继电保护的发展-教学研讨会(黄少锋)

发展电力大学1继电保护技术的发展华北电力大学黄少锋2006－4发展电力大学2一、技术条件基础1、微型机的功能越来越强，计算速度越来越快，容量越来越大。包括专用的DSP器件。为复杂的计算提供了技术条件。2、通信网络（包括光纤通信）广泛应用，传输速度和可靠性、安全性都得到了极大地提高。3、光学和电子互感器的应用。4、分析工具的完善。发展电力大学31、暂态电气量（包括行波）保护的研究与应用。行波测距在750kV系统中得到了验证。迄今在广泛应用的保护原理，基本上都属于反映工频量的保护原理。反映暂态量的保护原理，虽早有人提出，但一直未成气候，近年来在许多高校和科研单位引起了研发热潮。背景是：1）微机处理速度越来越高，可以采用很高的采样率，可以做相当复杂的运算处理。2）信号分析工具有了许多发展。例如小波分析方法。3）电子式TA、TV的应用，可以更真实地反映故障时的暂态量。二、发展动态发展电力大学4750kV行波测距的录波图1ms（1.2万点/T）C相零序零序发展电力大学52、进一步研究变压器和发电机的内部机理，提出性能优良的保护原理，从而提高元件保护的正确动作率。2001年以来，在220kV及以上系统中，微机线路保护的正确动作率保持在99％以上，但是，变压器保护的正确动作率只有76.21％。3、进一步简化定值。4、内部逻辑节点和信息的公开化，最好能够图形化，以便于工程技术人员参与分析、研究。工程技术人员特别需要：简便性和少维护。二、发展动态发展电力大学65、研究电力电子技术的应用对继电保护的影响，研究交直流混合系统对继电保护的影响。如：1）限流器投入使用后，电流减小、测量阻抗不再与故障点的距离成正比；投入的时间差别。（有一部分限流器是判别短路后再投入）2）某省电力系统在一年半的时间内，出现过十几次的直流换相失败。在这十几次换相失败中，大部分又与“故障期间”、“重合成功后”相对应。属于复故障范畴。二、发展动态发展电力大学7计算需要的数据换相失败t有时会出现类似于“功率倒向”的情况，导致继电保护设备的不正确工作。原有的“功率倒向”对策是考虑断路器跳闸后引起的，在这种情况下已经不适用。换相失败侧二、发展动态发展电力大学86、自适应理论、模糊数学、神经元网络、小波分析、智能方法和形态学方法等各种理论在继电保护中的应用研究。7、高速通信网络的应用。信息的快速性和广泛性8、研究超导器件应用于电力系统后对继电保护的影响。一旦推广应用后，继电保护的技术和原理将受到冲击。9、过程总线和IEC61850。方便设备的互联。二、发展动态发展电力大学910、PMU及其应用。1）电网稳定性监测与分析（暂态、稳态）。2）电压检测。二、发展动态发展电力大学103）在线扰动识别。4）低频振荡的在线监测与分析。5）负荷参数辨识。6）仿真和计算的校核。为最终解决离线仿真的保守性奠定基础。04年3月25日东北大扰动（三相短路）试验。据透露：可以提高传输功率（1条线路的传输功率可以由80万提高到100多万，2条线路可以当作3条使用），…。取得效益后，05年3月29日又做了一次三相短路试验。二、发展动态发展电力大学117）闭环控制、逐步控制和紧急控制相结合。三道防线相互结合。实时测量与控制相结合，比如切负荷：第一步先切除预计（估算）的70～90％，随后再实时跟踪，逐步调整、逐步控制，达到“边看边调”的效果。8）广域保护系统。04年国际大电网会议指出：对于避免大停电来说，缜密、可靠的广域控制是极为关键的。二、发展动态发展电力大学1211、光学、电子互感器应用后的继电保护。信号的通信连接代替了A/D电路。已经提到日程上来。12、操作机构智能化。电缆长度的增加（如大于200米）,导致压降增大、可靠性降低，增加导线的截面积也不一定能解决问题。采用智能化操作机构之后，可以克服上述问题，同时，还可以实现自动检测和报警，有利于提高可靠性。二、发展动态发展电力大学13A/DMPU罗氏线圈装置电子互感器光纤A/DMPUTA装置电缆现在方式光学、电子互感器方式光纤操作机构接点与电缆操作机构二、发展动态发展电力大学14合并单元（MergingUnit）合并单元A/DECTEVTA/D........112IEC61850-9或IEC60044-7/8保护、测量同步信号2同步信号1（如GPS秒脉冲）MRIVPS光纤MR:维修请求IV:输出无效PS:电源供应同步信号2发展电力大学15*传统方式自动化方式正在实现的方式节省电缆、占地，提高自动化水平和抗干扰能力，…二、发展动态发展电力大学16电子传感器典型方案ABB的PASS系统：PASS（PlugAndSwitchSystem）可称为智能插接式开关，是将断路器、隔离开关、接地开关、电流和电压传感器、以及套管等都放置在一个公共气罐里，组成一个气体绝缘金属密闭的组合体。其电子TA采用了Rogowski线圈、TV采用电容分压的有源方案，目前已在澳大利亚某电力公司运行。