电力系统继电保护绪论PPT课件

1、1.1 1.1 电力系统的各种运行状电力系统的各种运行状态态 第1页/共71页电力系统概况特点：（1）电能不能大量存贮；（2）电磁过程快速； （3）与国民经济和人民的日常生活等密切相关。发电输变电配电用电第2页/共71页电力系统概况设备分类：一次设备、二次设备。发电输变电配电用电第3页/共71页1.1.1 1.1.1 正常工作状态正常工作状态电力系统正常运行的约束条件电力系统正常运行的约束条件 电力系统的运行条件一般可用3组方程式描述，一组微分方程式用来描述系统元件及其控制的动态规律，两组代数方程式则分别构成电力系统正常运行的等式和不等式约束条件。第4页/共71页dtdiLdtdiLririu

2、u2211221121dtddtdiLriudtddtdiLriumm2222211111双绕组单相变压器双绕组单相变压器 1.1.1 1.1.1 正常工作状态正常工作状态第5页/共71页1.1.1 1.1.1 正常工作状态正常工作状态等式约束条件：等式约束条件：0SLjGiPPP0SLjGiQQQ发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率第6页/共71页 等式约束条件：等式约束条件：0SLjGiPPP0SLjGiQQQ负荷使用的有功功率和无功功率负荷使用的有功功率和无功功率1.1.1 1.1.1 正常工作状态正常工作状态第7页/共71页0SLjGiPPP

3、0SLjGiQQQ电力系统中各种有功功率和无功功率损耗电力系统中各种有功功率和无功功率损耗1.1.1 1.1.1 正常工作状态正常工作状态第8页/共71页max.kkSSmax.min.iiiUUUmaxminfffmax.ijijII1.1.1 1.1.1 正常工作状态正常工作状态第9页/共71页1.1.2 1.1.2 不正常工作状态及其危害不正常工作状态及其危害 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为 造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障。第10页/共7

4、1页常见的不正常状态及其危害：常见的不正常状态及其危害：频率降低：由于系统中出现有功功率缺额而引起的；频率降低：由于系统中出现有功功率缺额而引起的；危害：危害：1 1）影响产品质量；）影响产品质量； 2 2）降到）降到47Hz47Hz48Hz48Hz以下会引起频率崩溃；以下会引起频率崩溃； 3 3）使电压下降可能引发电压崩溃。）使电压下降可能引发电压崩溃。 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为1.1.2 1.1.2 不正常工作状态及其危害不正常工作状态及其危害第11页/共71页常见的不正常状态及其危害：常见的不正常状态及其危害：过电压：发电机突然甩负荷

5、而产生；过电压：发电机突然甩负荷而产生；危害：危害：造成绝缘击穿导致短路。造成绝缘击穿导致短路。 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为 1.1.2 1.1.2 不正常工作状态及其危害不正常工作状态及其危害第12页/共71页常见的不正常状态及其危害：常见的不正常状态及其危害：系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。危害：危害：系统振荡时，电流和电压周期性摆动，严重系统振荡时，电流和电压周期性摆动，严重影影 响系统的正常运行。响系统的正常运

6、行。 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为1.1.2 1.1.2 不正常工作状态及其危害不正常工作状态及其危害第13页/共71页1.1.3 故障状态及其危害常见的十种短路类型常见的十种短路类型纵向不对称故障纵向不对称故障最常见且最危险的是各种类型的短路最常见且最危险的是各种类型的短路 复杂故障：在电力系复杂故障：在电力系统的不同地点（两处统的不同地点（两处或两处以上）同时发或两处以上）同时发生不对称故障的情况生不对称故障的情况 第14页/共71页第15页/共71页短路的后果短

7、路的后果 数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧，使故障设备烧坏甚至烧毁； 短路电流通过故障设备和非故障设备时，产生热和电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设备缩短使用寿命； 电力系统中大部分地区的电压下降，使大量电能用户的正常工作遭到破坏或产生废品； 破坏电力系统并列运行的稳定性，而使事故扩大，甚至造成整个电力系统瓦解。第16页/共71页事事 故故 系统或其中的一部分的正常工作遭到破坏，并造系统或其中的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，成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人员伤亡和电气设备的损坏。甚至造成人员伤亡和电气设备的损坏。一

8、旦故障发生，要求在十分之几甚至百分之几秒内切一旦故障发生，要求在十分之几甚至百分之几秒内切除故障设备。除故障设备。运行人员运行人员继电保护装置继电保护装置第17页/共71页20062006年国外停电事故年国外停电事故第18页/共71页国外国外0303年发生的大停电事故特大停电事故是现代社会的灾年发生的大停电事故特大停电事故是现代社会的灾难难第19页/共71页美国发生的其它大停电事故预防特大停电事故是对现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代科 学技术的挑学技术的挑战战第20页/共71页An Example:August 14, 2003 Blackout in the Unite

