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注册电气工程师考试培训资料,发输变电专业第12章继电保护、安全自动装置及调度自动化,电力系统,电力系统是指由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。,基本概念,电力系统继电保护和安全自动装置。电力系统继电保护和安全自动装置是当电力系统本身发生了故障或发生危及其安全运行的事件时，向运行值班人员及时发出警告信号或直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止故障或事件的发展的一种自动化措施和设备。用于保护电力元件的成套设备，一般通称为继电保护装置;用于保护电力系统的一般通称为安全自动装置。,基本概念,继电保护装置是保证电力系统中的电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行，当发电机、变压器、输电线路、母线及用电设备等发生故障时，要求继电保护装置用可能最短的时限和在可能最小的范围内，按预先设定的方式，自动把故障设备从运行系统中断开，以减轻故障设备的损坏程度和对临近地区供电的影响。,基本概念,安全自动装置是为了防止电力系统失去稳定性和避免电力系统发生大面积停电事故的自动保护装置。例如输电线路自动重合闸装置、电力系统稳定控制装置、电力系统自动解列装置、按频率自动减负荷装置和按电压降低自动减负荷装置等。,主保护、后备保护、辅助保护,电力系统中电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行保护装置。电力设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要时可再增设辅助保护。1）主保护。主保护是指在电力系统申，预定优先切除故障或结束异常情况的保护装置，只切除距故障点最近的断路器。从动作时限上划分，主保护有全线瞬时动作及按阶梯时间动作两类。根据电力系统暂态稳定或发电厂安全运行要求，必须对被保护线路全线任何地点及任何故障形态均能瞬时有选择地切除，应采用具有选择性保护各种类型的短路的继电保护装置作主保护，这主要由各类性能完善的纵联保护担任，是具有绝对选择性的主保护系统。,主保护、后备保护、辅助保护,2）后备保护。后备保护是指当主保护动作失败或断路器失灵时起作用的保护，具有相对选择性，按其构成分为远后备及近后备两种。3）辅助保护，是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护推出运行而增设的简单保护。例如，对220kV线路除主保护之外，在正常运行方式下，保护安装处短路时，电流速断保护的灵敏度在1.2以上时，可以安装电流速断保护作为辅助保护。,后备保护（远、近后备）,远后备。当被保护元件内部故障时，依靠相邻线路对侧断路器上对此故障有一定灵敏度的后备保护装置动作切除故障，其后备范围广，包括相邻变电所直流消失，保护与断路器均不能动作时也起后备作用。但动作时间长，在复杂电力网中往往因灵敏度或选择性不足而不能采用，故多用于110kV及以下输电线路。b)近后备。当被保护元件内部故障时，依靠本厂站保护实现后备保护。一种是继电器后备方式，由相邻线路近故障侧的保护切除故障，或由本侧另一组保护起后备作用;另一种是断路器后备方式，当故障线路保护动作而断路器拒动时，由故障线路的断路器失灵保护经延时切除同一母线上相邻有电源线路的断路器，这种近后备方式动作相对速度快，灵敏度及选择性均较好，主要用于220kV及以上线路。,继电保护、安全自动装置及调度自动化,线路、母线和断路器继电保护的原理、配置及整定计算安全自动装置的原理和配置电力系统调度自动化的功能及配置远动、电量计费的功能及配置,继电保护,电力系统继电保护的一般问题线路、母线和断路器继电保护的原理、配置及整定计算,电力系统继电保护的一般问题,继电保护的基本结构和性能要求合理的电网结构应满足的基本要求电流互感器及电压互感器的特征及应用要求电力系统在不同状态下电磁和机电暂态过程变化规律,继电器分类：有或无继电器，例如中间继电器 量度继电器，例如保护继电器量度继电器（保护继电器）分类 单输入量度继电器，量度功能由单个激励量确定 多输入量度继电器，量度功能由多个激励量及其相互作用确定保护继电器结构 机电式（电磁式）整流式 固态（集成电路）式 微机式：现在装置基本是微机保护,继电保护的基本结构,基本要求（四性）可靠性：包括可信赖性（不拒动）和安全性（不误动)选择性：准确切除规定区域的故障，使电网剩余部分扰动最小灵敏性：保护范围内金属短路，应具有规定的灵敏系数速动性：超高压电网保护动作时间0.02s0.03s;故障切除时间0.08s0.12s,继电保护的基本要求,继电保护的基本要求,继电保护“四性”不仅针对继电保护具体装置，从电力系统安全运行观点，要保证任何一套继电保护装置能正确运行，都包括两个方面:继电保护的设计、配置、整定和安装调试等;是包括由取得故障判据的电流和电压互感器二次回路，经过继电保护装置，信息传输设备及通道，直到断路器跳闸线圈。