電氣系統(tǒng)繼電保護緒論ppt課件

1、1,緒 論,2,繼電保護---電力系統(tǒng)的醫(yī)生尋找發(fā)生故障或異常的設備,3,主 要 內 容,1.1 電力系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)1.2 繼電保護的基本原理、構成和分類1.3 對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求1.4 繼電保護發(fā)展簡史,,4,1.1 電力系統(tǒng)的各種運行狀態(tài),5,,電力系統(tǒng)概況,,特點：（1）電能不能大量存貯；（2）電磁過程快速； （3）與國民經(jīng)濟和人民的日常生活等密切相關。,發(fā)電,輸變電,配電,用電,

2、6,,電力系統(tǒng)概況,,設備分類：一次設備、二次設備。,發(fā)電,輸變電,配電,用電,7,1.1.1 正常工作狀態(tài),電力系統(tǒng)正常運行的約束條件 電力系統(tǒng)的運行條件一般可用3組方程式描述，一組微分方程式用來描述系統(tǒng)元件及其控制的動態(tài)規(guī)律，兩組代數(shù)方程式則分別構成電力系統(tǒng)正常運行的等式和不等式約束條件。,,8,雙繞組單相變壓器,,1.1.1 正常工作狀態(tài),,微分方程式約束條件：,9,1.1.1 正常工作狀態(tài),

3、等式約束條件：,,發(fā)電機或其他電源設備發(fā)出的有功和無功功率,,10,等式約束條件：,,負荷使用的有功功率和無功功率,1.1.1 正常工作狀態(tài),,11,,電力系統(tǒng)中各種有功功率和無功功率損耗,1.1.1 正常工作狀態(tài),等式約束條件：,,12,用電設備的功率及其上限;,母線電壓及其上、下限；,線路電流及其上限；,系統(tǒng)頻率及其上、下限；,1.1.1 正常工作狀態(tài),不等式約束條件：,,13,1.1.2 不正常工作狀態(tài)及其危害,所有的等式約束條件

4、均滿足，部分的不等式約束條件不滿足但又不是故障的工作狀態(tài)稱為不正常運行狀態(tài)。,常見的不正常狀態(tài)及其危害：過負荷：因負荷超過電氣設備的額定值造成的電流 增大；危害： 造成載流導體的熔斷或加速絕緣材料的老 化和損壞從而導致故障。,,14,常見的不正常狀態(tài)及其危害：頻率降低：由于系統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率缺額而引起的；危害：1）影響產(chǎn)品質量；

5、 2）降到47Hz～48Hz以下會引起頻率崩潰； 3）使電壓下降可能引發(fā)電壓崩潰。,所有的等式約束條件均滿足，部分的不等式約束條件不滿足但又不是故障的工作狀態(tài)稱為不正常運行狀態(tài)。,1.1.2 不正常工作狀態(tài)及其危害,,15,常見的不正常狀態(tài)及其危害：過電壓：發(fā)電機突然甩負荷而產(chǎn)生；危害：造成絕緣擊穿導致短路。,所有的等式約束條件均滿足，部分的不等式約束條件不滿足但又不是故障的工作狀態(tài)稱為不正常運行狀態(tài)。,1.

6、1.2 不正常工作狀態(tài)及其危害,,16,常見的不正常狀態(tài)及其危害：系統(tǒng)振蕩：因系統(tǒng)受到擾動而失去功率平衡。危害：系統(tǒng)振蕩時，電流和電壓周期性擺動，嚴重影 響系統(tǒng)的正常運行。,所有的等式約束條件均滿足，部分的不等式約束條件不滿足但又不是故障的工作狀態(tài)稱為不正常運行狀態(tài)。,1.1.2 不正常工作狀態(tài)及其危害,,17,1.1.3 故障狀態(tài)及其危害,常見的十種短路類型,縱向不對稱故障,最常見且最危險的是各種類型的短路

7、,復雜故障：在電力系統(tǒng)的不同地點（兩處或兩處以上）同時發(fā)生不對稱故障的情況,,18,2002年220kV電網(wǎng)輸電線路故障統(tǒng)計表,19,短路的后果,數(shù)值很大的短路電流通過短路點將燃起電弧，使故障設備燒壞甚至燒毀；短路電流通過故障設備和非故障設備時，產(chǎn)生熱和電動力的作用，致使其絕緣遭到損壞或使設備縮短使用壽命；電力系統(tǒng)中大部分地區(qū)的電壓下降，使大量電能用戶的正常工作遭到破壞或產(chǎn)生廢品；破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，而使事故擴大，甚至造

