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1 1電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用 第一章 緒論 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理 一次設(shè)備 包括發(fā)電機(jī) 變壓器 斷路器 母線 輸電線路 電動(dòng)機(jī)等 二次設(shè)備 對(duì)一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視 測(cè)量 控制和保護(hù)的設(shè)備 根據(jù)電力系統(tǒng)在不同運(yùn)行條件下的系統(tǒng)與設(shè)備的工作狀況 電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分為正常工作狀態(tài) 不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài) 正常工作狀態(tài) 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的約束條件等式約束條件 發(fā)電機(jī)或其他電源設(shè)備發(fā)出的有功和無(wú)功功率 正常工作狀態(tài) 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的約束條件等式約束條件 負(fù)荷使用的有功功率和無(wú)功功率 正常工作狀態(tài) 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的約束條件等式約束條件 電力系統(tǒng)中各種有功功率和無(wú)功功率損耗 正常工作狀態(tài) 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的約束條件不等式約束條件 用電設(shè)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 不正常工作狀態(tài)及其危害 常見的不正常狀態(tài)及其危害 過(guò)負(fù)荷 因負(fù)荷超過(guò)電氣設(shè)備的額定值造成的電流增大 危害 造成載流導(dǎo)體的熔斷或加速絕緣材料的老化和損壞從而導(dǎo)致故障 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(yùn)行狀態(tài) 頻率降低 系統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率缺額而引起 危害 1 影響產(chǎn)品質(zhì)量 2 降到47 48HZ以下會(huì)引起頻率崩潰 3 使電壓下降可能引發(fā)電壓崩潰 過(guò)電壓 發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷而產(chǎn)生 危害 造成絕緣擊穿導(dǎo)致短路 系統(tǒng)振蕩 因系統(tǒng)受到擾動(dòng)而失去功率平衡 危害 系統(tǒng)振蕩時(shí) 電流和電壓周期性擺動(dòng) 嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行 故障狀態(tài)及其危害 常見的十種短路類型 縱向不對(duì)稱故障 斷線 最常見且最危險(xiǎn)的故障是各種類型的短路 復(fù)雜故障 在電力系統(tǒng)的不同地點(diǎn) 兩處或兩處以上 同時(shí)發(fā)生不對(duì)稱故障的情況 短路的后果 數(shù)值很大的短路電流通過(guò)短路點(diǎn)將燃起電弧 使故障設(shè)備損壞 短路電流通過(guò)故障設(shè)備和非故障設(shè)備時(shí) 產(chǎn)生熱和電動(dòng)力的作用 致使其絕緣遭到損壞或使設(shè)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(yùn)行的穩(wěn)定性 引起系統(tǒng)振蕩 甚至造成整個(gè)電力系統(tǒng)瓦解 事故 故障和不正常運(yùn)行狀態(tài) 都可能在電力系統(tǒng)中引起事故 一旦故障發(fā)生 要求在十分之幾甚至百分之幾秒內(nèi)切除故障設(shè)備 災(zāi)害原因 中國(guó)南方最低溫度是零下五攝氏度 由于濕度比較大 當(dāng)氣溫在零攝氏度和零下五攝氏度之間時(shí) 非常適宜上凍 在一定風(fēng)的作用下冰的厚度還不斷地增加 像這樣的雙回線鐵塔 它的重量大概是6噸 但是在結(jié)了冰后 重量大概達(dá)到50噸 是原來(lái)的6倍 因此壓垮了鐵塔 導(dǎo)致輸變電線路斷電 繼電保護(hù)的概念和基本任務(wù) 一 繼電保護(hù)的概念 是繼電保護(hù)技術(shù)與繼電保護(hù)裝置的總稱 繼電保護(hù)技術(shù)包括電力系統(tǒng)故障分析 繼電保護(hù)原理及設(shè)計(jì) 配置整定 運(yùn)行維護(hù)及調(diào)試等技術(shù) 繼電保護(hù)的概念及作用 繼電保護(hù)裝置能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài) 并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置 一 繼電保護(hù)的概念 是繼電保護(hù)技術(shù)與繼電保護(hù)裝置的總稱 二 繼電保護(hù)的基本任務(wù) 自動(dòng) 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(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行 