因此，继电保护”四性“要求是针对包括上述两方面内容的整个继电保护来说，必须在保证电力系统安全的基础上统筹处理。,互感器产品标准：GB 1208（电流互感器），GB 16847（暂态特性电流互感器），GB1207（电压互感器）。等同或等值与IEC 6004418系列互感器选择及计算导则：DL/T 8662004保护用P级（含PR、PX）电流互感器，复合误差规定不超过5或10，通常用于220kV及以下系统暂态保护用TP级（含TPS、TPX、TPY、TPZ）规定极限最大瞬时误差10%，用于330kV及以上系统和300MW及以上机组电子式互感器：半常规互感器和光互感器,电流互感器及电压互感器的特征及应用要求,以复合误差为指标 5P、5PR：要求稳态复合误差小于5 10P、10PR：要求稳态复合误差小于10 TPX、TPY、TPZ：要求暂态复合误差小于10以励磁特性为指标 PX、TPS：要求励磁电压拐点不低于规定值,保护用电流互感器性能指标,TPS（PX）：励磁阻抗高，励磁特性和变比误差小，适用高阻抗差动保护。TPY：保证暂态误差及剩磁在规定限值内，应用较广。TPZ：仅保证交流误差，保护必须有良好滤波措施。不能全面反映一次电流，用于发电机变压器保护，可能有困难。TPY、TPZ断电后衰减慢，不能用于失灵保护的断电判别回路。,TP类电流互感器应用特点,保护用电流互感器的要求,a.330kV及以上系统保护、高压侧为330kV及以上的变压器和300MW及以上的发电机变压器组差动保护用电流互感器宜采用TPY电流互感器。互感器在短路暂态过程中误差应不超过规定值。,保护用电流互感器的要求,b.220kV系统保护、高压侧为220kV的变压器和100MW级200MW级的发电机变压器组差动保护用电流互感器可采用P类、PR类或PX类电流互感器。互感器可按稳态短路条件进行计算选择，为减轻可能发生的暂态饱和影响宜具有适当暂态系数。220kV系统的暂态系数不宜低于2，100MW级200MW级机组外部故障的暂态系数不宜低于10。,保护用电流互感器的要求,c.110kV及以下系统保护用电流互感器可采用P类电流互感器。d.母线保护用电流互感器可按保护装置的要求或按稳态短路条件选用。保护用电流互感器的配置及二次绕组的分配应尽量避免主保护出现死区。按近后备原则配置的两套主保护应分别接入互感器的不同二次绕组。,保护用电流互感器的要求,保护用电压互感器的要求,保护用电压互感器应能在电力系统故障时将一次电压准确传变至二次侧，传变误差及暂态响应应符合DL/T 866-2004标准的有关规定。电磁式电压互感器应避免出现铁磁谐振。,保护用电压互感器的要求,电压互感器的二次输出额定容量及实际负荷应在保证互感器准确等级的范围内。双断路器接线按近后备原则配备的两套主保护，应分别接入电压互感器的不同二次绕组；对双母线接线按近后备原则配置的两套主保护，可以合用电压互感器的同一二次绕组。,保护用电压互感器的要求,电压互感器的一次侧隔离开关断开后，其二次回路应有防止电压反馈的措施。对电压及功率调节装置的交流电压回路，应采取措施，防止电压互感器一次或二次侧断线时，发生误强励或误调节。在电压互感器二次回路中，除开口三角线圈和另有规定者(例如自动调整励磁装置)外，应装设自动开关或熔断器。接有距离保护时，宜装设自动开关。,互感器的安全接地,电流互感器的二次回路必须有且只能有一点接地，一般在端子箱经端子排接地。但对于有几组电流互感器连接在一起的保护装置，如母差保护、各种双断路器主接线的保护等，则应在保护屏上经端子排接地。,互感器的安全接地,电压互感器的二次回路只允许有一点接地，接地点宜设在控制室内。独立的、与其它互感器无电联系的电压互感器也可在开关场实现一点接地。为保证接地可靠，各电压互感器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器等。