8、成整個電力系統(tǒng)瓦解。,,20,事 故,系統(tǒng)或其中的一部分的正常工作遭到破壞，并造成對用戶少送電或電能質量變壞到不能容許的地步，甚至造成人員傷亡和電氣設備的損壞。,一旦故障發(fā)生，要求在十分之幾甚至百分之幾秒內切除故障設備。,運行人員,繼電保護裝置,,21,2006年國外停電事故,22,Blackouts in the world, 2006,Europe Power Grid Blackout, 2006.11.4,,,,,,C,A

9、,B,,23,國外03年發(fā)生的大停電事故－特大停電事故是現(xiàn)代社會的災難,24,美國發(fā)生的其它大停電事故－預防特大停電事故是對現(xiàn)代科 學技術的挑戰(zhàn),25,Blackout accidents in 2003 North America 2003.8.14,,26,,27,,28,An Example:August 14, 2003 Blac

10、kout in the United States and Canada,29,An Example:August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada,30,31,32,An Example:August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada,33,An Example:August 14, 2003 Black

11、out in the United States and Canada,34,我國電網(wǎng),,市－省級電網(wǎng),,省 大區(qū)電網(wǎng),,,我國電網(wǎng)規(guī)模升級與穩(wěn)定破壞事故,,35,,,,原因:強臺風“達維”,海南省 2005.9.26,36,,,37,,,38,,,39,,,40,2008年初中國南方雪災對電力系統(tǒng)的影響,41,今年1月10日以來，我國南方大部分地區(qū)出現(xiàn)了歷史罕見的低溫、雨雪冰凍天氣，給輸變電設施帶來大面積覆冰，覆冰厚度普遍超過30毫

12、米，局部地區(qū)達到80毫米，遠遠超過規(guī)定的設計標準，造成輸電線路大量倒塔、斷線，電力設施大范圍損毀。國家電網(wǎng)公司所屬10個省級電網(wǎng)遭受嚴重災害。公司經(jīng)營區(qū)域內華中、華東及所屬10個省級電網(wǎng)遭受嚴重災害，其中湖南、浙江、江西電網(wǎng)設施損毀嚴重。公司經(jīng)營區(qū)域共有37個地市的545個縣（區(qū)）、2706萬用戶受到影響。,,災 情 概 述,42,公司所屬電網(wǎng)共有17.2萬基高壓桿塔倒塌，1.2萬基受損；高壓線路斷線12.9萬處；低壓線路倒斷桿51.9

13、萬基，低壓線路受損15.3萬公里；各電壓等級線路停運15.3萬條，變電站停運884座；公司系統(tǒng)通信光纜受損約2860公里，國家電網(wǎng)直接經(jīng)濟損失高達104.5億元。,,災 情 概 述,43,,44,,45,,46,,47,,48,,49,,50,,51,中國南方最低溫度是零下五攝氏度，中國北方很多地方的氣溫可以達到零下二三十攝氏度，為什么沒有形成這樣的冰呢？中國電力工程顧問集團公司高級工程師梁正平介紹說，南方第一濕度比較大，第二氣溫在零攝

14、氏度和零下五攝氏度之間，非常適宜上凍，在一定風的作用下冰的厚度還不斷地增加。中國電力顧問公司總工程師吳云說，像這樣的雙回線鐵塔，它的重量大概是6噸，但是在結了冰后，重量大概達到50噸，是原來的6倍，因此壓垮了鐵塔，導致輸變電線路斷電。,,災 害 原 因,52,國家電網(wǎng)8日在北京舉行新聞發(fā)布會，宣布3月8日，國家電網(wǎng)受災最嚴重的湖南、浙江電網(wǎng)抗災救災重建工作取得最后勝利，至此，國家電網(wǎng)公司轄區(qū)電網(wǎng)供電能力恢復到雪災前水平，提前20天完成了

15、黨中央、國務院提出的任務?！　樘岣唠娋W(wǎng)應對冰雪的應對能力，國家電網(wǎng)公司正在調研提高電網(wǎng)設計標準的方案。據(jù)有關人士估算，改造電網(wǎng)至少需要5000億元以上。,,災 后 重 建,53,,54,,55,,56,57,58,,59,,60,今年南方電力受災嚴重的原因是電力設備抗災能力不夠。對此，國家電網(wǎng)公司表示，今年將投資2500多億元加強電網(wǎng)建設，提高電網(wǎng)的抗災能力。國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞說：“今年計劃電網(wǎng)投資2532億元，基建任務十分繁

