持续时间、先后顺序等，使保护按一定的逻辑关系判定故障类型和范围，确定是否应该使断路器跳闸或发出告警信号，并将有关指令传达给执行部分。-决策部分1、继电保护装置的构成示意图中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum执行部分：根据逻辑部分的输出结果，发出跳闸脉冲及相应动作信息，或发出告警信号。控制断路器跳闸、调整，或通知值班人员。-触点容量放大与数量扩充，一般称为出口继电器1、继电保护装置的构成示意图中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum继电保护的工作回路示意图-以过电流保护为例传统保护包括TV、TA、二次电缆、保护装置、信号设备、工作电源等。未来保护发展方向断路器保护用CT电流继电器中间继电器信号继电器时间继电器中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum2、继电保护的工作配合系统出现故障——保护跳闸——每段线路上的保护该如何执行——需要相互配合保护范围总体原则：预设范围，不能遗漏每套保护都有预先划分的保护范围，保护范围划分的基本原则是任一个元件的故障都能可靠地被切除，并且保证停电范围最小。保护范围相互重叠，保证任意点的故障都置于保护区内。中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum继电保护的工作配合—（预设范围，重叠，无遗漏）发电机保护区变压器保护区线路保护区母线保护区高压母线保护区1高压母线保护区中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum三、对继电保护的基本要求1、选择性2、速动性3、灵敏性4、可靠性简称为：继电保护“四性要求”中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum几个位置的称谓ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准本线路中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum几个位置的称谓ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准下一条线路(相邻线路)中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum几个位置的称谓ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准背后线路中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum几个位置的称谓ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准(本线)末端短路相邻线出口短路中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum几个位置的称谓ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准相邻线末端短路中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum几个位置的称谓ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准反方向短路中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum1、选择性保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽可能小；并保证系统中非故障部分继续安全运行。ABC123456783K有选择性：最靠近短路点的断路器跳闸。中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum在实际运行中，由于各种原因可能存在保护或断路器拒动的情况，所以，必须要考虑后备保护（替代功能）的配备。——目的是：不允许长期存在短路的情况于是出现了：近后备保护远后备保护断路器失灵保护等中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum