继电保护论文

PAGEPAGE15题目：提高继电保护动作可靠性的策略班级：水动091班作者:杨勤光(40号)杨映红（48号）鲁秀河（46号）日期：2011年10摘要：继电保护是电力系统的重要组成部分,是保证电网安全稳定运行的重要技术手段。继电保护装置是确保电网正常运行的重要保护设备。本文分析了电力系统中继电保护可靠性的几个相关问题。首先，对继电保护的概念及可靠性概念进行阐述。其次，对继电保护可靠性影响因素进行分析。再次，提出了提高电力系统继电保护动作可靠性的各种技术策略。最后对本次论文进行全面分析总结。关键字：继电保护、可靠性、影响因素、技术策略目录TOC\o"1-2"\u1概述 41.1继电保护的概念 41.2继电保护的基本原理 41.3保护装置的构成 51.4可靠性概念 51.5继电保护可靠性分析的意义 52继电保护可靠性的影响因素 72.1继电保护设备自身的因素 72.2电磁干扰因素 72.3外部环境等因素 72.4人为因素 83提高电力系统继电保护可靠性的各种技术策略 93.1提高继电保护可靠性措施应注意的事项 93.2提高继电保护操作的准确性 103.3加强技术改造工作 113.4抑制电磁干扰 123.4.1屏蔽 123.4.2滤波 133.4.3接地 13结论 15参考文献 161.概述1.1继电保护的概念电力系统继电保护一词泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护是一个完整的体系，包括电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行与维护等方面。继电保护工作回路是完成继电保护功能的核心，包括有获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过各种继电保护装置到跳闸线圈的一整套具体设备、工作电源及必要的通信设备等。1.2继电保护的基本原理继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：电流增大。短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。(2)电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。(3)电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°+(60°～85°)。(4)测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量的保护。因此继电保护基本原理是利用被保护线路或设备故障前后某些变化的物理量为信息量，当信息量达到一定值时，起动逻辑环节，发出相应的命令。(1)利用基本电气参数量的区别发生短路故障后，利用电流、电压、线路测量阻抗、电压电流间相位、负序和零序分量的出现等的变化，构成相应的保护。①过电流保护反应电流增大而动作的保护称为过电流保护。如在线路上发生三相短路故障，则从电源到短路点之间将流过短路电流，短路点之前的保护都可以反应到这个电流，但是只有离短路点最近的保护才最快跳闸来切除故障。②低电压保护低电压保护是反应电压降低而动作的保护。③距离保护距离保护也称低阻抗保护，是反应保护安装处到短路点之间的阻抗下降而动作的保护。(2)利用比较两侧的电流相位正常运行时线路两侧的电流大小相等，相位差为180度，外部短路时结论与正常运行相同。若两侧电流相位相同，则判为内部故障。(3)反应序分量或突变量是否出现电力系统对称运行时，不存在负序、零序分量，当发生不对称短路时，将出现负序、零序分量。可以根据是否出现负序、零序分量构成序分量保护；根据正序突变量构成对称、不对称短路保护。1.3保护装置的构成图1继电保护装置的构成(1)测量部分：测量被保护对象的有关物理量，与给定量进行比较，给出“是”或“非”信号。(2)逻辑部分：根据测量输出的大小、性质、输出逻辑状态，使保护按一定逻辑关系工作，然后确定跳闸或发信号。(3)执行部分:根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所承担的任务。1.4可靠性概念继电保护的可靠性是对电力系统继电保护的最基本性能要求。它包括两个方面，即可信赖性与安全性。可信赖性要求继电保护在设计要求动作的状态下，能够准确的完成动作；安全性是要求继电保护在非设计要求动作的其他所有情况下，能够可靠地不动作。简而言之，前者是要求保护在应动作时，不拒动；继电保护是是要求保护在不应动作时，不误动。

1.5继电保护可靠性分析的意义电力系统继电保护反映了电力系统设备的故障或不正常运行状况，其正确动作与否直接影响电力设备安全和供电可靠性。当系统由于自然的、人为的或设备故障等原因，使电网的某处发生故障或不正常运行状态时，要求继电保护系统能迅速将故障部分切除，以保证电力系统运行的稳定性，并最大限度地使电网的非故障部分继续可靠地供电。电力系统中发生故障时，如果继电保护系统不能正确动作切除故障，就会导致事故扩大造成巨大的损失。所以，确保继电保护系统处于完好状态，保证动作的安全性和可靠性，是电力生产中一个非常重要的问题。在实际运行中为了确保继电保护系统处于完好状态，需要及时发现并消除继电保护系统的故障和缺陷，并采取科学、有效的检修策略对继电保护系统进行科学、有效的检修、维护，因此对继电保护系统可靠性的研究有其深远的意义。继电保护主要利用电力系统中原件发生短路或异常情况时电气量(电流、电压、功率等)的变化来构成继电保护动作。继电保护装置的任务在于：在供电系统运行正常时，安全地。完整地监视各种设备的运行状况，为值班人员提供可靠的运行依据；供电系统发生故障时，自动地、迅速地、并有选择地切除故障部分，保证非故障部分继续运行；当供电系统中出现异常运行工作状况时，它应能及时准确地发出信号或警报，通知值班人员尽快做出处理。继电保护及自动化装置是电力系统的重要组成部分，它反映电力系统中各种电气设备在运行中是否发生故障或处于不正常的工作状态，并能实现遥测、遥信、遥调和遥控，防止电力系统故障的扩大。因而，继电保护及自动化装置的可靠性，对电力工业的安全生产有更为重要的意义。电力系统安全、可靠运行是非常重要的，从而要求继电保护及自动化装置必需具有很高的可靠性。对于继电保护设备的可靠性指标和标准，目前在国际上，也没有成熟的标准和经验可以借鉴，在通过对继电保护设备产品工作特点的分析研究，初步确定继电保护及自动化装置的可靠性指标，为今后进一步深入开展继电保护设备可靠性研究，确定继电保护设备的可靠性特征量奠定基础。近年来，国内各大电网由于继电保护拒动、误动引起的大面积停电事故时有发生，给国民经济与人民生活带来极大危害。对此，防止继电保护不正确动作，提高继电保护的运行可靠性，具有十分重要的意义。2继电保护可靠性的影响因素2.1继电保护设备自身的因素我们知道，电力系统继电保护分主保护、后备保护、辅助保护和异常运行保护四类。主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备保护和近后备保护两种：远后备保护是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。近后备保护是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护。作为110kV及以上电力变压器保护配置：主保护（包括差动保护、瓦斯保护等）、后备保护（包括过电流保护、零序电流保护、间隙零序过流保护等）。当后备保护误动，会加大设备的停电范围，为此防止主变后备保护在故障情况下不误动也就非常关键。2.2 电磁干扰（电磁兼容）因素随着电子技术的发展与应用，微机保护装置在电力系统中得到广泛应用，它是保证电网安全运行，保护电气设备的主要装置。与传统模拟式的继电保护相比，具有无可比拟的优越性，并将逐步取代其他形式的保护装置，日益成为电力系统继电保护的主流设备。但由于保护装置的硬件及软件的各种原因，以及运行环境存在的电磁干扰，因而会对保护装置的可靠性造成影响。自从麦克斯韦建立电磁理论、赫兹发现电磁波百余年来，电磁能得到了充分的利用，给人类创造了巨大的物质财富。然而，伴随电磁能的利用，也带来了电磁干扰的产生。无用的电磁场，通过辐射和传导的途径，以场和电流(电压)的形式，侵人工作着的敏感的电子设备，使其无法正常工作。而且，如同生态环境污染一样，随着科学技术的发展.电磁环境的污染也越来越严重。2.3外部环境等因素外部环境等因素有：(1)温度：温度变化使元器件涂覆层脱落、灌封材料和密封化合物龟裂甚至破密封外壳开裂、填充料泄漏等，使得元器件电性能下降；由不同材料构成的产品，温度变化时产品的反应也不同，最终对可靠性的影响也不相同。(2)湿度：潮湿环境可以引起材料的机械性能和化学性能的变化，如体膨胀、机械强度降低等。由于吸潮，使密封产品的密封性能降低或遭破坏、产品表面涂敷层剥落。(3)冲击、振动：变形、弯曲、产生裂纹、断对结构的影响主要是指变形、弯曲、产生裂纹、断裂和造成部件之间的相互撞击等。(4)电磁干扰：有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。2.4人为因素安装人员未能按设计要求正确接线或接线中极性不正确等误接线问题和检修、运行人员的误操作问题在不少电网中都曾发生过。在计算继电保护系统可靠性时，忽略设计部门及制造部门的人员可靠性，认为该因素已经包含在电子设备及保护系统的硬件可靠性中。因而，只考虑运行部门继电保护人员及运行值班人员的责任。根据统计，在220kV系统中，人为因素故障约占总故障的38%。此外，影响继电保护可靠性因素还包括直流电源异常、交流电流电压回路异常、继电保护外部直流异常、电磁干扰（电磁兼容）、纵联通道异常、继电保护设计考虑不周导致的原理缺陷、一次系统方式不合理导致的继电保护的不正确动作等。3提高电力系统继电保护可靠性的各种技术策略贯穿于继电保护的设计、制造、运行维护、整定计算和整定调试的全过程。而继电保护系统的可靠性主要决定于继电保护装置的可靠性和设计的合理性。其中继电保护装置的可靠性又起关键性作用。由于保护装置投入运行后，会受到多种因素的影响，不可能绝对可靠。但只要制定出各种防范事故方案，采取相应的有效预防措施，消除隐患，弥补不足，其可靠性是能够实现的。3.1提高继电保护可靠性的措施应注意的事项：（1）保护装置在制造过程中要严格进行质量管理，把好质量关，提高装置中各元器件的质量。尽量选用故障率低、寿命长的元器件，不让不合格的劣质元件混进其中。（2）晶体管保护装置在设计中应考虑安装在与高压室隔离的房内，免遭高压大电流、断路故障以及切合闸操作电弧的影响。同时要防止环境对晶体管造成的污染，有条件的情况下要装设空调。电磁型、机电型继电器外壳与底座间加胶垫密封，防止灰尘和有害气体侵入。（3）继电保护专业技术人员在整定计算中增强责任心。在计算中进行认真分析再确定，使各级保护整定值准确，上下级保护整定值匹配合理。（4）加强对保护装置的运行维护与故障处理能力并进行定期检验，制定出反事故措施，提高保护装置的可靠性。(5)从保证电力系统动态稳定性方面考虑，要求继电保护系统具备快速切除故障的能力。为此重要的输电线路或设备的主保护采用多重化设施，需要有两套主保护并列运行。(6)为了使保护装置在发生故障时有选择性动作，避免无选择性动作，在保护装置设计、整定计算方面应考虑周全、元器件配合合理、才能提高保护装置动作的可靠性。（7）抓好继电保护的验收工作继电保护调试完毕，严格自检、专业验收，然后提交验收单由厂部组织检修、运行、生产3个部门进行保护整组实验、开关合跳试验，合格并确认拆动的接线、元件、标志、压板已恢复正常，现场文明卫生清洁干净之后，在验收单上签字。保护定值或二次回路变更时，进行整定值或保护回路与有关注意事项的核对，并在更改簿上记录保护装置变动的内容、时间、更改负责人，运行班长签名。保护主设备的改造还要进行试运行或试运行试验，如：差动保护取用CT更换，就应作六角图实验合格，方可投运。（8）严格继电保护装置及其二次回路的巡检巡视检查设备是及时发现隐患，避免事故的重要途径，也是发电厂值班人员的一项重要工作。除了交接班的检查外，班中安排一次较全面的详细检查。对继电保护巡视检查的内容有：保护压板、自动装置均按调度要求投入；开关、压板位置正确；各回路接线正常，无松脱、发热现象及焦臭味存在；熔断器接触良好；继电器接点完好，带电的触点无大的抖动及烧损，线圈及附加电阻无过热；CT、PT回路分别无开路、短路；指示灯、运行监视灯指示正常；表计参数符合要求；光字牌、警铃、事故音响情况完好；微机保护打印机动作后，还应检查报告的时间及参数，当发现报告异常时，及时通知继保人员处理。3.2提高继电保护运行操作的准确性（1）运行人员在学习了保护原理及二次图纸后，应核对、熟悉现场二次回路端子、继电器、信号掉牌及压板。严格“两票”的执行，并履行保护安全措施票，按照继电保护运行规程操作。每次投入、退出，要严格按设备调度范围的划分，征得调度同意。为保证保护投退准确，在运行规程中编入各套保护的名称、压板、时限、保护所跳开关及压板使用说明。由于规定明确，执行严格，减少运行值班人员查阅保护图的时间，避免运行操作出差错。（2）特殊情况下的保护操作，除了部分在规程中明确规定外，运行人员主要是通过培训学习来掌握的。要求不能以停直流电源代替停保护；有关PT的检修，应通知继保人员对有压监视3YJ接点短接与方向元件短接；用旁路开关代线路时，各保护定值调到与所代线路定值相同；相位比较式母差保护在母联开关代线路时，必须进行CT端子切换。特别要注意启动联跳其它开关的保护，及时将出口压板退出。常见的有：100MW发电机组单元式接线的高压厂变差动、重瓦联跳主机、主变开关保护；母线失灵跳主变、线路开关保护；线路过功率切机保护；主变零序一段跳母联开关保护；厂用备用分支过流跳各备用段保护等。（3）发现继电保护运行中有异常或存在缺陷时，除了加强监视外，对能引起误动的保护退其出口压板，然后联系继保人员处理。如有下列异常情况，均应及时退出：①母差保护在发出“母差交流断线”、“母差直流电压消失”信号时；母差不平衡电流不为零时；无专用旁路母线的母联开关串代线路操作及恢复倒闸操作中。②高频保护当直流电源消失时；定期通道试验参数不符合要求时；装置故障或通道异常信号发出无法复归时；旁母代线路开关操作过程中。③距离保护当采用的PT退出运行或三相电压回路断线时；正常情况下助磁电流过大、过小时；负荷电流超过保护允许电流相应段时。④微机保护总告警灯亮，同时4个保护（高频、距离、零序、综重）之一告警灯亮时，退出相应保护；如果两个CPU故障，应退出该装置所有保护；告警插件所有信号灯不亮，如果电源指示灯熄灭，说明直流消失，应退出出口压板，在恢复直流电源后再投入；总告警灯及呼唤灯亮，且打印显示CPU×ERR信号，如CPU正常，说明保护与接口CPU间通讯回路异常，退出CPU巡检开关处理，若信号无法复归，说明CPU有致命缺陷，应退出保护出口压板并断开巡检开关处理。⑤瓦斯保护在变压器运行中加油、滤油或换硅胶时；潜油泵或冷油器（散热器）放油检修后投入时；需要打开呼吸系统的放气门或放油塞子，或清理吸湿器时；有载调压开关油路上有人工作时。⑥重合闸在线路开关事故跳闸次数超标时（一般110kV少油开关允许5次，220kV少油开关允许7次；LW系列110kVSF6开关65次，220kVSF6开关50次，否则，开关要大修）；系统短路容量增加，断路器的开断能力满足不了一次重合要求时；无压检定的电压抽取装置故障或同期检定来自母线PT的二次电压不正常时；断路器的气压或油压降低到不允许重合闸运行的数值或已闭锁时。（4）搞好保护动作分析保护动作跳闸后，严禁随即将掉牌信号复归，而应检查动作情况并判明原因，做好记录。在恢复送电前，才可将所有掉牌信号全部复归，并尽快恢复电气设备运行。事后做好保护动作分析记录及运行分析记录，内容包括：岗位分析、专业分析及评价、结论等。凡属不正确动作的保护装置，及时组织现场检查和分析处理，找出原因，提出防范措施，避免重复性事故的发生。3.3加强技术改造工作（1）针对直流系统中，直流电压脉动系数大，多次发生晶体管及微机保护等工作不正常的现象，将原硅整流装置改造为整流输出交流分量小、可靠性高的集成电路硅整流充电装置。