ACE继电保护-1绪论DA课件

1、四方研究所 薛安成 办公室: J5-B309,Tel:80794899North China Electric Power University电力系统继电保护原理1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2一、继电保护的作用(从电力系统谈起) 电力系统是发电、输电、配电、用电组成的一个实时的联合系统。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。因此，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

2、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”）。3 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。正常状态：等约束和不等约束条件都满足， 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：Ue10%, f0.2Hz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。故障状态：一次设备运行中由于外力、绝缘老化、过 电压、误操作等原因发生短路、断线。4正常工作状态、不正常工作状态和故障状态 正常工作状态:电力系统的电压和频率都在允许的

3、范围以内，能够保持长期安全工作的状态。功率平衡方程式：不等式约束：有功平衡无功平衡在最大容量范围内在最大工作电流范围内在允许工作电压范围内在允许工作频率范围内正常工作状态时以上等式和不等式都满足。5不正常运行状态的对策：一旦电力系统设备发生不正常运行状态，应该发出告警信号、减负荷或跳闸。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、无功的潮流和电压、频率的调整 调整发电机出力、变压器分接头、负荷等 2）自动化装置 备用电源自动投入（备自投）、自动准同 期装置、自动按低频（低压）减载、自动 解列、过电压检测等。 7故障、不正常运行、正常状态故障状态：一次电气设备在运行过程

4、中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因而发生短路、断线等故障。故障的原因：（1）自然因素的影响 大风的影响：风力过大，使空气绝缘间隙变小。 雨的影响：毛毛细雨将使脏污绝缘子闪络、放电。 雷电影响 大雾影响：大雾天气，空气湿度较大，绝缘子沿面闪络放电。 覆冰影响：线路上发生严重覆冰时，使导线发生断线事故。（2）人为、周围环境及外物的影响 8 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，人为因素等引起。 伴随着短路 出现电流增大、电压降低 从而导致设备损坏、绝缘破坏、断 电和稳定破坏，甚至使整个电力系 统瘫痪等。10短路的危害： （1）短路电流大，燃弧，易使元

5、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11 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。12继电保护装置的基本任务 1)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。 即内部故障时发出跳闸命令。2) 反应电气元件的不正常运行状态，根据运行维护的具体条件（例如有

6、无经常值班人员）和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。 即不正常工作时发出告警信号。14 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。 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。 类似于军队与国家安全的关系。 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。15 高压电网中，单相接地短路次数占总短路次数的85以上。 有时，为了明确具体的故障相别，采用带下标的符

7、号：17 单个元件。 如：家庭中的电视机、空调等电源的控制。自动控制中经常采用的元件。 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。 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。继电器：继电保护装置：电力系统继电保护：几个名称的区分18二、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”。 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

8、解正常与短路的“差异”。 19正常状态短路状态20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 感受阻抗差异界线21 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。22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。24逻辑部分： 根据测量部分输出信号的大小、性质、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。继电保护装

9、置的构成示意图25 继电保护的工作回路示意图： 包括 TV 、 TA、二次电缆、保护装置、信号设备、工作电源等。 断路器 电流互感器电流继电器中间继电器信号继电器时间继电器27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低压母线保护区高压母线保护区1高压母线保护区28继电保护的工作配合 （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。29三、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

10、求”30几个位置的称谓 讨论保护1就以保护1为基准 本线路 31几个位置的称谓 讨论保护1就以保护1为基准 下一条线路(相邻线路) 32几个位置的称谓 讨论保护1就以保护1为基准 背后线路 33几个位置的称谓 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 34几个位置的称谓 讨论保护1就以保护1为基准 相邻线末端短路 35几个位置的称谓 讨论保护1就以保护1为基准 反方向短路 361、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。 主保护:反映元件严重故障，快速动作于跳闸的保护后备保护：主保护不动作时备用的保护，由

11、相邻设备的保护来完成。37 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 38近后备保护： 本地的后备保护由安装于本地的另外一台（套）保护元件（或装置）来实现。 举例：如K3点故障，保护6(包括断路器)由于设计原理缺陷或装置损坏拒动，可由安装在此处的另一种保护元件动作切除故障。39远后备保护： 通过与之邻近的上一级（靠近电源侧）保护元件来实现。 举例：K3点故障，保护6拒动后，由保护5动作将故障切除，那么，称：保护5对保护6 （或断路器）起到了远后

12、备的作用（异地）。40优缺点分析1）近后备保护：后备保护功能由本地实现，不扩大故障范围，缺点：不能对本地断路器起到后备保护作用，需要与断路器失灵保护相配合。直流消失时也不起后备作用。2）远后备保护：能够对下级保护元件及断路器起到后备保护的作用。缺点：易扩大故障范围。41 小结：为了保证可靠性，选择性包含2种意思：（1）正常情况下只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；（2）当电气设备的主保护不能切除故障时，力争相邻设备的保护装置对它起到后备保护的作用。短路点短路电流主保护远后备近后备K21 5跳 5跳 1、3跳 2、4K31 6跳 6跳 5/远后备保护：位于其它变电站、发电厂中的后备保护；