反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài) 并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件 而動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)或跳閘 基本原則 找出正常運(yùn)行與故障時(shí)系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的變化特征 1 2 1繼電保護(hù)的基本原理 1 2繼電保護(hù)的基本原理和保護(hù)裝置的組成 電流增大 過(guò)電流保護(hù) 電壓降低 低電壓保護(hù) 電流電壓間的相位角會(huì)發(fā)生變化 方向保護(hù) 1 2 1繼電保護(hù)的基本原理 正常運(yùn)行時(shí) 線路正方向三相短路 測(cè)量阻抗發(fā)生變化 阻抗保護(hù) 1 2 1繼電保護(hù)的基本原理 正常運(yùn)行時(shí) 負(fù)荷阻抗 短路時(shí) 短路阻抗 測(cè)量阻抗變小 電流差動(dòng)保護(hù) 正常 I 0 元件流入電流與流出的關(guān)系發(fā)生變化 1 2 1繼電保護(hù)的基本原理 正常運(yùn)行時(shí) 流入電流 流出電流 內(nèi)部故障時(shí) 流入電流 流出電流 短路 I Id 序分量保護(hù) 出現(xiàn)負(fù)序和零序分量 1 2 1繼電保護(hù)的基本原理 正常運(yùn)行時(shí) 只有正序分量 發(fā)生故障時(shí) 有負(fù)序 零序分量出現(xiàn) 相間短路時(shí)有負(fù)序分量出現(xiàn) 接地短路時(shí)有零序分量出現(xiàn) 繼電保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成 1 2 2繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成 輸出信號(hào) 測(cè)量部分 邏輯部分 執(zhí)行部分 輸入信號(hào) 整定值 測(cè)量從被保護(hù)對(duì)象輸入的有關(guān)電氣量 如電流 電壓 阻抗 功率方向等 并與給定的整定值進(jìn)行比較 判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動(dòng) 根據(jù)測(cè)量部分輸出的邏輯信號(hào) 使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍 最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號(hào) 并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行部分 根據(jù)邏輯部分輸出的信號(hào) 完成保護(hù)裝置的任務(wù) 如故障時(shí)動(dòng)作于跳閘 不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號(hào) 正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作 1 2 3繼電保護(hù)的分類 按被保護(hù)的對(duì)象分類 輸電線路保護(hù) 發(fā)電機(jī)保護(hù) 變壓器保護(hù) 母線保護(hù) 電動(dòng)機(jī)保護(hù)等 按保護(hù)原理分類 電流保護(hù) 電壓保護(hù) 距離保護(hù) 差動(dòng)保護(hù) 方向保護(hù) 零序保護(hù)等 按保護(hù)所反應(yīng)故障類型分類 相間短路保護(hù) 接地短路保護(hù) 匝間短路保護(hù) 斷線保護(hù) 失步保護(hù) 失磁保護(hù)及過(guò)勵(lì)磁保護(hù)等 按繼電保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)技術(shù)分類 機(jī)電型保護(hù) 整流型保護(hù) 晶體管型保護(hù) 集成電路型保護(hù) 微機(jī)型保護(hù) 1 2 3繼電保護(hù)的分類 繼電保護(hù)測(cè)量值與整定值的關(guān)系分類 過(guò)量保護(hù) 測(cè)量值 整定值 欠量保護(hù) 測(cè)量值 整定值 按保護(hù)所起的作用分類 主保護(hù) 后備保護(hù) 輔助保護(hù)等 主保護(hù) 反映被保護(hù)元件本身的故障 并以盡可能短的時(shí)限切除故障的保護(hù) 按保護(hù)所起的作用分類 主保護(hù) 后備保護(hù) 輔助保護(hù)等 后備保護(hù) 主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來(lái)切除故障的保護(hù) 又分為近后備保護(hù)和遠(yuǎn)后備保護(hù) 1 2 3繼電保護(hù)的分類 按保護(hù)所起的作用分類 主保護(hù) 后備保護(hù) 輔助保護(hù)等 近后備保護(hù) 在本元件處裝設(shè)兩套保護(hù) 當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí) 由本元件的另一套保護(hù)動(dòng)作 按保護(hù)所起的作用分類 主保護(hù) 后備保護(hù) 輔助保護(hù)等 遠(yuǎn)后備保護(hù) 當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí) 由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù) 按保護(hù)所起的作用分類 主保護(hù) 后備保護(hù) 輔助保護(hù)等 輔助保護(hù) 為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運(yùn)行而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù) 