16、重，爭取在用科技減災、科技破冰方面盡快立項?！?對兩大電網(wǎng)而言，災后重建還將涉及到南方地區(qū)電網(wǎng)線路設計標準的調整，因為此次南方受災的一個主要原因是電力設施對極端氣候災害防范的設計標準不夠。日前，國家電監(jiān)會已經(jīng)組織了中國電力工程顧問集團公司、國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司，研究提出提高設防標準的意見。,,災 后 反 思,61,我國保障電網(wǎng)安全運行的“三道防線”,62,第一道防線：高速、準確地切除故障元件的繼電保護和反應被保護設備運行異

17、常的保護被我國超高壓電網(wǎng)普遍采用的裝備利用被保護元件兩端的盡可能簡單的信息；超高壓系統(tǒng)主保護動作速度10－25毫秒；超高壓系統(tǒng)主保護動作正確率99.82%。正在研究、未來可能裝備電網(wǎng)的保護利用被保護元件單端或兩端故障暫態(tài)信息的繼電保護；主保護動作速度2－5毫秒。 以盡可能快的速度、在盡可能小的范圍內切除故障，減少系統(tǒng)產(chǎn)生的不平衡能量,,,63,第二道防線：保障電網(wǎng)安全運行的安全自動裝置自動重合閘裝置：除減少重合于永

18、久故障時系統(tǒng)不平衡能量外，盡量減少網(wǎng)絡拓撲的變化，盡快恢復網(wǎng)絡輸電能力；備自投、事故減出力、自動切負荷、抽水改發(fā)電等：快速保持穩(wěn)態(tài)發(fā)輸電能力與用電需求的平衡。過負荷控制：連鎖切機、切負荷，遠方切機、切負荷等。保持穩(wěn)態(tài)輸電能力與輸電需求的平衡。暫態(tài)穩(wěn)定控制：邏輯式連鎖切機、切負荷；利用局部量的穩(wěn)定性預測與緊急控制裝置；基于離線或在線計算的區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)；用于保持動態(tài)輸電能力和輸電需求的平衡。,64,第三道防線：失步解列與頻率、電

19、壓控制失步解列：在互聯(lián)電網(wǎng)失去同步后，在預定的地點解列，以各子網(wǎng)能獨立滿足供電需求。頻率控制：通過低周減載、開啟備用機組等滿足頻率要求，通過高周切機保證頻率穩(wěn)定、機組安全。電壓和無功控制：通過低壓減載和增發(fā)無功維持電壓水平，防止電壓崩潰。爭取各自平衡，盡量減少對用戶的損失，維持各子網(wǎng)的安全，創(chuàng)造并網(wǎng)條件。,,,,65,電力系統(tǒng)是由各種電氣元件組成的，由于自然環(huán)境、制造質量、運行維護水平等多方面的原因，各電氣元件在運行中不可能一直

20、保持正常狀態(tài)。因此就要有專門的技術來為電力系統(tǒng)建立一個安全保障體系。其中最重要的專門技術之一就是繼電保護技術。繼電保護裝置用于實時檢測電力系統(tǒng)各元件的運行狀態(tài)。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障或異常，繼電保護裝置迅速動作實現(xiàn)故障隔離或告警，保證電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。,66,1.1.4 繼電保護的概念及作用,繼電保護技術 包括電力系統(tǒng)故障分析、繼電保護原理及實現(xiàn)、繼電保護配置設計、繼電保護運行及維護等技術。,一、繼電保護的概念,繼電保護技

21、術 + 繼電保護裝置,,67,繼電保護裝置 繼電保護裝置就是能反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。,1.1.4 繼電保護的概念及作用,一、繼電保護的概念,繼電保護技術 + 繼電保護裝置,,68,二、繼電保護的作用,自動、迅速、有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證無故障部分迅速恢復正常運行。(故障)反應電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并

22、根據(jù)運行維護條件（例如有無經(jīng)常值班人員），而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。（不正常運行）,1.1.4 繼電保護的概念及作用,,69,1.2 繼電保護的基本原理構成和分類,70,1.2.1 基本原理,找差別 實現(xiàn)保護,,非電氣量：瓦斯保護，過熱保護等。,原則上說：只要找出正常運行與故障時系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的變化特征（差別），即可找出一種原