已在控制室一点接地的电压互感器二次线圈,必要时，可在开关场将二次线圈中性点经放电间隙或氧化锌阀片接地，应经常维护检查防止出现两点接地的情况。,互感器的安全接地,来自电压互感器二次的四根开关场引出线中的零线和电压互感器三次的两根开关场引出线中的N线必须分开，不得共用。,电子式互感器,数字式保护可采用低电平输出的电子式互感器，如采用磁光效应、空心线圈或带铁心线圈等低电平输出的电子式电流互感器，采用电光效应或分压原理等低电平输出的电子式电压互感器。电子式互感器的额定参数、准确等级和有关性能应符合IEC 60044-7、8标准的要求。,适应系统发展和运行灵活性电网中任一元件断开，应能保持系统稳定且系统参数不超过允许偏差具有较强抗扰动能力，满足DL 7552001电力系统安全稳定导则规定的各项安全稳定标准实现电网合理的分层和分区合理控制系统短路电流,合理的电网结构应满足的基本要求,电磁暂态过程 常见短路故障类型及特征 电力系统的中性点接地方式（含大电流接地、小电流接地）三相短路和 不对称短路（含单相接地、两相短路、两相接地、一相断线等）机电暂态过程 电力系统同步振荡与失步（稳定破坏）电力系统振荡时电气量的变化 振荡与短路的主要区别 振荡时电气量的变化,电力系统电磁和机电暂态过程变化规律,线路、母线和断路器继电保护的原理、配置及整定计算,继电保护,电流（含相电流及零序电流）保护距离保护（含相间距离及接地距离）纵联保护（分相）电流差动 电流相位比较式 方向比较式（含电流方向，距离方向）行波保护 其它线路保护,输电线路常用继电保护,电流保护,作用量通过保护安装处短路电流以动作电流值及动作时间保证相邻保护选择性按动作电流分类：相间电流保护反应相间短路故障 零序电流保护反应接地故障，优点：灵敏，简单按动作时间分类：电流速断（无时限）定时限过流保护 反时限过流保护：一般有几种典型时间/电流曲线,距离保护（阻抗保护）,动作量反应至故障点的距离（或阻抗）保护装置一般采用三段式，第一段不带时限保护线路8090，第二段保护带时限保护全线并作相邻线路后备，第三段带方向或不带方向，作本线路或相邻线路后备整套装置包括故障起动、故障距离测量、相应时限及逻辑回路、振荡闭锁及电压断线闭锁等环节距离测量元件的构成方式确定保护装置的不同特性，如全阻抗、方向阻抗、四边形特性等保护优点：性能好，整定简单。缺点：结构复杂,（分相）线路电流差动保护,动作原理比较通过线路两端的电流要求将本侧线路电流模拟量快速传送至线路对端（延时小于5ms）数字传输通道速率要求不小于64kbit/s保护具有“绝对选择性”，性能优越由于光纤数字通信在电力系统中的普遍应用，超高压线路及短线路的保护已广泛采用电流差动,电流相位比较式保护（高频相差）,纵联方向比较式保护,方向比较元件 电流方向比较 距离方向比较执行方法 闭锁式：I(Z)反方向发闭锁信号，正方向不发信号 允许式：I(Z)正方向发允许信号，反方向不发信号 解除闭锁式：正常两侧发闭锁信号，I(Z)正方向发信号解除闭锁，,电流方向比较式保护（高频闭锁方向保护）,微机继电保护装置构成原则,微机继电保护装置宜将被保护设备或线路的主保护(包括纵、横联保护等)及后备保护综合在一整套装置内，共用直流电源输入回路及电压互感器、电流互感器的二次回路。一般情况下，该装置应能反应被保护设备或线路的各种故障及异常状态，并动作于跳闸或给出信号。,微机继电保护装置构成原则,按GB14285的要求，对需要配置两套主保护的设备或线路，每套宜采用主保护与后备保护综合在一起的微机继电保护装置。两套保护装置的直流电源、电流互感器和电压互感器的二次回路应互相独立。,微机继电保护装置构成原则,按GB14285的要求，对仅需配置一套主保护的线路，宜采用主保护与后备保护综合在一起的微机继电保护装置。如有必要，可再加设其他后备保护，也可考虑配置两套主保护与后备保护综合在一起的微机继电保护装置。,微机继电保护装置构成原则,按GB14285的要求，对仅需配置一套主保护的设备，应采用主保护与后备保护互相独立的微机继电保护装置。220kV及以上电压等级的变压器和200MW及以上容量的发电机宜配置两套将主保护与后备保护综合在一起的微机继电保护装置。,微机继电保护装置构成原则,对适用于220kV及以上电压的线路微机继电保护装置，应满足如下要求：a)除具有全线速断的纵联保护功能外，还应至少具有三段式相间、接地距离保护，反时限和定时限零序方向电流保护的后备保护功能；b)系统正常情况下，在保护通道发生故障或出现异常情况时，纵联保护不应误动作并发出告警信号；c)能适用于弱电源情况；d)装置在交流电压失压情况下，应具有在失压情况下投入的后备保护功能，并允许不保证选择性。