電力網(wǎng)繼電保護(hù)原理孫國凱 第一章

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,電力網(wǎng)繼電保護(hù)原理,Protection Principle of Power,Network,中國電力出版社,第一章 緒 論,第一節(jié) 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用,第二節(jié) 繼電保護(hù)的基本原理和保護(hù)裝置的組成,第三節(jié) 對繼電保護(hù)裝置的基本要求,第四節(jié) 繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展簡史,第一節(jié) 繼電保護(hù)的任務(wù)和作用,一、電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)及引起的后果,電力系統(tǒng)的故障：,三相短路,f,(3),、,兩相短路,f,(2),、,單相短路接地,f,(1),、,兩相短路接地,f,(1,1),、,斷線、變壓器繞組匝間短路、復(fù)合故

2、障等,。,不正常運(yùn)行狀態(tài)：,小接地電流系統(tǒng)的單相接地、過負(fù)荷、變壓器過熱、系統(tǒng)振蕩、電壓升高、頻率降低等。,發(fā)生故障可能引起的后果,1,、故障點(diǎn)通過很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障設(shè)備燒壞；,2,、系統(tǒng)中設(shè)備，在通過短路電流時(shí)所產(chǎn)生的熱和電動力使設(shè)備縮短使用壽命；,3,、因電壓降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)品質(zhì)量；破壞系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，產(chǎn)生振蕩，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。,二、繼電保護(hù)裝置及其任務(wù),繼電保護(hù)裝置,：,就是指反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)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。,基本任務(wù),：,（,1,）發(fā)生故障時(shí)，自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系

3、統(tǒng)中切除，使非故障部分繼續(xù)運(yùn)行。,（,2,）,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)的條件而動作于信號，以便值班員及時(shí)處理，或由裝置自動進(jìn)行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行就會引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予以切除。,（,3,）繼電保護(hù)裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件允許時(shí)，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。,第二節(jié)繼電保護(hù)的基本原理和保護(hù)裝置的組成,繼電保護(hù)的原理是利用被保護(hù)線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量為信息量，當(dāng)突變量達(dá)到一定值時(shí)，起動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。,一、繼電保護(hù)的基本原理,故障后，工頻電氣量變化的主

4、要特征及可以構(gòu)成的保護(hù),（,1,）電流增大，構(gòu)成電流保護(hù)。,（,2,）電壓降低，構(gòu)成低電壓保護(hù)。,（,3,）電流與電壓之間的相位角改變，構(gòu)成功率方向保護(hù)。,（,4,）測量阻抗發(fā)生變化，構(gòu)成距離保護(hù)。,（,5,）故障時(shí)被保護(hù)元件兩端電流相位和大小的變化，構(gòu)成差動保護(hù)。,（,6,）,不對稱短路時(shí)，出現(xiàn)相序分量，構(gòu)成零序電流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)和負(fù)序功率方向保護(hù)。,二、繼電保護(hù)裝置的組成,繼電保護(hù)一般由三個部分組成,:,測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理結(jié)構(gòu),如下圖,所示。,測量被保護(hù)元件工作狀態(tài)的物理量，并和已給的整定值進(jìn)行比較，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該動作。,根據(jù)測量回路的輸出信號，進(jìn)行邏輯判斷，以

5、確定保護(hù)是否應(yīng)該動作，并向執(zhí)行元件發(fā)出相應(yīng)的信號。,執(zhí)行邏輯回路的判斷，發(fā)出切除故障的跳閘脈沖或指示不正常運(yùn)行情況的信號。,電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)根據(jù)被保護(hù)對象不同，分為發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備的繼電保護(hù)和輸電線路的繼電保護(hù)。前者是指發(fā)電機(jī)、變壓器、母線和電動機(jī)等元件的繼電保護(hù)，簡稱為元件保護(hù)；后者是指電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)中輸電線路的繼電保護(hù)，簡稱線路保護(hù)。,按作用的不同繼電保護(hù)又可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。,主保護(hù)是指被保護(hù)元件內(nèi)部發(fā)生的各種短路故障時(shí)，能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及設(shè)備安全要求的、有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備或線路故障的保護(hù)。,后備保護(hù)是指當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒絕動作時(shí)，用以將故障切除的保護(hù)。后備保護(hù)