23、理，且差別越明顯，保護性能越好。,,71,1.2.2 繼電保護裝置的構成,測量比較元件,邏輯判斷元件,執(zhí)行輸出元件,相應輸入量,,,,,跳閘或信號,測量從被保護對象輸入的有關物理量（如電流、電壓、阻抗、功率方向等），并與已給定的整定值進行比較，根據(jù)比較結果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性質的一組邏輯信號，從而判斷保護是否應該啟動。,根據(jù)測量部分輸出量的大小、性質、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組

24、合，使保護裝置按一定的布爾邏輯及時序邏輯工作，最后確定是否應跳閘或發(fā)信號，并將有關命令傳給執(zhí)行元件。常用邏輯回路有：或、與、非、延時啟動、延時返回、記憶等。,根據(jù)邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務。如：故障時,動作于跳閘并發(fā)出信號；不正常運行時,發(fā)出信號；正常運行時,不動作等。,,72,,繼電保護系統(tǒng)的構成,73,1.2.3 繼電保護的工作回路,KA,KT,KS,信號,,,,,,,,,,,I,,,,,,,,,,,,,,,

25、,,,,,,,,,,,,,,,,,QF,TA,YR,,,,t,,,,,,74,1.2.4 繼電保護的分類,按被保護的對象分類 輸電線路保護、發(fā)電機保護、變壓器保護、電動機保護、母線保護等 按保護原理分類 電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護、零序保護等,,75,按保護所反應故障類型分類 相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護、失步保護、失磁保護等按繼電保護裝置的實現(xiàn)技術分類 機電型保護（如電磁型保護

26、和感應型保護）、整流型保護、晶體管型保護、集成電路型保護及微機型保護等,1.2.4 繼電保護的分類,,76,按繼電保護測量值與整定值的關系分類 過量保護（測量值≥整定值時動作） 欠量保護（測量值≤整定值時動作）,1.2.4 繼電保護的分類,,77,主保護：反映被保護元件本身的故障，并以盡可能短的時限切除故障的保護,按保護所起的作用分類 主保護、后備保護、輔助保護等,1.2.4 繼電保護的分類,,78,按保護所起的作

27、用分類 主保護、后備保護、輔助保護等,后備保護：主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又分為遠后備保護和近后備保護。,1.2.4 繼電保護的分類,,79,按保護所起的作用分類 主保護、后備保護、輔助保護等,近后備保護：在本元件處裝設兩套保護，當主保護拒動時，由本元件的另一套保護動作,遠后備保護：當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護,1.2.4 繼電保護的分類,,80,按保護所起的作用分類

28、 主保護、后備保護、輔助保護等,輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護,1.2.4 繼電保護的分類,,81,1.2.5 電力系統(tǒng)繼電保護的工作配合,保護范圍劃分的基本原則是任一個元件的故障都能可靠地被切除且造成的停電范圍最小。保護區(qū)間的重疊是為了保證任意處的故障都置于保護區(qū)內，同時重疊區(qū)越小越好。,,82,1.2.5 電力系統(tǒng)繼電保護的工作配合,,,低壓母線保護區(qū),,,變壓器保護區(qū),,高壓

29、母線I保護區(qū),,,線路保護區(qū),發(fā)電機保護區(qū),,,,高壓母線II保護區(qū),高壓母線保護區(qū),,83,1.3 對繼電保護的基本要求,84,對動作于跳閘的繼電保護，在技術上一般應滿足四個基本要求：可靠性、選擇性、速動性、靈敏性，即保護的“四性”。,85,1.3.1 可靠性,可靠性是指發(fā)生了屬于它該動作的故障，它能可靠動作，即不發(fā)生拒絕動作（簡稱拒動）；而在不該動作時，它能可靠不動，即不發(fā)生錯誤動作（簡稱誤動）。,,86,1.3.1 可靠性,影

30、響可靠性的因素,內在的：裝置本身的質量，包括元件好壞、結構設計的合理性、制造工藝水平內外接線簡明觸點多少等 外在的：運行維護水平調試是否正確正確安裝等,,87,1.3.1 可靠性,提高可靠性的辦法,選用適當?shù)谋Ｗo原理，在盡可能的情況下盡量簡化接線，減少元器件的數(shù)量和觸點的數(shù)量。提高保護裝置所選用的器件質量和工藝水平，并有必要的抗干擾措施。提高保護裝置安裝和調試的質量，并加強維護和管理。采取保護裝置多重化。,,88,1

31、.3.2 選擇性,選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電范圍。,例：,當d1點短路時，保護1、2動→跳1DL、2DL 有選擇性,,89,選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電范圍。,例：,當d2點短路時，保護5、6動→跳5DL、6DL 有選擇性,1.3.2 選擇性,,90,選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障

