繼電保護課件—繼電保護

1、電力系統(tǒng)繼電保護原理The Principles of Protective Relaying主講 蔡澤祥 教授第一章 緒論一、電力系統(tǒng)繼電保護的作用v 電力系統(tǒng)的運行狀態(tài) 正常狀態(tài)（所有參量均不越限） 非正常狀態(tài)（發(fā)生參量越限，但尚未危及設(shè)備和系統(tǒng)整體性） 故障狀態(tài)（危及設(shè)備必須盡快切除），其中最常見同時也是最危險的故障是各種型式的短路故障。v 繼電保護作用：切除故障設(shè)備、隔離故障點、防止事故擴大波及電網(wǎng)健全部分。電力系統(tǒng)運行狀態(tài)示意圖電力系統(tǒng)安全運行的三道防線v第一道防線：繼電保護、安全穩(wěn)定預(yù)防性措施（串補、PSS、直流調(diào)制、聯(lián)切負荷）。v第二道防線：區(qū)域性穩(wěn)控系統(tǒng)，緊急控制措施：切機、快

2、關(guān)汽門、電氣制動、強勵、切負荷、直流調(diào)制等。v第三道防線：電網(wǎng)失步解列、頻率/電壓緊急控制，保證解列后局部電網(wǎng)有功/無功平衡，防止事故擴大引發(fā)大面積停電。進一步地，在大面積停電后，應(yīng)用黑啟動等恢復(fù)控制策略逐步恢復(fù)電網(wǎng)整體性。2003.8.14大停電后的影響v短路故障：電路中非等電位點（幅值或相位不等）接觸。v短路類型：三相短路、兩相短路、兩相短路接地、單相短路接地。v短路原因：絕緣的污染或自然老化；自然原因（風(fēng)、雨、雪、雷、電、鳥、獸、蟲害）；人為原因運行人員誤操作（未拆地線合閘、帶負荷拉隔離刀閘等）。短路狀況：金屬性短路、非金屬性短路（過渡電阻問題）v缺相運行：因為物理破壞或線路單相跳閘造成

3、的某一相（或二相）退出運行。電力系統(tǒng)的故障2008年粵北冰災(zāi)對電網(wǎng)的損害線路桿塔受損情況線路桿塔受損情況導(dǎo)線斷股導(dǎo)線斷股絕緣子掉串絕緣子掉串防振錘變形防振錘變形水泥桿斷裂水泥桿斷裂其它設(shè)備受損其它設(shè)備受損2008年粵北冰災(zāi)對電網(wǎng)的損害韶關(guān)電網(wǎng)韶關(guān)電網(wǎng)變電設(shè)備受損變電設(shè)備受損 2008年粵北冰災(zāi)對電網(wǎng)的損害電力系統(tǒng)故障性質(zhì)v簡單故障：系統(tǒng)在同一時刻只有一個故障。v復(fù)雜故障：系統(tǒng)同時存在二個以上的故障。v瞬時性故障和永久性故障：輸電線故障在電力系統(tǒng)故障占很大比例，其中絕大多數(shù)都是瞬時性的，由于短路電弧等作用使得在線路跳閘后絕緣得以恢復(fù)，通過自動重合閘等措施，恢復(fù)線路運行，提高供電可靠性。短路的后果

4、v產(chǎn)生大電流發(fā)熱（I2R）：高溫損壞設(shè)備，電弧將短時融化（電焊短路的應(yīng)用）。v電磁力（F=BLI）：損壞設(shè)備。v造成低電壓：電器設(shè)備無法正常工作，醫(yī)院、礦山引起危險。v干擾以至于破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行：如大電廠母線故障導(dǎo)致發(fā)電機退出運行；負荷中心故障導(dǎo)致嚴重失去負荷；總出力與總負荷不平衡導(dǎo)致發(fā)電機電動機加速或減速，造成系統(tǒng)振蕩、頻率變化、發(fā)電機失步、電壓崩潰而造成局部以至于電力系統(tǒng)大面積停電，損失將極為嚴重。二、繼電保護（Protective Relaying）v繼電保護的任務(wù)：反應(yīng)故障特征（電氣量，熱、油氣等非電氣量），動作于跳閘（故障）或發(fā)告警信號（不正常狀態(tài)）。v（短路）故障電氣特征：電流（