動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù) 在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求 即選擇性 速動(dòng)性 靈敏性和可靠性 1 3對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求 選擇性 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí) 保護(hù)裝置僅將故障元件切除 而使非故障元件仍能正常運(yùn)行 以盡量縮小停電范圍 例 當(dāng)k1點(diǎn)短路時(shí) 保護(hù)1 2動(dòng) 跳1QF 2QF有選擇性 選擇性 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí) 保護(hù)裝置僅將故障元件切除 而使非故障元件仍能正常運(yùn)行 以盡量縮小停電范圍 例 當(dāng)k2點(diǎn)短路時(shí) 保護(hù)5 6動(dòng) 跳5QF 6QF有選擇性 選擇性 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí) 保護(hù)裝置僅將故障元件切除 而使非故障元件仍能正常運(yùn)行 以盡量縮小停電范圍 例 當(dāng)k3點(diǎn)短路時(shí) 保護(hù)7 8動(dòng) 跳7QF 8QF有選擇性 選擇性 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí) 保護(hù)裝置僅將故障元件切除 而使非故障元件仍能正常運(yùn)行 以盡量縮小停電范圍 例 當(dāng)k3點(diǎn)短路時(shí) 若保護(hù)7拒動(dòng)或7QF拒動(dòng) 保護(hù)5動(dòng) 遠(yuǎn)后備 跳5QF有選擇性 選擇性 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí) 保護(hù)裝置僅將故障元件切除 而使非故障元件仍能正常運(yùn)行 以盡量縮小停電范圍 例 當(dāng)k3點(diǎn)短路時(shí) 若保護(hù)7正確動(dòng)作和7DL跳閘 保護(hù)5動(dòng) 跳5DL 則越級(jí)跳閘 非選擇性 停電 小結(jié) 每個(gè)設(shè)備和線路等元件都有獨(dú)立的主保護(hù)和后備保護(hù) 當(dāng)本元件的主保護(hù)拒絕動(dòng)作時(shí) 由其近后備或遠(yuǎn)后備動(dòng)作跳閘以切除故障 使停電范圍最小 選擇性 速動(dòng)性 速動(dòng)性是指盡可能快地切除故障 其主要原因如下 提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性 減少用戶在低電壓下運(yùn)行的時(shí)間 降低設(shè)備的損壞程度 避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大 速動(dòng)性 故障切除時(shí)間 一般為0 02 0 04s 最快0 01 0 02s 一般為0 06 0 15s 最快0 02 0 04s 靈敏性 靈敏性是指在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi) 對(duì)故障情況的反應(yīng)能力 滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時(shí) 不論短路點(diǎn)的位置與短路的類型如何 都能靈敏地正確地反應(yīng)出來(lái) 靈敏性 靈敏性用靈敏系數(shù)Ksen來(lái)衡量 對(duì)反應(yīng)于數(shù)值上升而動(dòng)作的過(guò)量保護(hù) 如過(guò)電流保護(hù) 靈敏性 靈敏性用靈敏系數(shù)Ksen來(lái)衡量 對(duì)反應(yīng)于數(shù)值下降而動(dòng)作的欠量保護(hù) 如低電壓保護(hù) 可靠性 可靠性是指在保護(hù)裝置規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí) 應(yīng)可靠動(dòng)作 即不發(fā)生拒動(dòng) 而在任何其他不該動(dòng)作的情況下 應(yīng)可靠不動(dòng)作 即不發(fā)生誤動(dòng)作 該動(dòng)作時(shí)不拒動(dòng) 不該動(dòng)作時(shí)不誤動(dòng) 上述四個(gè)基本要求是分析研究繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ) 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(qiáng)調(diào)快速性時(shí) 有時(shí)會(huì)影響可靠性 選擇性和靈敏性 強(qiáng)調(diào)選擇性時(shí)又會(huì)影響快速性和靈敏性 繼電保護(hù)的科學(xué)研究 設(shè)計(jì) 制造和運(yùn)行的絕大部分工作是圍繞著如何處理好這四個(gè)基本要求之間的辨證統(tǒng)一關(guān)系而進(jìn)行的 1 4繼電保護(hù)的發(fā)展 1901年 1908年 1910年 1920年 1927年 過(guò)電流保護(hù) 差動(dòng)保護(hù) 方向電流保護(hù) 距離保護(hù) 高頻保護(hù) 微波保護(hù) 行波保護(hù) 原理發(fā)展 微機(jī)化網(wǎng)絡(luò)化智能化保護(hù) 控制 測(cè)量 通信一體化 微機(jī)型 機(jī)電型 電磁型 感應(yīng)型 整流型 60年代 晶體管型 50年代 70年代