6、可分為遠(yuǎn)后備和近后備保護(hù)兩種。,遠(yuǎn)后備是指主保護(hù)或斷路器拒絕時(shí)，由相鄰元件的保護(hù)部分實(shí)現(xiàn)的后備；,近后備是指當(dāng)主保護(hù)拒絕動作時(shí)，由本元件的另一套保護(hù)來實(shí)現(xiàn)的后備，當(dāng)斷路器拒絕動作時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備。,繼電保護(hù)裝置需有操作電源供給保護(hù)回路，斷路器跳、合閘及信號等二次回路。按操作電源性質(zhì)的不同，可以分為直流操作電源和交流操作電源。通常在發(fā)電廠和變電所中繼電保護(hù)的操作電源是由蓄電池直流系統(tǒng)供電，因蓄電池是一種獨(dú)立電源，最大的優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，但缺點(diǎn)是投資較大、維護(hù)麻煩。交流操作電源的優(yōu)點(diǎn)是投資少、維護(hù)簡便，但缺點(diǎn)是可靠性差。因此，交流操作電源的繼電保護(hù)適合于小型變電所使用。,第三節(jié) 對繼電保

7、護(hù)裝置的基本要求,選擇性,速動性,靈敏性,可靠性,一、選擇性,選擇性是指保護(hù)裝置動作時(shí)，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。,當(dāng),d1,點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，應(yīng)由故障線路上的保護(hù),P1,和,P2,動作，將故障線路,WL1,切除，這時(shí)變電所,B,則仍可由非故障線路,WL2,繼續(xù)供電。當(dāng),d2,點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，應(yīng)由線路的保護(hù),P6,動作，使斷路器,6QF,跳閘，將故障線路,WL4,切除，這時(shí)只有變電所,D,停電。由此可見，繼電保護(hù)有選擇性的動作可將停電范圍限制到最小，甚至可以做到不中斷對用戶的供電。,考慮后備保護(hù)的問題。當(dāng)?shù)?d2,點(diǎn)發(fā)生短路故

8、障時(shí)，距短路點(diǎn)最近的保護(hù),P6,應(yīng)動作切除故障，但由于某種原因，該處的保護(hù)或斷路器拒動，故障便不能消除，此時(shí)如其前面一條線路,(,靠近電源測,),的保護(hù),P5,動作，故障也可消除。此時(shí)保護(hù),P5,所起的作用就稱為相鄰元件的后備保護(hù)。同理保護(hù),P1,和,P3,又應(yīng)該作為保護(hù),P5,和,P7,的后備保護(hù)。,二、速動性,速動性就是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大電流、低電壓運(yùn)行的時(shí)間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。,故障切除時(shí)間包括保護(hù)裝置和斷路器動作時(shí)間，一般快速保護(hù)的動作時(shí)間為,0.04s,0.08s,，最快的可達(dá),0.01s,0.04s,，一般斷路器的跳閘

9、時(shí)間為,0.06s,0.15s,，最快的可達(dá),0.02s,0.06s,。,靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行情況時(shí)，保護(hù)裝置的反應(yīng)能力。,保護(hù)裝置的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)來衡量，靈敏系數(shù)越大，則保護(hù)的靈敏度就越高，反之就越低。,三、靈敏性,以上四個基本要求是設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)繼電保護(hù)的依據(jù)，又是分析評價(jià)繼電保護(hù)的基礎(chǔ)。這四個基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實(shí)際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進(jìn)行統(tǒng)一。,四、可靠性,可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護(hù)最根本的要求。所謂安全性是要求繼電保護(hù)在不需要它動作時(shí)可靠不動作，即不發(fā)生誤動。所謂信賴

10、性是要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動作的故障時(shí)可靠動作，即不拒動。,第四節(jié) 繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展簡史,繼電保護(hù)的發(fā)展是隨著電力系統(tǒng)和自動化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。熔斷器就是最早的、最簡單的過電流保護(hù)。,1890,年后出現(xiàn)了電磁型過電流繼電器。,1901,年出現(xiàn)了感應(yīng)型過電流繼電器。,1908,年提出了電流差動保護(hù)原理。,1910,年方向電流保護(hù)開始得到應(yīng)用，,1920,年后距離保護(hù)裝置出現(xiàn)。在,1927,年前后，出現(xiàn)了高頻保護(hù)裝置。,20,世紀(jì),70,年代誕生了行波保護(hù)裝置。顯然，隨著光纖通信將在電力系統(tǒng)中的大量采用，利用光纖通道的繼電保護(hù)必將得到廣泛的應(yīng)用。,繼電保護(hù)裝置的元件、材料、保護(hù)

