保护选择及配置原则

电力系统继电保护及

变、配电自动化技术

重庆大学电气工程学院李佑光电话/p>

邮箱：cdlyg@126.com

参考文献：

①李佑光、林东.电力系统继电保护原理及新技术.科学出版社.2003.6②张惠刚.变电站综合自动化原理与系统.电力出版社.2004.12

#内容提要：继电保护选择及配置原则

国内、外保护及综自系统现状；实用保护及综自系统的合理选择；保护的配置、整定计算和各级间配合的基本原则；主设备继电保护整定计算母线保护及馈线保护整定计算；电动机保护整定计算；变压器保护整定计算；发电机保护整定计算；保护定值理论计算与现场匹配。

微机保护装置故障分析微机保护装置的硬件故障及应对措施；导致微机保护装置不正常工作的原因及常见故障分析；电气倒闸操作及事故分析处理。

变电站综合自动化技术

变电站综合自动化系统的硬件原理；变电站综合自动化系统的数据通信；提高综合自动化系统可靠性的措施；变电站综合自动化系统的故障及排除方法；变电站综合自动化系统产品应用实例

1继电保护装置选择及配置原则1.1国内、外保护及综自系统现状1.1.1继电保护与综合自动化的关系

(1）继电保护当系统故障时能自动、迅速有选择地切除故障元件，使无故障部分继续正常运行；当系统非正常运行时能及时发现电气元件的不正常状态，根据运行维护条件动作于发信号，减负荷或跳闸的自动化设备。

(2）综合自动化涵盖继电保护、自动装置、监测控制、能量收集、调度自动化终端（RTU）等功能的装置或系统。

(3）二者是局部与整体的关系。应优先保证继电保护性能。

1.1.2综合自动化的现状

国内、外总体水平基本相当，国内在综合功能方面有一定优势。

750KV变电站综合自动化国内成功运行。

1.1.3国内保护的现状

(1)继电保护装置总体运行情况

1）微机保护装备率和国产化率

03年底220kV及以上系统微机保护装备率70.29%.。国家调度通信中心编写的“2003年直调系统继电保护运行工作总结”中指出：“国产微机保护经过多年的实际运行，依靠先进原理和技术及良好的工艺，已全面超越进口保护”。目前输电系统已基本微机化和国产化。

2）保护装置运行情况。电机工程学会理事长陆延昌在04年的文章中指出：220kV及以上输电线继电保护正确动作率以高于99%。发变组、母线、电抗器等元件保护平均正确动作率为90.43%；其中100MW以上发电机组97.02%；变压器76.21%；母线80%。3）保护不正确动作的原因分析

国家调度中心统计（2003年）责任部门不正确动作次数不正确动百分数运行部门继电保护人员6529.41%运行部门值班人员219.5%设计部门41.81%制造部门10246.15%基建部门135.88%其他部门135.88%原因不明31.36%

此统计表明主要问题处在制造部门和运行部门。

（2）继电保护原理、算法现状

1）时域参量的原理

a、稳态保护某一个或几个故障稳态电气参数(如故障稳定后电流、电压、序分量及故障分量等)，为特征量构成的继电保护称作稳态保护。优点：特征量稳定，算法成熟。缺点：反应较慢。

b、瞬态保护以故障过程瞬间的某些参量为保护动作依据的继电保护称作瞬态保护。如行波保护、变压器励磁涌流鉴别等。

2）频域参量及序分量原理

a、基波量

b、谐波量

c、序分量

d、综合量3）运行状态参量原理

a、负荷分量

b、故障分量所谓故障分量即仅在系统发生故障时才出现的量。故障分量同样有暂态和稳态之分。故障分量的附加网络由故障前故障点电压的负值和电动势为零的原网络组成。故障分量与负荷电流无关，但忍受运行方式影响。故障点故障分量电压最大，中性点故障分量电压为零，因此故障分量方向元件可消除母线附近故障时的死区。故障分量电压与电流间的相位关系由保护安装处至反向侧系统中性点间的阻抗确定，不受电动势，短路点阻抗的影响。