9、d States and Canada第21页/共71页An Example:August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada第22页/共71页原因：台风 “达维”第23页/共71页我国保障电网安全运行的“三道防线” 第24页/共71页第一道防线：高速、准确地切除故障元件的继电第一道防线：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被我国超高压电网普遍采用的装备l利用被保护元件两端的尽可能简单的信息；利用被保护元件两端的尽可能简单的信息；l超高压系

10、统主保护动作速度超高压系统主保护动作速度10102525毫秒；毫秒；l超高压系统主保护动作正确率超高压系统主保护动作正确率99.82%99.82%。正在研究、未来可能装备电网的保护正在研究、未来可能装备电网的保护l利用被保护元件单端或两端故障暂态信息的继电保护；利用被保护元件单端或两端故障暂态信息的继电保护；l主保护动作速度主保护动作速度2 25 5毫秒。毫秒。 以尽可能快的速度、在尽可能小的范围内切除故障，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减少系统产生的不平衡能量 第25页/共71页第二道防线：保障电网安全运行的安全自动装置第二道防线：保障电网安全运行的安

11、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；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。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。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。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

12、量的暂态稳定控制：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平性稳定控制系统；用于保持动态输电能力和输电需求的平衡。衡。第26页/共71页第三道防线：失步解列与频率、电压控制第三道防线：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，失步解列：在互联电网失去同步后，在预定的地点解列，以各子网能独立满足供电需求。以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，频率控制：通过低周减载、开启备用机组等满

13、足频率要求，通过高周切机保证频率稳定、机组安全。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，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。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。全，创造并网条件。 第27页/共71页 电力系统是由各种电气元件组成的，由于自然环电力系统是由各种电气元件组成的，由于自然环境、制造质量、运行维护水平等多方面的原因，境、制造质量、运行维护水平等多方面的原因，各电气元件在运行中不可能一直保持正常状态。各电气元件在运行

14、中不可能一直保持正常状态。因此就要有专门的技术来为电力系统建立一个安因此就要有专门的技术来为电力系统建立一个安全保障体系。其中全保障体系。其中最重要的专门技术之一就是继最重要的专门技术之一就是继电保护技术电保护技术。 继电保护装置用于实时检测电力系统各元件的运继电保护装置用于实时检测电力系统各元件的运行状态。行状态。一旦系统发生故障或异常，继电保护装一旦系统发生故障或异常，继电保护装置迅速动作实现故障隔离或告警置迅速动作实现故障隔离或告警，保证电力系统，保证电力系统的安全和稳定。的安全和稳定。第28页/共71页1.1.4 1.1.4 继电保护的概念及作用继电保护的概念及作用继电保护技术 包括电

15、力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术。第29页/共71页继电保护装置 继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件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。1.1.4 1.1.4 继电保护的概念及作用继电保护的概念及作用第30页/共71页二、继电保护的作用二、继电保护的作用 自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行。(故障故障) 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。（不正常运行）（不正常运行）

16、1.1.4 1.1.4 继电保护的概念及作用继电保护的概念及作用第31页/共71页第32页/共71页1.2.1 1.2.1 基本原理基本原理 电流增大 I = 0； I = Id 非电气量：瓦斯保护，过热保护等。非电气量：瓦斯保护，过热保护等。 原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。 20argIU正常运行时： -负荷功率因数角线路正方向发生三相短路：8560argIU-线路阻抗角反方向发生三相短路：)8560(180argIU第33页/共71页1.2.2 1.2.2 继电保护装置的构成继电保护装置的构成测量比

17、较元件逻辑判断元件执行输出元件相应输入量相应输入量跳闸或信号跳闸或信号测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0 0”或“1 1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。 根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。常用逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。 根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时, ,动作于跳闸

18、并发出信号；不正常运行时, ,发出信号；正常运行时, ,不动作等。 第34页/共71页继电保护系统的构成继电保护系统的构成第35页/共71页1.2.3 1.2.3 继电保护的工作回路继电保护的工作回路KAKTKS信号IQFTAYRt第36页/共71页1.2.4 1.2.4 继电保护的分类继电保护的分类按被保护的对象分类 输电线路保护、发电机保护、变压器保护、母线保护等 按保护原理分类 电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等 第37页/共71页 按保护所反应故障类型分类 相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、失步保护、失磁保护等 按继电保护装置的实现技术分类 机电型保护

19、（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等 1.2.4 1.2.4 继电保护的分类继电保护的分类第38页/共71页按继电保护测量值与整定值的关系分类 过量保护（测量值整定值时动作） 欠量保护（测量值整定值时动作）1.2.4 1.2.4 继电保护的分类继电保护的分类第39页/共71页主保护：反映被保护元件本身的故障，并以尽可能短的时限切除故障的保护。按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等第40页/共71页按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护。 第41页