,微机继电保护装置构成原则,对适用于110kV及以上电压的线路微机继电保护装置，应具有测量故障点距离的功能。微机线路保护故障测距的精度要求：对金属性短路不大于线路全长的3%。,微机继电保护装置构成原则,应用于厂、站自动化系统中的微机继电保护装置功能应相对独立，但应具有数字接口能与厂、站自动化系统通信，具体要求如下：a)微机继电保护装置及其出口回路应不依赖于厂、站自动化系统能独立运行；b)微机继电保护装置逻辑判断回路所需的各种输入开关量应不经厂、站自动化系统及其通信网转接，而直接接入保护装置；c)在满足保护功能前提下，微机继电保护装置可承担自动化系统的部分功能；d)对使用于3kV35kV电网的微机继电保护装置宜与厂、站自动化功能一体化。,微机继电保护装置构成原则,微机继电保护装置应尽可能根据输入的电流、电压量，自行判别系统运行状态的变化，减少外接相关的输入信号来执行其应完成的功能。有独立选相跳闸功能的微机继电保护装置，应能直接执行至相关断路器的分相跳闸出口任务。使用于单相重合闸线路的微机继电保护装置，应具有在单相跳闸后至重合闸前两相运行过程中，健全相再故障时快速动作三相跳闸的保护功能。,微机继电保护装置构成原则,使用于220kV500kV电网的微机距离保护，其振荡闭锁应满足如下要求：a)系统发生全相或非全相振荡，保护装置不应误动作跳闸；b)系统在全相或非全相振荡过程中，被保护线路如发生各种类型的不对称故障，距离保护装置应有选择性地动作跳闸，纵联保护装置仍应快速动作；c)系统在全相振荡过程中发生三相故障，保护装置应能可靠动作跳闸，并允许带短延时。,微机继电保护装置构成原则,使用于220kV及以上电压的电力设备非电量保护(如瓦斯保护等)应相对独立，并具有独立的跳闸出口回路，也不应起动断路器失灵保护。发电机-变压器组断路器失灵保护起动回路，应增设零序电流或负序电流判别。,微机继电保护装置构成原则,对需要加设电压闭锁的微机母线保护装置，可在装置中起动出口继电器的逻辑中设置电压闭锁回路，而不在装置跳闸出口触点回路上串接电压闭锁触点。微机继电保护装置中的零序电流方向元件应采用自产零序电压，不能接用电压互感器的开口三角电压。,微机继电保护装置构成原则,微机继电保护装置应具有独立的DC/DC变换器供内部电子回路使用的电源。装置直流电源消失时，不应误动作，并应有输出触点以起动告警信号，直流电源恢复(包括缓慢恢复)时，变换器应能自起动。拉合直流电源、插拔熔丝发生重复击穿火花以及直流电源电压缓慢上升或下降时装置不应误动作。,微机继电保护装置构成原则,微机继电保护装置跳闸出口动作信号及起动中央信号的触点在直流电源消失后，应能自保持，只有当运行人员复归后，信号才能复归，人工复归应能在装置外部进行。微机继电保护装置的输入/输出回路应具有隔离措施，不应与其他装置或设备有电的直接联系。,微机继电保护装置构成原则,微机继电保护装置的各项抗干扰试验必须满足现行的国家、行业有关电磁兼容标准。微机继电保护装置不应要求在其交、直流输入回路外接抗干扰元件来满足有关电磁兼容标准。微机继电保护装置的功能控制压板应尽可能简化，并创造条件采用软压板。,微机继电保护装置构成原则,微机继电保护装置软件编制宜按功能划分，做到标准化、模块化，并便于功能的扩充。对现场的信息参数宜编制独立的参数模块。微机继电保护装置在正常情况下不应出现程序走死的情况。考虑到在非预期情况下程序可能走死，装置应设有自恢复电路。,微机继电保护装置的其他性能要求,自动检测定值故障记录信息和信号输出时钟和时钟同步人机界面另外，对微机继电保护装置与监控系统的通信物理层、链路层、应用层、信息类型；对纵联保护装置的通道提出要求,继电保护用通道,电力线载波 以前称高频通道，得到广泛应用 频带窄，一般只能传送简单开关信号微波 频带较宽，一般使用64kbit/s，能传输模拟信号和开关信号 误码率较高，运行质量不很好光纤：OPGW，ADSS 频带很宽，一般使用64kbit/s或2Mbit/s 误码率很低，运行质量很好,电网继电保护配置,继电保护配置方案设计要求3110kV电力网线路保护配置原则220500kV电力网线路保护配置原则母线保护构成原理及应用断路器失灵保护,电力系统对配置继电保护的基本要求,当确定其配置和构成方案时，应综合考虑以下几个方面,并结合具体情况，处理好“四性”的关系：电力设备和电力网的结构特点和运行特点;故障出现的概率和可能造成的后果;电力系统的近期发展情况;经济上的合理性;国内和国外的经验。