電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理課件

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)2012年2月第一章 緒論主要內(nèi)容：電力系統(tǒng)正常工作狀態(tài)、非正常運(yùn)行狀 態(tài)及故障狀態(tài)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)任務(wù)和作用對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的基本要求繼電保護(hù)的基本原理 繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展概況 1.電力系統(tǒng)正常工作狀態(tài)、故障及非正常運(yùn)行狀態(tài)電力系統(tǒng)：是電能生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用的各種電力設(shè)備按照一定得技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求有機(jī)組成得一個(gè)聯(lián)合系統(tǒng).一次設(shè)備：電能通過的設(shè)備.二次設(shè)備:對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和保護(hù)的設(shè)備.運(yùn)行狀態(tài):在不同運(yùn)行條件下(負(fù)荷水平、出力配置、系統(tǒng)接線、故障)的系統(tǒng)與設(shè)備的工作狀況. 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的等式約束條件:系統(tǒng)發(fā)出的有功功率和無功功率應(yīng)在任一時(shí)刻與系

2、統(tǒng)中隨機(jī)變化的負(fù)荷功率(包括傳輸損耗)相等.P1(1.1 1.2) 不等式約束條件:涉及供電質(zhì)量和電力設(shè)備安全運(yùn)行的某些參數(shù),它們應(yīng)處于安全運(yùn)行的范圍(上限及下線)內(nèi), P2(1.3) 根據(jù)不同的運(yùn)行條件,可以將電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分為正常狀態(tài)、故障及非正常運(yùn)行狀態(tài). 正常狀態(tài):所有的等式和不等式約束條件均滿足. 不正常運(yùn)行狀態(tài):所有的等式均滿足,部分的不等式約束條件不滿足但又不是故障的電力系統(tǒng)故障狀態(tài). 在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，外界因素（如雷擊、鳥害等）、內(nèi)部因素（如絕緣老化、損壞等）及操作等，能引起各種故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)。 常見的故障： 單相接地； 兩相接地短路； 兩相短路；三相短路； 斷線等。

3、 P3故障統(tǒng)計(jì)表 常見的電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行狀態(tài)：過負(fù)荷；過電壓；非全相運(yùn)行；振蕩等。 電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的目的：就是通過自動(dòng)的和人工的控制，使電力系統(tǒng)盡快擺脫不正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，能長(zhǎng)時(shí)間在正常狀態(tài)下運(yùn)行。系統(tǒng)故障可能造成的后果故障點(diǎn)強(qiáng)大的短路電流及燃起的電弧，可能損毀設(shè)備；電力系統(tǒng)部分區(qū)域電壓大幅度下降，破壞用戶電力穩(wěn)定性，影響用戶的正常生產(chǎn)工作；短路電流所通過設(shè)備因熱效應(yīng)和電動(dòng)力而損壞或縮短了壽命；電力系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞，產(chǎn)生振蕩，甚至引起系統(tǒng)瓦解。事故故障和非正常運(yùn)行狀態(tài)都能引起系統(tǒng)事故。所謂事故，是指系統(tǒng)的全部或部分的正常運(yùn)行遭到破壞，造成對(duì)用戶停止送電、少送電或電能質(zhì)量變壞，甚至造成人

4、身傷亡、設(shè)備損壞等。為減少事故的發(fā)生，要加強(qiáng)設(shè)備維修工作，提高運(yùn)行質(zhì)量，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度2.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)任務(wù)和作用在電力系統(tǒng)中，除應(yīng)采取積極措施盡可能消除發(fā)生故障的誘因外，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，必須迅速可靠地將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，以保證非故障設(shè)備的正常運(yùn)行，并盡量縮小故障影響范圍。切除故障的時(shí)間必須保證設(shè)備的安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定，有時(shí)甚至要求在幾十毫秒以內(nèi)。這就需要在每個(gè)電氣元件上裝設(shè)靈敏可靠的繼電保護(hù)裝置。繼電保護(hù)裝置就是能迅速反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生的各種故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)，并有選擇性地動(dòng)作于跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。 繼電保護(hù)、繼電器、繼電保護(hù)系統(tǒng)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)自動(dòng)、迅

5、速、有選擇地跳開特定的斷路器，從電力系統(tǒng)中切除故障元件，保證無故障部分迅速恢復(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)的條件（如有無經(jīng)常值班人員），動(dòng)作于信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘。反應(yīng)不正常運(yùn)行狀態(tài)的保護(hù)，通常不需瞬時(shí)動(dòng)作，而是帶一定的時(shí)限，以避免誤動(dòng)作。 繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中的主要作用是預(yù)防事故、縮小事故范圍，提高運(yùn)行的可靠性，最大限度地保證向用戶安全連續(xù)供電，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行不可缺少的組成部分。3.對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的基本要求作用于斷路器跳閘的繼電保護(hù)裝置，一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求：選擇性速動(dòng)性靈敏性可靠性。 選擇性選擇性是指在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置僅將故障元件從