20、/共71页按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等近后备保护：在本元件处装设两套保护，当主保护拒动时，由本元件的另一套保护动作。远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。 1.2.4 1.2.4 继电保护的分类继电保护的分类第42页/共71页按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等辅助保护：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而增设的简单保护1.2.4 1.2.4 继电保护的分类继电保护的分类第43页/共71页1.2.5 1.2.5 电力系统继电保护的工作配合电力系统继电保护的工作配合保护范围划分的基本原则是任一个元

21、件的故障都能可靠地被切除且造成的停电范围最小。保护区间的重叠是为了保证任意处的故障都置于保护区内，同时重叠区越小越好。第44页/共71页1.2.5 1.2.5 电力系统继电保护的工作配合电力系统继电保护的工作配合低压母线保护区变压器保护区高压母线I保护区线路保护区发电机保护区高压母线II保护区高压母线保护区第45页/共71页第46页/共71页对动作于跳闸的继电保护，在技术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：上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性选择性、速动性、灵敏性、可靠性，即保护的即保护的“四性四性”。 第47页/共71页1.3.1 1.3.1 可靠性可

22、靠性 可靠性是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（简称拒动）；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。 第48页/共71页1.3.1 1.3.1 可靠性可靠性 影响可靠性的因素 内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平内外接线简明触点多少等 外在的：运行维护水平调试是否正确正确安装等第49页/共71页1.3.1 1.3.1 可靠性可靠性 提高可靠性的办法 1.选用适当的保护原理，在尽可能的情况下尽量简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。2.提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施。3.提高保护装置安装

23、和调试的质量，并加强维护和管理。4.采取保护装置多重化。第50页/共71页1.3.2 1.3.2 选择性选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。 例： 当d1点短路时，保护1、2动跳1DL、2DL 有选择性12345678ABCD第51页/共71页 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。 例： 当d2点短路时，保护5、6动跳5DL、6DL 有选择性12345678ABCD第52页/共71页 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元

24、件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。 例： 当d3点短路时，保护7、8动跳7DL、8DL 有选择性12345678ABCD第53页/共71页 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。 例： 当d3点短路时，若保护7拒动或7DL拒动，保护5动（远后备）跳5DL 有选择性 1.3.2 1.3.2 选择性选择性12345678ABCD第54页/共71页 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。 当d3点短路时，若保护7正确动作和7DL跳闸，保护5动跳5DL，则越级跳闸（非选

25、择性） 例： 停电停电第55页/共71页小结：小结：选择性就是故障点在区内就动作，区外选择性就是故障点在区内就动作，区外就不动作。当主保护未动作时，由近后备或远就不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善（对保护装置、护比较完善（对保护装置、DLDL、二次回路和直、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。且实现简单、经济，应优先采用。 1.3.2 1.3.2 选择性选择性第56页/共71页1.3.3 1.3.3 速动性速动性

26、 作用于断路器跳闸的保护都要求动作迅速。其主要原因如下： 可以提高系统稳定性； 减少用户在低电压下工作的时间； 减少故障元件的损坏程度； 避免故障进一步扩大。 第57页/共71页QFprttt故障切除时间：tpr-保护动作时间 tQF-断路器动作时间 最快1.3.3 1.3.3 速动性速动性 快速保护：spr12. 006. 0tspr04. 001. 0tsQF15. 006. 0t断路器：最快sQF06. 002. 0t第58页/共71页1.3.4 1.3.4 灵敏性灵敏性 灵敏性是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的

27、类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。 通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为K Ksensen。 对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护） setksenIIKmin.保护的动作参数故障参数的最小计算值保护区内金属性短路时其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。方式、故障类型和短路点来计算的。 第59页/共71页1.3.4 1.3.4 灵敏性灵敏性 灵敏性是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正

28、确地反应出来。 通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为K Ksensen。 对反应数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。方式、故障类型和短路点来计算的。 max. ksetsenUUK故障参数的最大计算值保护区内金属性短路时保护的动作参数第60页/共71页1.3.4 1.3.4 灵敏性灵敏性 在GB14285-1993继电保护和安全自动装置技术规程中，对各类保护的灵敏系数的要求都作出了具体规定，一般要求灵敏系数在1.22之间。第61页/共71页 上述四个基本要求是分析研究继电保上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。在它们之间本线索。在它们之间既有矛盾的一面，又既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面有在一定条件下统一的一面。例如强调快。例如强调快速性时，有时会影响可靠性、选择性和灵速性时，有时会影响可靠性、选择性和灵敏性，强调选择性时又会影响快速性和灵敏性，