,电力系统对继电保护配置的要求 符合GB 14285继电保护和安全自动装置技术规程要求影响电力网继电保护配置的主要因素 电压等级、中性点接地方式、电力网结构型式、故障类型及概率、对切除故障时间要求、运行经验保护双重化及后备保护 主保护预订优先切除故障的保护 后备保护主保护动作失败或断路器拒动时起作用的保护 分为远后备及近后备 辅助保护补充主保护和后备保护性能的简单保护,继电保护配置方案设计要求,363kV中性点非直接接地线路保护配置 一般采用分段式两相电流保护，必要时带方向元件 采用远后备，由电源侧相邻线路保护作为本线路保护后备 重要短线路可采用光纤纵联保护 接地保护动作于信号，必要时可采用有选择性保护110kV中性点直接接地电力网线路保护配置 相间故障保护一般采用多段式三相电流保护，必要时带方向。较复杂电网可采用距离保护 接地保护一般采用多段式零序电流保护，必要时带方向一般采用远后备,3110kV电力网线路保护配置原则,110kV双侧电源线路符合下列条件之一时，应装设一套全线速动保护 a.根据系统稳定要求有必要时；b.线路发生三相短路，如使发电厂厂用母线电压低于允许值（一般为60额定电压）且其他保护不能无时限和有选择地切除短路时；c.如电力网的某些主要线路采用全线速动保护后，不仅改善本线路保护性能，而且能够改善整个电网保护的性能。,110kV中性点直接接地电力网 线路保护配置原则,系统稳定要求严格，须全线快速切除故障保护一般采用近后备方式或双重化系统振荡不应引起保护误动，振荡中发生故障，应能有选择性的可靠切除由于短路电流非周期分量可能使CT严重暂态饱和，需要采用适应暂态特性的CT，例如TPY型长线电容电流产生的暂态过程可能影响保护性能线路潜供电流可能影响单相重合闸时间,220500kV电力网线路保护要求,原则上加强主保护，简化后备保护主保护设置两套完整、独立的全线速动保护 1.两套全线速动保护的交流电流、电压回路和直流电源相互独立 2.每一套速动保护对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除。3.每套速动保护应具有独立选相功能，能按用户要求实现单相跳闸或三相跳闸。4.断路器有两组跳闸线圈，两套主保护应分别启动一组跳闸线圈。5.两套主保护分别使用独立的远方信号传输设备。,220kV电力网线路保护配置（1）,宜采用近后备保护方式(但某些线路，如能实现远后备，则宜采用远后备，或同时采用远、近结合的后备保护方式)对于接地故障，装设阶段式接地距离（零序电流）保护，并必须有切除电阻（不大于100）接地故障的一段定时限或反时限零序电流保护对于相间故障，装设阶段式相间距离保护为快速切除中长线路出口短路故障，宜有辅助保护功能,220kV电力网线路保护配置（2）,主保护配置设置两套完整、独立的全线速动主保护两套主保护的交流电流、电压回路和直流电源相互独立每一套主保护对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除故障每套主保护应具有独立选相功能，实现单相跳闸或三相跳闸断路器有两组跳闸线圈，两套主保护分别启动一组跳闸线圈两套主保护分别使用独立的远方信号传输设备主保护的整组动作时间对近端故障20ms；对远端故障30ms(不包括远方信号传输时间),330500kV电力网线路保护配置（1）,后备保护配置采用近后备保护方式接地后备保护应保证在接地电阻不大于下列数值时，能可靠的有选择性切除故障：对330kV线路为150，500kV线路为300。为快速切除线路出口故障，在保护配置中宜有专门反应近端故障的快速辅助保护。当330500kV线路配置的主保护都具有完善的后备保护功能时，可不再另设后备保护，否则，对每一套主保护都应配置具有完备的后备保护,330500kV电力网线路保护配置（2）,装设母线保护原则 母线故障破坏系统稳定 使电厂厂用母线电压降低至60以下 引起大范围电压低下及负荷切除 实际上，220kV及以上母线一般均要求装设，较低电压母线按上述原则对专用母线保护基本要求 保护区内各种故障应能可靠动作，正常运行及区外故障应可靠不动 为防止保护误动，应设简单可靠闭锁（一个半断路器接线除外）互感器饱和不影响保护正确动作，能适应母线互感器变比不同情况 母线的继电保护方式和应用 按动作原理：中阻抗母差、高阻抗母差、电流差动、电流比相等 按构成元件：机电式，微机式,母线保护构成原理及应用,装设断路器失灵保护原则线路或电力设备采用近后备方式；如断路器与电流互感器之间发生故障不能由该回路主保护切除形成保护死区，而其他线路或变压器后备保护切除又扩大停电范围，并引起严重后果时；对220kV500kV分相操作的断路器，可仅考虑断路器单相拒动的情况。