32、時，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電范圍。,例：,當d3點短路時，保護7、8動→跳7DL、8DL 有選擇性,1.3.2 選擇性,,91,選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電范圍。,例：,當d3點短路時，若保護7拒動或7DL拒動，保護5動（遠后備）→跳5DL 有選擇性,1.3.2 選擇性,,92,選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，

33、保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電范圍。,當d3點短路時，若保護7正確動作和7DL跳閘，保護5動→跳5DL，則越級跳閘（非選擇性）,1.3.2 選擇性,,93,小結：選擇性就是故障點在區(qū)內就動作，區(qū)外就不動作。當主保護未動作時，由近后備或遠后備切除故障，使停電面積最小。因遠后備保護比較完善（對保護裝置、DL、二次回路和直流電源等故障所引起的拒絕動作均起后備作用）且實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，應優(yōu)先采用。,1.3

34、.2 選擇性,,94,1.3.3 速動性,作用于斷路器跳閘的保護都要求動作迅速。其主要原因如下：① 可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；② 減少用戶在低電壓下工作的時間； ③ 減少故障元件的損壞程度； ④ 避免故障進一步擴大。,,95,故障切除時間：,tpr-保護動作時間 tQF-斷路器動作時間,最快,1.3.3 速動性,快速保護：,斷路器：,最快,,96,1.3.4 靈敏性,靈敏性是指在規(guī)定的保護范圍內，對故障情況的反應能力。滿足靈敏

35、性要求的保護裝置應在區(qū)內故障時，不論短路點的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應出來。,通常，靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量，并表示為Ksen。,① 對反應于數(shù)值上升而動作的過量保護（如電流保護）,,其中故障參數(shù)的最小、最大計算值是根據(jù)實際可能的最不利運行方式、故障類型和短路點來計算的。,,97,1.3.4 靈敏性,靈敏性是指在規(guī)定的保護范圍內，對故障情況的反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應在區(qū)內故障時，不論短路點的位置與短路的類型如何

36、，都能靈敏地正確地反應出來。,通常，靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量，并表示為Ksen。,② 對反應數(shù)值下降而動作的欠量保護（如低電壓保護）,,其中故障參數(shù)的最小、最大計算值是根據(jù)實際可能的最不利運行方式、故障類型和短路點來計算的。,,98,1.3.4 靈敏性,在GB14285-1993《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》中，對各類保護的靈敏系數(shù)的要求都作出了具體規(guī)定，一般要求靈敏系數(shù)在1.2～2之間。,,99,上述四個基本要求是分析研究繼電保護性

37、能的基礎，也是貫穿全課程的一個基本線索。在它們之間既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一面。例如強調快速性時，有時會影響可靠性、選擇性和靈敏性，強調選擇性時又會影響快速性和靈敏性。 繼電保護的科學研究、設計、制造和運行的絕大部分工作是圍繞著如何處理好這四個基本要求之間的辨證統(tǒng)一關系而進行的。,100,1.4 繼電保護發(fā)展簡史,101,繼電保護原理——隨電力系統(tǒng)的發(fā)展而不斷發(fā)展。繼電保護裝置——隨著構成繼電器的元器件制造技

38、術發(fā)展而變化。,構成繼電保護原理的兩個基本要求：1.正確區(qū)分正常運行和事故運行態(tài)；2.正確判斷故障地點或發(fā)生不正常運行的設備;,繼電保護的發(fā)展簡史,,102,,,1901年,,1908年,,1910年,,1920年,,1927年,,,過電流保護,差動保護,方向電流保護,距離保護,高頻保護,微波保護,行波保護,原理發(fā)展,微機化網(wǎng)絡化智能化保護、控制、測量、通信一體化,微機型,機電型(電磁型、感應型）,整流型,60年代,晶體管型

39、,50年代,,,70年代,,80年代,集成電路型,90年代,,,裝置發(fā)展,50年代,70年代,103,本章學習重點,繼電保護的作用 在學習時要了解電力系統(tǒng)中常見的故障類型和不正常運行狀態(tài)，以及發(fā)生短路時對電力系統(tǒng)的危害。認識繼電保護、繼電保護裝置的概念，及繼電保護在電力系統(tǒng)中的任務。,104,本章學習重點,繼電保護的基本原理和繼電保護裝置的組成 學習時應了解和認識電力系統(tǒng)在正常運行與發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)時電