繼電保護(hù)課件—繼電保護(hù)

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)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(hù)的作用v 電力系統(tǒng)的運(yùn)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(jiàn)同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是各種型式的短路故障。v 繼電保護(hù)作用：切除故障設(shè)備、隔離故障點(diǎn)、防止事故擴(kuò)大波及電網(wǎng)健全部分。電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)示意圖電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的三道防線v第一道防線：繼電保護(hù)、安全穩(wěn)定預(yù)防性措施（串補(bǔ)、PSS、直流調(diào)制、聯(lián)切負(fù)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(jī)、快

2、關(guān)汽門(mén)、電氣制動(dòng)、強(qiáng)勵(lì)、切負(fù)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(wú)功平衡，防止事故擴(kuò)大引發(fā)大面積停電。進(jìn)一步地，在大面積停電后，應(yīng)用黑啟動(dòng)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(diǎn)（幅值或相位不等）接觸。v短路類(lèi)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(niǎo)、獸、蟲(chóng)害）；人為原因運(yùn)行人員誤操作（未拆地線合閘、帶負(fù)荷拉隔離刀閘等）。短路狀況：金屬性短路、非金屬性短路（過(guò)渡電阻問(wèn)題）v缺相運(yùn)行：因?yàn)槲锢砥茐幕蚓€路單相跳閘造成

3、的某一相（或二相）退出運(yùn)行。電力系統(tǒng)的故障2008年粵北冰災(zāi)對(duì)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(duì)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(duì)電網(wǎng)的損害電力系統(tǒng)故障性質(zhì)v簡(jiǎn)單故障：系統(tǒng)在同一時(shí)刻只有一個(gè)故障。v復(fù)雜故障：系統(tǒng)同時(shí)存在二個(gè)以上的故障。v瞬時(shí)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(shí)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(guò)自動(dòng)重合閘等措施，恢復(fù)線路運(yùn)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?fù)p壞設(shè)備，電弧將短時(shí)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(wú)法正常工作，醫(yī)院、礦山引起危險(xiǎn)。v干擾以至于破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行：如大電廠母線故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行；負(fù)荷中心故障導(dǎo)致嚴(yán)重失去負(fù)荷；總出力與總負(fù)荷不平衡導(dǎo)致發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)加速或減速，造成系統(tǒng)振蕩、頻率變化、發(fā)電機(jī)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(yán)重。二、繼電保護(hù)（Protective Relaying）v繼電保護(hù)的任務(wù)：反應(yīng)故障特征（電氣量，熱、油氣等非電氣量），動(dòng)作于跳閘（故障）或發(fā)告警信號(hào)（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(fù)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(hù)的組成形態(tài)整定值整定值輸出輸出信號(hào)信號(hào)執(zhí)行部分執(zhí)行部分邏輯部分邏輯部分測(cè)量環(huán)節(jié)測(cè)量環(huán)節(jié)輸入輸入信號(hào)信號(hào)繼電保護(hù)裝置繼電保護(hù)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(qiáng)電）電力系統(tǒng)一次部分（強(qiáng)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(hù)繼電保護(hù)+監(jiān)控監(jiān)控+計(jì)量計(jì)量+遠(yuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)動(dòng)二二次次回回路路電力系統(tǒng)繼電保護(hù)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(hù)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(shí)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(kāi)斷短路電流，目前最大開(kāi)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(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求v選擇性：只切除故障元件，由離故障點(diǎn)最近的保護(hù)裝置動(dòng)作（主保護(hù)），停電范圍最??；v速動(dòng)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(shí)間CCT經(jīng)常只有在數(shù)個(gè)周波 ）以及避免危及設(shè)備；v靈敏性：故障的保護(hù)范圍和反應(yīng)能力；v可靠性：不拒動(dòng)、不誤動(dòng)v 主保護(hù)：第一時(shí)間切除被保護(hù)元件區(qū)域內(nèi)故障的保護(hù)。v 近后備：元件故障后，其主保護(hù)拒動(dòng)，由該元件獨(dú)立安裝的后備保護(hù)（延時(shí)）動(dòng)作，切除故障。近后備與主保護(hù)安裝在同一處。v 遠(yuǎn)后備：元件故障后，其主保護(hù)拒動(dòng)，由相鄰元件的保護(hù)動(dòng)作切除故障，則為遠(yuǎn)后備。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的配置v一次和二次的概念（四兩撥千斤）v繼電保護(hù)是一門(mén)綜合性的科學(xué)v理論與實(shí)踐并重v繼電保護(hù)的重要性（電力系統(tǒng)行業(yè)將繼電保護(hù)獨(dú)立為一個(gè)專(zhuān)業(yè)）四、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作的特點(diǎn)v繼電保護(hù)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(kāi)關(guān)（1890s）v感應(yīng)型過(guò)電流繼電器（1901）v差動(dòng)保護(hù)原理（1908）v方向性電流保護(hù)原理（1910）v高頻（方向）保護(hù)原理（1927）v微波保護(hù)（1950s）v光纖保護(hù)（1990s）v行波保護(hù)（1970s）、暫態(tài)保護(hù)（1990s）五、繼電保護(hù)發(fā)展簡(jiǎn)史v機(jī)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(jī)型（1984）華北電力學(xué)院（楊奇遜）、我國(guó)第一臺(tái)微機(jī)保護(hù)繼電保護(hù)裝置的發(fā)展繼電保護(hù)所屬技術(shù)領(lǐng)域v電力系統(tǒng)二次：除繼電保護(hù)外，還包括變電站監(jiān)控遠(yuǎn)動(dòng)（遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控、遙視），計(jì)量等，統(tǒng)稱(chēng)為變電站自動(dòng)化。v電力系統(tǒng)自動(dòng)化：屬于自動(dòng)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(hù)是電力學(xué)科中最活躍的分支。變電站自動(dòng)化基本功能監(jiān)控遠(yuǎn)動(dòng)計(jì)量保護(hù)v楊奇遜（