,断路器失灵保护的起动必须同时具备下列条件线路或电力设备能瞬时复归出口继电器动作后不返回 断路器未断开的判别元件动作后不返回,断路器失灵保护（1）,失灵保护动作时间应按下述原则整定 一个半断路器接线的失灵保护应瞬时再次动作于本断路器跳闸，再经一时限动作于断开其他相邻断路器；单、双母线的失灵保护，可以较短时限动作于断开与拒动断路器和相关的母联及分段断路器，再经一时限动作于断开与拒动断路器连接在同一母线上的所有有源支路断路器。,失灵保护装设闭锁元件的原则 一个半断路器接线的失灵保护不装设闭锁元件；有专用跳闸出口回路的单母线及双母线断路器失灵保护应装设闭锁元件；与母差保护共用跳闸出口回路的失灵保护不装设独立的闭锁元件，应共用母差保护的闭锁元件，闭锁元件的灵敏度应按失灵保护的要求整定。,断路器失灵保护（2）,继电保护整定的一般规定3110kV电力网线路保护的整定计算220500kV电网线路保护整定计算,电网继电保护整定计算,继电保护整定的一般规定,整定标准：DL/T 5843110kV电网继电保护装置运行整定规程及DL/T 559220500kV电网继电保护装置运行整定规程一般规定：1 为保证选择性，要求上下级保护之间在灵敏度和动作时间相互配合 2 时间级差，一般取0.5s，采用高精度时间元件时可取0.3s 3 短路电流计算取电动势为标么值1,不考虑衰减变化,发电机电抗取Ed”4 合理确定运行方式和检修方式 5 合理选定灵敏系数、可靠系数、分支系数和助增系数等,单相短路接地 I1=I2=I0 U1+U2+U0=0 两相短路 I1-I2 U1=U2 两相短路接地 I1-I2-I0 U1=U2=U0一相断开 I1I2I0=0 U1d=U2d=U0d,常见短路故障电流类型及特征,线路电流保护整定计算,阶段式相电流保护或零序电流保护1 第一段 IDZ 1=KKID max2 第二段 IDZ 2=KK KF IDZ 1 IDZ 2=ID2/KLM3 第三段 IDZ 3=KKIL max/Kf（相间）IDZ 3300A（接地）KK 可靠系数（相间）KF 分支系数 KLM 灵敏系数1.31.5 Kf返回系数,距离保护整定1 起动元件：保证保护区内故障 能可靠起动2 第一段：ZDZ 1KKZL3 第二段：ZDZ 2KLMZL ZDZ 2 KK ZLK K KZ Z DZ 1 KK可靠系数0.80.85 KLM 灵敏系数1.31.5 K K 可靠系数0.8 KZ 助增系数,线路距离保护整定计算,整定保护类型 阶段式电流保护：电流速断，延时电流速断，过电流 110kV线路阶段式零序电流保护 相间距离保护校验保护区末端灵敏度作为远后备，校验后备保护对相邻保护区的灵敏度,3110kV线路保护整定计算,保护按近后备配置，校验保护区末端灵敏度线路零序电流保护最灵敏、简单、可靠的保护，但整定复杂（选择性不好）接地距离至少还应有一套灵敏零序电流保护，以高阻接地故障灵敏度相间距离保护应有可靠振荡闭锁，保证不误动纵联保护根据装置的具体要求整定,220500kV电网线路保护整定计算,安全自动装置,安全自动装置的原理和配置,77,电力系统安全稳定基本概念,电力系统的任务 电力系统的任务就是不间断地向用户供应质量(电压和频率等)合格的电能。保持电力系统持续安全稳定运行就是必要条件。电力系统的可靠性 保证不间断地向用户供应足够的质量符合规定的电能的能力。由于电力系统结构和特性非常复杂，可能发生的扰动形态和扰动范围多种多样，扰动引起的后果也多种多样。因此电力系统可靠性很难用一个简单的统一的指标来衡量，实际上是根据系统各部分的性能特点和实用要求，提出不同的可靠性实用指标。,78,电力系统安全稳定基本概念,电力系统的安全性安全性就是电力系统在运行中承受故障扰动的能力，包括安全（如各种设备必须在其允许的电流、电压和频率的条件下运行）、稳定（如电力系统承受故障扰动，能连续不断的供电）两个概念。电力系统的稳定性电力系统受到事故干扰后保持稳定运行的能力。通常根据动态过程的特性和参与动作的元件及控制系统，将稳定性的研究划分为静态稳定、暂态稳定、动态稳定、电压稳定和频率稳定。,79,电力系统的安全稳定性,静态安全稳定性暂态安全稳定性动态安全稳定性,电力系统安全稳定基本概念,电力系统安全稳定基本概念,82,电力系统稳定性分类,83,电力系统稳定性分类,84,电力系统稳定性分类,静态稳定 电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力。