现在，不少网、省局也在开展电子互感器的应用工作。发展电力大学17PASS示意图发展电力大学18BlackwallSubstation,Queensland昆士兰,AustraliaPASS应用实例发展电力大学19PASS应用实例PASS二次部分的光纤接口发展电力大学2013、串补电容、同杆并架、并联电抗器。对光纤差动保护的影响并不大（需要考虑分流的影响），主要是对后备保护的影响。14、已出台同杆并架双回线继电保护和重合闸技术导则(草稿)》。要求：永久性故障的判别、顺序重合闸等。15、应用微机后，应该引入这样的观点：1）有特征、有区别，基本上就可以实现；2）跳出“单个继电器”的范畴，综合应用各种信息（时间——工况、空间——信息）；3）结合使用多种判据，仅投入条件最充分的判据。二、发展动态发展电力大学211、改进接线方式原接地阻抗的接线方式：在接地故障中，故障相能够准确测量短路点到保护安装处的阻抗。但是，非故障相有可能会误动，需要选相。例103IKIUZm003)3(IKZIKIZUUzdBzdBOPB有：为例，以)1(AK0033IKUIKIUZBBBB发展电力大学22按相补偿接线：不会误动。无关。故障分量，与负荷分量均为和其中，,1},,max{mIIIIICBAMAX03IKIUZm综合考虑引入的电流信号和向量关系后，得到一种新的接地阻抗接线方式：mφ),1(CBAIIMAX、、Φm例1发展电力大学23）：为例（有以AMAXAIIK)1(，不影响测量001A33ZA)IKIUIKIIIUAAAAAA0001C333ZC)IKUIIIKIIUIKIIIUCCAACCACCC＝测量阻抗很大），时，（当＝0010001B3333ZB)IICCIKUIKUIIIKIIUIKIIIUABBBBAABBABBBAIBICIAIBICI例1发展电力大学24对于两相接地，也可以得到类似的结果。)1,1(KAICIBI)1,1(BCK对于三相短路和两相相间短路，无3I0，没有影响。例1发展电力大学252、综合使用多种判据每种判据均在充分条件下才投入使用（多种判据应用：与，或，模糊原理，条件使用）。很难用一个判据贯彻始终(如：阻抗接线方式)。对于选相：①按相补偿；②突变量选相③对称分量选相；④阻抗选相；⑤电压选相（弱馈）。例2发展电力大学26T/2突变量按相补偿T/2～T对称分量阻抗t例2发展电力大学27有正、负、零三序电流几乎只有零序电流MN系统小电源弱馈侧重新捡起电压选相110、220kV的许多工程都提出这样的问题。例2发展电力大学2816、继电保护与状态检测相结合。现有保护判据灵敏的保护状态检修判据投退控制+二、发展动态发展电力大学2917、特高压系统的继电保护。国网公司已经就特高压试验示范系统的继电保护问题召开过几次会议。由国调和电科院共同建设模拟系统。主要模拟的特征：线路长、分布电容大、并联电抗器、阻抗角度约88.2°（衰减时间常数约120ms）没有考虑：串补电容器、光学或电子互感器、可控并联电抗器等措施。过电压比原先估计的情况要宽松（0.2）。二、发展动态发展电力大学302006年3月7日发《试验示范工程二次系统工作的通知》。确定：1）06年3月底，编制统一的系统参数，确定边界条件。2）4月底，发布《二次系统技术条件(第一版)》，重点是功能规范。3）3～7月，模型建设，进一步的特性研究。4）8月，发布《二次系统技术条件(第二版)》。5）10～12月，集中测试。6）12月，修订技术条件。二、发展动态发展电力大学31350～363km282～291kmTA：TPY/10VA，TPY/10VA，4000/1导线：8xLGJ-500/35mm2变压器：3000/3000/1000MVA最大短路电流：52kA最大过渡电阻：600欧二、发展动态发展电力大学321、谐波分量增大。2、线路的时间常数大，故障时，非周期分量衰减缓慢，过渡过程长。3、线路分布电容产生较大的电容电流。贝瑞隆方法，分段计算等。4、短路电流中的高次谐波成分将使得二次谐波制动原理在变压器内部故障时，延迟了保护的动作时间。5、大型变压器在空投过程中，励磁涌流幅度有所减小，涌流特征有所减弱，从而造成二次谐波等原理的差动保护误动作。二、发展动态发展电力大学336、直流分量较大后，造成变压器区外故障时，容易出现TA的暂态饱和问题，另外，区外故障切除再恢复中，各侧TA暂态特性不一致等情况下，可能引起差动保护误动作。7、对继电保护设备，要求提高进一步可靠性、安全性、快速性和电磁兼容的能力。8、过电压的影响和抑制。二、发展动态发展电力大学341）继电保护最重要的还是要鲁棒性好，简单而可靠。2）采用新原理而不得不大幅度提升对硬件复杂性要求时，要很好地权衡得失。3）该快必须快，并且要有足够的裕度；可以慢一些时，放慢一些大有好处。4）灵敏度必须保证，太灵敏大可不必。5）元器件可靠性的提高、完善的自检对可靠性设计观念的变化。三、关于可靠性的几点意见发展电力大学35谢谢!