5、增大）、電壓（降低）、序分量（負序、零序）、（功率）方向、阻抗（故障距離）、諧波等；v非電量：溫度（上升）、氣體等。電力系統(tǒng)繼電保護的組成形態(tài)整定值整定值輸出輸出信號信號執(zhí)行部分執(zhí)行部分邏輯部分邏輯部分測量環(huán)節(jié)測量環(huán)節(jié)輸入輸入信號信號繼電保護裝置繼電保護裝置電流、電壓互感器電流、電壓互感器TA、TV電力系統(tǒng)一次部分（強電）電力系統(tǒng)一次部分（強電）斷路器斷路器電力系統(tǒng)二次部分（弱電）電力系統(tǒng)二次部分（弱電）= 繼電保護繼電保護+監(jiān)控監(jiān)控+計量計量+遠動遠動二二次次回回路路電力系統(tǒng)繼電保護的組成形態(tài)二次電纜二次電纜變電站的龐大二次接線與端子排與繼電保護相關(guān)的一二次設(shè)備v電流、電壓互感器：將一次大電

6、流、高電壓變換成二次小電流（5A、1A）、低電壓（100V），實際是一種特殊的變壓器（instrument transformer） 關(guān)注的是變換的精度（幅值、相位、線性度）?；ジ衅髯儽龋簐斷路器（circuti braker）：開斷短路電流，目前最大開斷電流為63kA。v直流電源：為變電站內(nèi)所有設(shè)備提供工作電源和操作電源，采用電力電子整流、蓄電池組供電，目前主流為直流220V。12112122TATVIwUwnnIwUw三、對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求v選擇性：只切除故障元件，由離故障點最近的保護裝置動作（主保護），停電范圍最??；v速動性：盡快切除故障，保證電網(wǎng)穩(wěn)定（ 超高壓電網(wǎng)的故障極限切

7、除時間CCT經(jīng)常只有在數(shù)個周波 ）以及避免危及設(shè)備；v靈敏性：故障的保護范圍和反應(yīng)能力；v可靠性：不拒動、不誤動v 主保護：第一時間切除被保護元件區(qū)域內(nèi)故障的保護。v 近后備：元件故障后，其主保護拒動，由該元件獨立安裝的后備保護（延時）動作，切除故障。近后備與主保護安裝在同一處。v 遠后備：元件故障后，其主保護拒動，由相鄰元件的保護動作切除故障，則為遠后備。電力系統(tǒng)繼電保護的配置v一次和二次的概念（四兩撥千斤）v繼電保護是一門綜合性的科學(xué)v理論與實踐并重v繼電保護的重要性（電力系統(tǒng)行業(yè)將繼電保護獨立為一個專業(yè)）四、電力系統(tǒng)繼電保護工作的特點v繼電保護原理的發(fā)展：v熔斷器（電流增加的熱效應(yīng)），目

8、前10kV變壓器跌落開關(guān)（1890s）v感應(yīng)型過電流繼電器（1901）v差動保護原理（1908）v方向性電流保護原理（1910）v高頻（方向）保護原理（1927）v微波保護（1950s）v光纖保護（1990s）v行波保護（1970s）、暫態(tài)保護（1990s）五、繼電保護發(fā)展簡史v機電型（1950s），目前仍然在低壓電網(wǎng)和工業(yè)控制中有廣泛應(yīng)用，按原理包括：電磁型和感應(yīng)型；v晶體管型（1950s1970s）v集成電路型（1970s1980s）v微機型（1984）華北電力學(xué)院（楊奇遜）、我國第一臺微機保護繼電保護裝置的發(fā)展繼電保護所屬技術(shù)領(lǐng)域v電力系統(tǒng)二次：除繼電保護外，還包括變電站監(jiān)控遠動（遙測、遙信、遙調(diào)、遙控、遙視），計量等，統(tǒng)稱為變電站自動化。v電力系統(tǒng)自動化：屬于自動化行業(yè)，基本特征是“電力系統(tǒng)+IT技術(shù)”，屬于智能電網(wǎng)在輸變電領(lǐng)域的核心組成部分。v繼電保護是電力學(xué)科中最活躍的分支。變電站自動化基本功能監(jiān)控遠動計量保護v楊奇遜（