暂态稳定 电力系统受到大干扰后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行方式的能力。通常指保持第一或第二个振荡周期不失步的功角稳定。动态稳定 电力系统受到小或大干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程（数十秒到几分钟）的 运行稳定性能力。,85,电力系统稳定性分类,电压稳定 电力系统受到小或大干扰后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。频率稳定 电力系统发生有功功率扰动后，系统频率能够保持或恢复到允许的范围内，不发生频率崩溃的能力。,86,电力系统的扰动（1）,电力系统中的扰动有许多种，如雷电和操作过电压、短路及清除、暂态和振荡稳定、电压稳定、频率波动及稳定等。相应的控制措施也有许多。由于雷电和操作过电压属于过电压的范围，不在此考虑。最常见的扰动是短路，继电保护可快速切除短路故障，是电力系统中最有效和基本的安全措施。但有些严重故障，包括多重性故障，即使继电保护正确动作，仍难以避免事故的扩大，如果考虑保护的误动或拒动，则将加剧事故的扩大。因此紧急控制装置是必须也不是继电保护装置可以替代的。,87,电力系统的扰动（2）,小扰动由于负荷的正常波动、功率和潮流控制、变压器分接头调整和联络线功率自然波动等引起的扰动。大扰动系统元件短路、切换操作和其他较大的功率或阻抗变化引起的扰动。大扰动可按扰动严重程度和发生概率分为三类：第类，单一故障（出现概率较高的故障）第类，单一严重故障（出现概率较低的故障）第类，多重严重故障（出现概率很低的故障）,88,电力系统的扰动（3）,第类，单一故障（出现概率较高的故障）任何线路单相瞬时接地故障并重合成功；同级电压的双回或多回线和环网，任一回线单相永久接地故障重合不成功或三相短路故障不重合；任一台发电机组跳闸或失磁；任一台变压器故障退出运行；任一回交流联络线故障或无故障跳开；直流输电线路单级故障；,89,电力系统的扰动（4）,第类，单一严重故障（出现概率较低的故障）单回线永久故障重合不成功及无故障三相断开不重合任何类型母线故障同杆并架双回线的异名两相同时发生单相接地故障不重合，双回线三相同时断开；向特别重要的受端系统输电的双回及以上的任意两回线同时无故障或故障跳开；直流输电线路双级闭锁；,90,电力系统的扰动（5）,第类，多重严重故障（出现概率很低的故障）故障时断路器拒动；故障时继电保护及安全自动装置误动或拒动；多重故障；失去大电源；其他偶然因素。,91,电力系统扰动的发展和扩大,92,电力系统安全稳定导则（1）,该导则将电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级第一级安全稳定标准 正常运行方式下的电力系统受到前述的第类大扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，不采取稳定控制措施，必须保持电力系统稳定运行和电网的正常供电，其他元件不超过规定的事故过负荷能力，不发生连锁跳闸。,93,电力系统安全稳定导则（2）,第二级安全稳定标准 正常运行方式下的电力系统受到前述的第类大扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，应能保持稳定运行，必要时允许采取切机和切负荷等稳定控制措施。第三级安全稳定标准 正常运行方式下的电力系统受到前述的第类大扰动导致稳定破坏时，必须采取措施，防止系统崩溃，避免造成长时间大面积停电和对最重要用户（包括厂用电）的灾难性停电，使负荷损失尽可能减小到最小，电力系统应尽快恢复正常运行。,94,电力系统安全稳定控制基本概念（1）,提高电力系统安全性的控制两类预防性控制系统稳定运行时安全裕度不够，为防止出现紧急状态采取的预防性控制。主要是正常运行时调整系统工作运行点，保持功角稳定运行并具有必要的安全稳定储备。主要方法是发电机功率调节，调节发电机励磁，PSS，直流输电的功率调制等预测性控制系统已出现紧急状态，为防止事故扩大而采取的紧急控制（控制装置）名称：俄罗斯称“反事故自动控制”,国际大电网会议和IEEE称“特种保护方式（Special Protection Schemes）”,我国称“安全自动装置”,95,安全稳定的控制方式,96,电力系统安全稳定控制基本概念（3）,处于正常状态的电力系统受到较严重的扰动时，可能转为紧急状态。