13、近后备保护：位于本变电站、发电厂中的的后备保护；422、速动性 要求继电保护装置以尽可能短的时限将故障切除，减少用电设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。必须快速切除的故障情况：1）发电厂或变电站母线故障；2）大容量发电机、变压器和电动机内部故障；3）电网并列运行的重要联络线发生的故障等。 快速切除故障，有利于提高系统并列运行的稳定性。432、速动性故障切除时间 保护装置动作时间 断路器动作时间 0.020.12s 0.060.15s对于高电压等级 0.010.04s(微机) 0.020.06s220kV及以上系统，要求的标准： 动作时间30毫秒。44反应范围 设定的保护范围有灵敏性3、灵

14、敏性 指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。45 任意运行方式下，被保护设备范围内发生故障，不论故障点的位置、类型、是否有过渡电阻，都能敏锐感觉、正确动作。 灵敏性通常用灵敏系数或灵敏度来衡量。 后续内容再涉及灵敏系数的具体计算。3、灵敏性 指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。464、可靠性 指保护装置在其规定的保护范围内发生故障，应能够可靠动作，不拒动（可信赖性）；而在保护范围之外的故障，应能够可靠的不动作，不误动（安全性）。可靠性是评价继电保护性能的主要指标： 该指标除了不反映速动性之外，在很大程度上反映了可靠性、灵敏性、选择性。47影响可靠性的因素：1）

15、内在：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、接线回路简明等。2）外在：运行维护水平、调试是否正确、 正确安装等。 48提高不误动的安全措施与提高不拒动的信赖性往往也是矛盾的。特殊情况下，侧重点可以有所不同。1）电网联系紧密，系统备用容量充足，保护误动对系统影响较小；若保护拒动将会造成设备损坏或系统稳定性破坏，此时更应强调保护的不拒动（可信赖性）；2）系统联系较弱，保护误动将会带来严重后果时，更应强调保护的不误动（安全性）。 49四性要求之间的关系： 选择性、速动性、灵敏性、可靠性是分析、研究、评价继电保护性能的基础，它们之间既有矛盾的一面（选择性与速动性是一对矛盾体

16、；灵敏性与可靠性是一对矛盾体），又要根据系统的实际运行情况、被保护元件的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到辨证的统一。 在保证可靠性和选择性的前提下，强调灵敏性，力争速动性。50 “四性”是分析和研究继电保护的基础。对四性中的每一项要求都应当有度，应以满足电力系统的安全运行为准则，不应片面强调某一项而忽视另一项，否则会带来不良的影响。 “四性”归纳：1、选择性让最靠近短路点的断路器跳闸。2、速动性尽量快。3、灵敏性有足够的故障反应能力。4、可靠性不误动、不拒动。51四、继电保护的发展简史 1、硬件发展晶体管型电磁型感应型电动型集成电路型第一代静态保护第二代静态保护电磁型机电型晶体管型

17、保护集成电路型保护1901年发明70年代80年代后微机保护1960年发明1970年发明52机电型：体积大，消耗功率大，动作慢，机械转动部 分、触点部分易磨损或粘连，调试维护复杂。晶体管型：体积小、功率小,动作快,无机械转动部分； 易发生特性变化集成电路型：体积更小, 工作更加可靠。微机保护： （1）计算、分析、逻辑判断能力强，有存储记忆功 能； （2）自检，可靠性高； （3）同一硬件，保护装置标准化； （4）辅助功能，简化了保护调试、事故分析和事故 后处理。53电磁型继电保护（现在已很少应用）微机型继电保护（现在被大量应用）54过电流保护原理，1901年电流差动保护原理，1908年方向性电流保

18、护，1910年距离保护，1920年高频保护，1927年行波保护，1950年工频变化量保护，1980年，由我国专家提出。继电保护硬件装置不断变化，但保护原理不变。2. 继电保护原理发展55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56五、继电保护工作的特点1、理论要求高 各种设备的原理、性能，以及参数计算和故障状态的分析。 较多地应用如下知识：电工原理、电机学、电力系统稳态/暂态分析、经济调度、安全控制、电力系统规划设计原则、运行方式制定的依据等等。 其中，又以电工原理和暂态分析为基础。57五、继电保护工作的

19、特点2、综合性科学 电工、电机、电子、电力系统、数学、计算机、通信理论、新技术、新材料的应用等，这些学科的发展都促进了继电保护的发展。58五、继电保护工作的特点3、理论和实践并重 除了理论分析、研究以外，还需要实验室实验、动模实验、试运行，甚至现场人工故障实验。4、责任重大 责任与技术水平的提高是共存的。 每次事故均要求继电保护人员参与分析。59 在研究继电保护过程中，不仅要研究被保护元件的特征（差异），提出继电保护的原理，还要不断地关注其他学科和技术的发展。同时，还应当注意的是：继电保护是一门理论与实践并重的学科，需要科学性与工程技巧相结合。 在继电保护中，如果没有特别说明，那么，测量的电气

20、量都是指工频信号。60继电保护研究的主要思路：1）分析特征 2）研究影响因素，并提出对策（需要衡量 利弊）。提取差异形成原理、判据、方法；61本课程重点介绍： 1）继电保护的基本原理 2）分析方法； 3）影响因素及对策等。 还有很多异常工况（相当复杂）的处理方法无法在有限的课时中进行介绍，需要在工作实践中加以总结、积累。 题外话：正是这些复杂的异常工况处理，更充分体现了中国继电保护的技术水平。（特征的利用）；62 在2007年1月底，召开了“国家电网公司继电保护工作会议”，会议中明确指出： 国产微机线路保护在原理、技术方面处于世界领先水平，全面超越进口保护；与进口保护相比，国产保护在设计理念方面更符合国内电网的发展和运行要求，