针对雨季及潮湿天气经常发生直流失电现象，首先将其升压站户外端子箱中的易老化端子排更换为陶瓷端子，提高二次绝缘水平。其次，核对整改二次回路，使其控制、保护、信号、合闸及热工回路逐步分开。在开关室加装熔断器分路开关箱，便于直流失电的查找与处理，也避免直流失电时引起的保护误动作。（2）对缺陷多、超期服役且功能不满足电网要求的110kV、220kV线路保护由晶体管型、整流型更换选用CKF、CKJ集成电路及微机线路保护。220kV母线保护也将相位比较式更换为多功能的集成型PMH-42/13母差保护，加速保护动作时间，从而快速切除故障，达到提高系统稳定的作用。（3）技术改造中，对保护进行重新选型、配置时，首先考虑的是满足可靠性、选择性、灵敏性及快速性，其次考虑运行维护、调试方便，且便于统一管理。优选经运行考验且可靠的保护，个别新保护可少量试运行，在取得经验后再推广运用。220kV线路2套保护优选不同原理和不同厂家的产品，取长补短。这就不致因一个厂研制、制造的2套保护在同一特殊原因时，同时误动或拒动。针对微机、集成电路型保护性能优越、优点突出，但抗外界干扰能力差的特点，交、直流回路选用铠装铅包电缆，两端屏蔽接地；装置接地线保证足够截面且可靠、完好；抗干扰电容按“反措”要求引接。（4）对现场二次回路老化，保护压板及继电器的接线标号头、电缆标示牌模糊不清及部分信号掉牌无标示现象，应重新标示，做到美观、准确、清楚。组织对二次回路全面检查，清除基建遗留遗弃的电缆寄生二次线，整理并绘制出符合实际的二次图纸供使用，杜绝回路错误或寄生回路引起的保护误动作。（5）将全厂所有水银接点瓦斯继电器更换成可靠的干簧接点瓦斯继电器。低电压电磁型继电器应更换成集成型静态继电器。对保护装置中不能保证自启动的逆变电源，要进行更换。机械防跳6kV开关要加装防跳继电器等。3.4抑制电磁干扰在任何系统中，形成EMC必须具备3个基本条件(称电磁干扰三要素)：存在干扰源、有对干扰源敏感的接收单元、有把能量从干扰源耦合到接受单元上的通道。根据电磁干扰的类型和特点，一般采取屏蔽、滤波和接地方法抑制电磁干扰。3.4.1屏蔽可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽3种，一般采取电磁屏蔽的方法来防止交变电磁场产生的干扰。屏蔽有两个目的：a、限制设备内辐射的电磁能量泄露到外部；b．防止外来的辐射干扰进入设备，干扰设备的正常工作。一、电场屏蔽法最简单的措施是在感应源与受感器之间用金属隔板接地，以抑制寄生电容耦合，实现电场屏蔽。对电场干扰较强的，则用高导电率金属罩接地效果更好。二、磁场屏蔽法磁场又分低频磁场和高频磁场，针对不同磁场应采取不同措施。对低频磁场可用高导磁材料做屏蔽体来实现磁场屏蔽，但被屏蔽的元器件在平行于磁场的方向不得出现缝隙，以避免漏磁。图2电源隔离法如图2所示，在电源与仪器间加入物理屏蔽层（目前比较流行的屏蔽层一般由复合导电纤维和金属化织物构成，具有高电导率、良好电磁屏蔽效果等特点）并保证屏蔽层良好的接地性从而阻断磁场对仪器的电磁干扰。当要屏蔽的磁场很强时，屏蔽材料会发生饱和，一旦发生饱和，就将丧失屏蔽效能。遇到这种情况，可采用双层屏蔽，第一层采用低导磁率材料，不易饱和；第二层采用高导磁率材料，但易饱和。第一层屏蔽先将磁场衰减到适当强度，使第二层屏蔽不会饱和，而使高导磁率材料能充分发挥屏蔽效果。3.4.2滤波技术是滤除电源干扰的有效措施。外部干扰总是通过接线端子串入，因而可在每一外接端子对地接一个适量的电容器，可起到抑制干扰源的作用。为防止浪涌电压击穿，电容器耐压应满足要求。内部干扰的抑制，主要依靠设计低噪声电路，其措施有：微机保护各插件板之间应遵循一点接地原则，接地线应尽量短且粗，印刷板中地线应组成网状。数字电路的快速开断，伴随着电流的高速变化，但由于电感的存在而产生高频干扰电压。为此，可在每块组件上，分别装设高频去耦电容来抑制干扰。3.4.3接地是电路、设备、系统工作的基本技术要求之一，也是防止干扰的最基本的方法之一。因为接地可以使电路中的干扰电流回归大地，正确的接地可以有效地抑制干扰信号对其它设备的影响。雷击