11、裝置的結(jié)構(gòu)形式和制造工藝也發(fā)生了巨大的變革。經(jīng)歷了機(jī)電式保護(hù)裝置、靜態(tài)保護(hù)裝置和數(shù)字式保護(hù)裝置三個發(fā)展階段。,20,世紀(jì),50,年代，隨著晶體管的發(fā)展，出現(xiàn)了晶體管保護(hù)裝置。,20,世紀(jì),70,年代，晶體管保護(hù)在我國被大量采用。隨著集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了體積更小、工作更可靠的集成電路保護(hù)。在,20,世紀(jì),70,年代后期，便出現(xiàn)了性能比較完善的微機(jī)保護(hù)樣機(jī)并投入運(yùn)行。進(jìn)入,90,年代，微機(jī)保護(hù)已在我國大量應(yīng)用，主運(yùn)算器由,8,位機(jī)、,16,位機(jī)發(fā)展到目前的,32,位機(jī)；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理器件由,A/D,轉(zhuǎn)換器、壓頻轉(zhuǎn)換器,(VFC),，發(fā)展到數(shù)字信號處理器,(DSP),。這種由計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成的繼電保

12、護(hù)稱為數(shù)字式繼電保護(hù)。,這種保護(hù)可用相同的硬件實(shí)現(xiàn)不同原理的保護(hù)，使制造大為簡化，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、批量化，硬件可靠性高；具有強(qiáng)大的存儲、記憶和運(yùn)算功能，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜原理的保護(hù)，為新原理保護(hù)的發(fā)展提高了實(shí)現(xiàn)條件。除了實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能外，還可兼有故障錄波、故障測距、事件順序記錄和保護(hù)管理中心計(jì)算機(jī)及調(diào)度自動化系統(tǒng)通信等功能，這對于保護(hù)的運(yùn)行管理、電網(wǎng)事故分析及事故后的處理等均有重要意義。另外它可以不斷地對本身的硬件和軟件自檢，發(fā)現(xiàn)裝置的異常情況并通知運(yùn)行維護(hù)中心。,由于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與電力系統(tǒng)中的大量采用，微機(jī)硬件和軟件功能的空前強(qiáng)大并成為維護(hù)電力系統(tǒng)整體安全穩(wěn)定運(yùn)行的計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)的基本組成單元。微機(jī)保

13、護(hù)不僅要能實(shí)現(xiàn)被保護(hù)設(shè)備的切除、或自動重合，還可作為自動控制系統(tǒng)的終端，接收調(diào)度命令實(shí)現(xiàn)跳、合閘等操作，以及故障診斷、穩(wěn)定預(yù)測、安全監(jiān)視、無功調(diào)節(jié)、負(fù)荷控制等功能。,此外，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)信息共享的優(yōu)越性，微機(jī)保護(hù)可以占有全系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和信息，應(yīng)用自適應(yīng)原理和人工智能方法使保護(hù)原理、性能和可靠性得到進(jìn)一步的發(fā)展和提高，使繼電保護(hù)技術(shù)沿著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自適應(yīng)和保護(hù)、測量、控制、數(shù)據(jù)通信于一體的方向不斷發(fā)展。,復(fù)習(xí)思考題,1-1,什么是故障、異常運(yùn)行方式和事故？它們之間有何不同？又有何聯(lián)系？,1-2,什么是主保護(hù)和后備保護(hù)？遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)有什么區(qū)別和特點(diǎn)？,1-3,繼電保護(hù)裝置的任務(wù)及其基本要求是什么？,1-4,電力系統(tǒng)如果沒有配備完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)，想像一下會出現(xiàn)什么后果？,1-5,繼電保護(hù)裝置通過哪些主要環(huán)節(jié)完成預(yù)定的保護(hù)功能，各環(huán)節(jié)的作用是什么？,1-6,結(jié)合電力系統(tǒng)分析課程知識，說明加快繼電保護(hù)的動作時(shí)間為什么可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性？,