电力系统在紧急状态下为了维持稳定运行和持续供电，必须采取必要的控制措施。这种控制称为紧急控制或预测控制，也称为紧急状态下的安全控制或动态安全控制。电力系统的预防控制、紧急控制和恢复控制总称为安全控制。安全控制是维持一个电力系统安全运行所不可缺少的。不过在电力系统发展初始阶段，这种控制比较容易实现，一般可使用就地设置的比较简单的装置。随着电力系统的发展扩大，对安全控制提出了越来越高的要求，成为电力系统控制和运行的一个极重要的课题。,97,电力系统安全稳定控制的基本原则（1）,电力系统安全稳定控制技术导则规定了我国电力系统安全稳定控制的三道防线：第一道防线保证系统正常运行和承受类大扰动的安全要求。措施包括一次系统设施、继电保护、安全稳定预防性控制等；,98,电力系统安全稳定控制的基本原则（2）,第二道防线保证系统承受类大扰动的安全要求，采用防止稳定破坏和参数严重越限的紧急控制。常用的紧急控制措施有切除发电机（简称切机）、集中切负荷（简称切负荷）、互联系统解列（联络线）、HVDC功率紧急调制、串联补偿等，其他措施（如快关汽门、电气制动等）目前应用很少。解决功角稳定控制的装置其动作速度要求很快（50ms内），解决设备热稳定的过负荷控制装置的动作速度要求较慢（数秒数十秒）第三道防线保证系统承受类大扰动的安全要求，采用防止事故扩大，系统崩溃的紧急控制。措施有系统解列、再同步、频率和电压紧急控制等。,99,电力系统状态转换及与三道防线关系,100,101,紧急控制装置和继电保护的关系,电力系统暂态稳定控制,发电端控制手段 切机 汽轮机快控汽门 发电机励磁紧急控制 动态电阻制动（电气制动）负荷端的控制手段 集中或分散切负荷网络中的控制手段 串补电容紧急投入 并联补偿的紧急控制 高压直流输电紧急控制 电力系统解列,系统自动解列装置,解列点选择 解列后，两侧系统应能各自保持同步运行 解列后，两侧系统的有功及无功功率可基本保持平衡失步解列可由下列状态量实现 两侧电压相角差及其变化 监视点电流、电压及相角变化 监视点测量阻抗及其变化 监视点测量功率及其变化 振荡中心电压变化等解列后应采取措施平衡各自功率，恢复稳定运行,频率异常紧急控制,低频分散切负荷 按频率降低分级切负荷，起始频率约49Hz，分为若干级，级差0.2Hz防止频率过度下降 低频带延时分段切负荷，每段延时约1015s，动作频率 49Hz防止频率长期滞留于过低水平 故障导致严重功率缺额时，低频减负荷下的系统频率动态特性应与发电机低频保护协调，避免连锁反应 低频集中切负荷 为防止低频分散切负荷容量不够或速度不够而设 一般由保护或断路器跳闸连锁起动低频解列减轻弱互联系统的影响，避免事故扩大高频切机系统严重甩负荷频率升高时切机，特别是以水电为主的系统,电压异常紧急控制,防止系统电压恶化紧急控制无功功率补偿设备 快速起动无功功率储备（发电机、调相机和SVC等）自动投切并联无功补偿设备（并联电容器、并联电抗器）紧急控制LTC（闭锁，返回预定位置）设置低压切负荷装置 根据系统情况，按电压及动作时间分为若干段防止系统过电压 在330kV及以上线路装设过电压保护 对于具有大量电缆线路的配电变电站，突然甩负荷可能电压升高至不允许值，也应设过电压保护 过电压保护一般设两段，第一段投电抗器，第二段跳闸,自动重合闸（ARC）,自动重合闸的作用与分类 按应用领域：线路ARC、母线ARC、变压器ARC 按构成方式：三相ARC、单相ARC、综合ARC 自动重合闸装置的基本要求 一般按控制开关与断路器位置不对应起动，综合ARC应可由保护起动 用控制开关或遥控跳开断路器，ARC不应起动 任何情况下（包括本身元件损坏），ARC动作次数应符合规定 ARC动作后，应能经设定时间后自动复归,自动重合闸装置的动作时限要求 单侧电源ARC动作时间应大于故障点灭弧时间及断路器复归时间 双侧电源ARC动作时间除考虑上述要求外，还应考虑两侧保护不同时切除故障及潜供电流对灭弧影响（单相ARC）电力系统稳定要求自动重合闸的配置方式与应用 110kV及以下线路一般采用三相ARC，双侧电源线路须设同步检测装置 220kV线路可采用单相ARC，有条件时也可用三相ARC（各单位运行经验不同）330500kV线路一般采用单相ARC 同杆双回线也可采用按相ARC 母线及变压器ARC实际使用不多,自动重合闸（ARC）,备用电源（设备）自动投入,自动投入的配置应用于以下情况：发电厂厂用电和变电所所用电 由双电源供电，一个电源断开备用的变电所 降压变内有备用变压器或有备用母线段 有备用机组的某些重要辅机对自动投入的要求 应保证在工作电源