6、系統(tǒng)中切除，盡量縮小因故障而停電的范圍，保證無故障部分繼續(xù)運(yùn)行。只有合理地選擇保護(hù)方式，并正確地進(jìn)行整定才能保證保護(hù)裝置良好的選擇性，保護(hù)的選擇和整定就是一個(gè)獲得選擇性的過程。 主保護(hù)及后備保護(hù)(遠(yuǎn)后備、近后備)主保護(hù)：反映被保護(hù)元件自身的故障并以符合要求的時(shí)限切除故障的保護(hù)。后備保護(hù)：一般每個(gè)重要的電力元件配備兩套保護(hù)，一套為主保護(hù)，另一套為后備保護(hù)，主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，后備保護(hù)起作用，動(dòng)作于相應(yīng)斷路器，分為近后備和遠(yuǎn)后備。圖1-1可幫助說明選擇性的意義。當(dāng)線路WL4的k2點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，按選擇性要求保護(hù)6應(yīng)動(dòng)作，使斷路器6QF跳閘，變電站A、B、C及其用戶則照常運(yùn)行。如果保護(hù)6或斷路器6QF拒絕動(dòng)

7、作，則保護(hù)5經(jīng)一定延時(shí)后動(dòng)作，5QF跳閘，切除線路WL3。這種情況稱為遠(yuǎn)后備，雖然切除了一部分非故障線路，但盡可能地限制了故障的發(fā)展，盡量縮小了故障影響范圍。若線路WL1的k1點(diǎn)發(fā)生短路，保護(hù)裝置1和2應(yīng)按選擇性動(dòng)作，1QF、2QF跳閘，切除故障線路，變電站A經(jīng)線路L2向變電站B繼續(xù)供電。速動(dòng)性速動(dòng)性是指在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置盡可能快速地動(dòng)作并將故障切除，減少用戶在電壓降低的條件下運(yùn)行的時(shí)間，避免故障電流及其引起的電弧損壞設(shè)備，保證系統(tǒng)的并列穩(wěn)定運(yùn)行。動(dòng)作迅速并有選擇性的保護(hù)裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。在保證系統(tǒng)及設(shè)備安全的條件下，允許保護(hù)裝置的動(dòng)作帶有延時(shí)。從故障發(fā)生到斷路器跳閘滅

8、弧的時(shí)間，稱為故障切除時(shí)間，它等于繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間與斷路器跳閘時(shí)間之和。所以，快速消除故障，除了保護(hù)裝置動(dòng)作要快外，還要求采用快速斷路器?，F(xiàn)代高壓電網(wǎng)中快速保護(hù)裝置的最小動(dòng)作時(shí)間可達(dá)0.01s；斷路器的最小動(dòng)作時(shí)間約為0.050.068s。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定故障極限切除時(shí)間，保護(hù)和斷路器動(dòng)作時(shí)間應(yīng)根據(jù)被保護(hù)元件的具體情況來確定。 靈敏性靈敏性是指保護(hù)裝置對(duì)在其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。要求保護(hù)裝置對(duì)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的故障，無論此時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行方式是最大還是最小，也無論故障點(diǎn)位置、故障類型如何以及故障點(diǎn)過渡電阻的大小，都能靈敏地反應(yīng)，即具有足夠的靈敏度。靈敏度常用靈敏系數(shù)（1.2-

9、2）來校驗(yàn)。P11 可靠性保護(hù)裝置的可靠性是指保護(hù)在應(yīng)該動(dòng)作時(shí)可靠動(dòng)作，即不拒動(dòng)，不該動(dòng)作時(shí)不誤動(dòng)作，即不誤動(dòng)。不誤動(dòng)也稱安全性，不拒動(dòng)也稱可依賴性。保護(hù)裝置可靠性是由設(shè)計(jì)、制造、安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等方面的水平和質(zhì)量來決定的。保護(hù)裝置的選擇性、靈敏性、速動(dòng)性和可靠性是互相聯(lián)系又互相制約的。在應(yīng)用中，必須從全局出發(fā)來權(quán)衡。一般地，在保證保護(hù)裝置可靠性的前提下，為了滿足選擇性，在系統(tǒng)穩(wěn)定允許時(shí)，可以犧牲一些速動(dòng)性；有時(shí)也暫時(shí)犧牲部分選擇性來保證速動(dòng)性，并采用自動(dòng)重合閘或備用電源自動(dòng)投入等措施予以補(bǔ)救。在選擇保護(hù)方式時(shí)，還應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)條件，優(yōu)先考慮簡(jiǎn)單可靠的保護(hù)裝置。 4.繼電保護(hù)的基本原理電力系