正序故障分量是一个比负序、零序分量更为完善的新的故障特征。

4）参量种类电流、电压、距离、方向、能量等。

5）信息来源单端信息、双端信息或多端信息等。6）算法基本算法和继电器算法。

a、稳态：积分、付氏、微分方程等

b、瞬态：波形比较、突变量、故障分量距离、能量积分方向等。

7）动作判据生成方式：

a、离线方式：人工整定计算和计算继离线整定计算。

b、在线方式：自适应算法自适应保护能根据电力系统运行环境、运行方式和故障类型等实时优化保护特性或定值，使保护始终尽可能适应电力系统及其环境的各种变化而保持最佳性能状态。8）发展趋势

a、硬件多CPU,高度集成、DSP、CPLD、低功耗、网络化。

b、原理、算法基于故障分量的瞬态保护，全适应。

c、功能、品质高可靠性，速动性、多功能，信息化，智能化，人性化。1.2继电保护及综自系统的合理选择

1.2.1综自系统的合理选择

1）功能的选择

2）系统结构的选择

3）硬件、工艺的选择工业级32位单片机和DSP组成多CPU系统。逻辑电路采用低功耗、复杂可编程逻辑芯片（CPLD)。用多层印制板制作功能板件，具有防静电、防共模、横模干扰等工艺措施。

4）生产厂家的选择

1.2.2继电保护的选择（1）根据继电保护的任务选择故障时的任务，非正常运行时的任务，与综合自动化的配合。（2）必须满足继电保护的四个技术基本要求

1）选择性

仅将故障元件切除，让非故障部份继续运行。

图1-1单侧电源网络中有选择性动作的说明

2）速动性：在发生故障时，力求保护装置尽可能快速动作切除故障。一般的快速保护的动作时间为0.06~0.12s，最快的可达0.01~0.04s。一般的断路器的动作时间为0.06~0.15s，最快的可达0.02~0.06s。

3）灵敏性

继电保护的灵敏性，是指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。一般用有效保护范围和灵敏系数表征。

4）可靠性保护装置的可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，不应拒绝动作，区外故障时，不应误动。保证继电保护可靠性的主要措施：

A、装置本身质量：硬件（结构，工艺）、软件（原理，算法，程序设计）和抗干扰措施（看门狗，隔离、屏蔽，接地等技术）。

B、保护配置：

A）主保护：在满足系统稳定性要求时限内切除区内故障的保护。B）后备保护：当主保护拒动时，用以切除该故障的另一套保护。

远后备：本组件保护拒动由上一线路的保护切除故障，则该上一线路保护被称为本组保护的远后备。

近后备保护：当本组件的主保护拒绝动作时，由本组件安装处另一套保护切除故障，该零一套保护叫近后备保护。

断路器失灵保护：断路器拒绝动作时，由相关电气元件保护联合实施切除故障的保护。C）辅助保护：补充主保护、后备保护不足的保护。如过负荷、温度、零序不灵敏1段等。（3）成套保护装置的性能指标选择（4）功能的选择（5）人机界面的选择

1）汉化2）操作简便3）画面分辨率高、简洁清楚

（6）接线、维护方面的选择1.3保护的配置、整定计算和各级间配合的基本原则1.3.1保护的配置原则（1）以四个技术基本要求为准绳综合考虑可靠性和经济性。（2）对不同保护对象和运行方式、电网结构等可有不同方案。（3）保护配置例子如图1-2，1-3。1.3.2保护的整定计算基本原则

(1)正确抓住保护对象的故障或非正常运行状态特征量。（2）必须考虑故障类型、运行方式、网络结构、电压等级等因素。（3）必须以四个技术要求标准完成定值、灵敏度、时限等环节。1.3.3阶段式保护中同一原理各级间配合的基本原则（