10、統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電流、電壓的大小和相位將發(fā)生變化，還會(huì)產(chǎn)生負(fù)序、零序電流電壓分量。利用故障中系統(tǒng)電氣量的特征，可以構(gòu)成各種不同原理的繼電保護(hù)裝置。例如：反應(yīng)電流增大的過電流保護(hù)，反應(yīng)電壓降低的低電壓保護(hù)，反應(yīng)電壓與電流的比值即阻抗變化的距離保護(hù)等。繼電保護(hù)裝置一般由三大部分組成：測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其組成原理方框圖如圖1-2所示。 繼電保護(hù)的組成原理方框圖 測(cè)量、邏輯、執(zhí)行部分測(cè)量部分測(cè)量被保護(hù)元件電氣量，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和構(gòu)成后，將其與整定值比較，根據(jù)比較結(jié)果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”、等于“0”或“1”等邏輯信號(hào)，以便判斷保護(hù)是否起動(dòng)；邏輯部分根據(jù)測(cè)量部分輸出量的大小、性質(zhì)、

11、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)次序或組合方式，確定保護(hù)裝置是否動(dòng)作；執(zhí)行部分根據(jù)邏輯部分所做出的判斷，執(zhí)行保護(hù)裝置的任務(wù)（跳閘或發(fā)信號(hào)）。 某線路延時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)單相原理接線圖 繼電保護(hù)的工作原理以圖1-3所示的某線路延時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)單相原理接線圖為例，說明繼電保護(hù)的工作原理：當(dāng)K點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，線路中流過短路電流Ik，電流互感器TA二次側(cè)流過很大的電流Ik/nTA，當(dāng)此電流達(dá)到電流繼電器KA(測(cè)量比較元件)的動(dòng)作電流值IOP時(shí)，電流繼電器動(dòng)作，其輸出脈沖起動(dòng)時(shí)間繼電器KT(邏輯部分)，經(jīng)預(yù)定延時(shí)(邏輯運(yùn)算)后，KT的輸出啟動(dòng)中間繼電器(執(zhí)行部分),其接點(diǎn)閉合起動(dòng)跳閘線圈YR，跳開斷路器QF，切除

12、故障，并起動(dòng)KS發(fā)出信號(hào)。短路電流消失，電流繼電器立即返回。返回系數(shù)使繼電器返回的電流臨界值，稱為返回電流Ire。返回電流與動(dòng)作電流之比稱為返回系數(shù)：電流繼電器的返回系數(shù)一般在0.850.90之間。同理，其它保護(hù)繼電器也相應(yīng)地有動(dòng)作值、返回值及返回系數(shù)。繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展概況 繼電保護(hù)技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的一門學(xué)科。從1901年出現(xiàn)感應(yīng)型過電流繼電器，經(jīng)歷電磁型、電動(dòng)型、晶體管型、集成電路型繼電器，直至現(xiàn)在的微機(jī)型繼電保護(hù)裝置，已有百年歷史。從保護(hù)原理上，先后出現(xiàn)了反應(yīng)單側(cè)電氣量的電流、電壓、方向、距離保護(hù)等，以及反應(yīng)雙側(cè)電氣量的縱差動(dòng)、高頻、微波、光纖保護(hù)等，還有各種原理的元件

13、保護(hù)。基于各種微處理器的微機(jī)保護(hù)，在技術(shù)上已十分成熟，在我國(guó)電力系統(tǒng)中已被廣泛采用。微機(jī)保護(hù)具有強(qiáng)大的計(jì)算、分析和邏輯判斷能力，能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的保護(hù)原理，還能夠完成故障錄波、故障測(cè)距、事件順序記錄以及與調(diào)度計(jì)算機(jī)交換信息等輔助功能。由于技術(shù)的進(jìn)步，微機(jī)保護(hù)裝置在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化上，較之傳統(tǒng)保護(hù)，有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。由于微機(jī)裝置本身具有自檢和互檢功能，所以，微機(jī)保護(hù)裝置更易于安裝、運(yùn)行和維護(hù)，可靠性也更高。 隨著電力系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，繼電保護(hù)必將向更高的智能化階段發(fā)展，并且會(huì)成為包括繼電保護(hù)、控制、運(yùn)行調(diào)度及事故處理等方面的電力系統(tǒng)信息控制系統(tǒng)的一部分。資料：814美國(guó)大停電大范圍停電的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失大范圍停電帶來的社會(huì)問題電力安全的重要意義2003年8月14日（美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間）下午4點(diǎn)，美國(guó)紐約市曼哈頓首先發(fā)生大面積停電，繼而影響到美國(guó)東部和加拿大部分地區(qū)，其中包括美國(guó)底特律、托萊多、克利夫蘭以及加拿大的多倫多和渥太華。這是美國(guó)近年來影響范圍最廣的停電事故。814北美東部系統(tǒng)大停電，其過程經(jīng)歷了這樣幾個(gè)階段：一連串開關(guān)相繼開斷、暫態(tài)電壓跌落、電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)、系統(tǒng)振蕩、發(fā)電機(jī)自我保護(hù)而退出、大范圍停電、雪崩似的停運(yùn)-1