电力系统继电保护第一章绪论ppt课件.ppt

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1、1,电力系统继电保护,主讲：石玉秋教材：电力系统继电保护 张保会主编 中国电力出版社,2,第一章 绪论,3,主要内容,1 电力系统的运行状态2 继电保护的基本原理、组成及分类3 对电力系统继电保护的基本要求4 继电保护发展简史,4,主要内容,1 电力系统的运行状态2 继电保护的基本原理、组成及分类3 对电力系统继电保护的基本要求4 继电保护发展简史,5,电力系统,厂网分开以后厂：五大发电集团；网：国家电网公司、南方电网公司,中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司,6,电力系统概况,特点：（1）发、送、供、使用在同一时间完成（2）电能不能大量

2、存贮,设备分类：一次设备：电能通过的设备二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备,发电机、变压器、断路器、母线、输电线路、补偿电容器、电动机及其他用电设备等,7,电力系统的运行状态,电力系统的运行条件一般可用3组方程式描述一组微分方程式用来描述系统元件及其控制的动态规律两组代数方程式则分别构成电力系统正常运行的等式和不等式约束条件。,8,等式和不等式约束条件,等式约束条件：,不等式约束条件,电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz。当系统容量较小时，偏差值可以放宽到0.5 Hz,9,1.正常运行,能够提供合格的电能，满足负荷的供电需求，保证系统中的相关设备均在规定的长期安全

3、工作限额内运行，并保持一定的备用容量。,所有的等式和不等式约束条件均满足,电力系统运行状态,10,2.不正常运行,过负荷、过电压频率降低、系统振荡等,所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常运行状态。,电力系统运行状态,11,常见的不正常工作状态及其危害,过负荷：由于负荷超过电气设备的额定值所造成的电流增大危害：造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障。,12,常见的不正常工作状态及其危害,过电压：中性点不接地系统和非有效接地系统中单相接地引起的非接地相对地电压的升高；危害：造成绝缘击穿导致短路变压器和电动机铁芯饱和，损耗和温升都增加

4、无功潮流改变，增加有功损耗,13,常见的不正常工作状态及其危害,频率降低：由于系统中出现有功功率缺额而引起的；危害：1）影响产品质量；2）降到47Hz48Hz以下会引起频率崩溃；3）使电压下降可能引发电压崩溃。,14,常见的不正常工作状态及其危害,系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。危害：系统振荡时，电流和电压周期性摆动，严重影响系统的正常运行。,15,直接连接（不考虑过渡电阻）的短路称为金属性短路。,电力系统的正常工作遭到破坏，但未形成故障，称为异常运行状态。,与其他电气元件相比，输电线路是电力系统中最容易发生故障的一环。,短路故障的最大特点是：短路点的短路电流很大，电压降低。,16,3

5、.故障,断线,短路,三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路、发电机和电动机以及变压器绕组间的匝间短路等,单相断线 两相断线,电力系统运行状态,电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作等原因会发生故障,17,大电流电网中的单相接地短路,两相短路,18,两相接地短路,19,三相短路,三相接地短路,20,短路产生的后果,通过短路点的很大短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短使用寿命电力系统中部分地区的电压大大降低，使得大量的电力用户的正常工作遭到破坏或产生废品破坏电力系统中各个发电厂之间并列运行的

6、稳定性，引起系统振荡，甚至使系统瓦解,21,2002年220kV电网输电线路故障统计表,22,4.事故,对用户少送电或电能质量变坏到不能允许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备损坏,故障和不正常运行状态都可能引起事故如：2003.8.14美加大停电事故，损失负荷61.8GW，停电8州1省5000万人，停电面积24000平方公里，最长停电29小时，损失300亿美元。,电力系统运行状态,23,24,25,26,27,刀开关 带熔断器fuse 式刀开关用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。,28,空气开关（英文名：Air switch），又名空气断路器，是断路器的一种。是一种只要电路中电流

7、超过额定电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。,29,30,31,继电保护泛指继电保护技术或各种继电保护装置组成的继电保护系统。,32,继电保护装置是指安装在被保护元件上，反应被保护元件故障或不正常运行状态并动作与断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。,33,继电保护装置,继电保护,电力系统继电保护,34,继电保护是一种能反应电力系统中电气元件发生短路故障或异常状态，动作于跳闸或发出信号的一种自动装置。,

8、三、继电保护的任务,任务,2）当电力系统出现异常运行状态时，并根据运行维护条件，动作于发出信号、减负荷或跳闸。(不正常运行),35,继电保护的概念,一旦故障发生，要求在十分之几甚至百分之几秒内切除故障设备。（运行人员 继电保护装置）电力系统继电保护：继电保护技术和各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护技术：包括电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术继电保护装置：继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。,36,主要内容,1 电力系统的运行状态2 继电保护的基本原理、组成及分类3

9、对电力系统继电保护的基本要求4 继电保护发展简史,37,继电保护的基本原理,原则：只要找出正常运行与故障时系统中可测参量（主要测电气量）的差异，就可以构成不同原理的继电保护。如电气量：相电流、序电流、功率及其方向；相电压幅值、序电压幅值；电压与电流的比值（测量阻抗）,38,39,40,利用正常运行与区内外短路故障电气参数变化的特征构成保护的判据，根据不同的判据就构成不同原理的继电保护。例如:电流增加（过电流保护）:故障点与电源直接连接的电气设备上的电流会增大；电压降低（低电压保护）:各变电站母线上的电压也将在不同程度上有很大的降低，短路点的电压降低到零；,一、继电保护的基本原理,41,电流电压

10、间的相位角会发生变化（方向保护）:正常20左右，短路：6085；电压与电流的比值会发生变化；(距离保护或阻抗保护):系统正常运行是负荷阻抗，其值较大，系统短路时Z是保护安装处到 短路点之间的阻抗，其值较小；电流差动保护:正常运行时 I入=I出，短路时I入I出；分量保护:出现 I2、I0分量。另外非电气量保护：瓦斯保护，过热保护。,42,43,继电保护的基本原理,1、继电保护基本原理,继电保护基本原理是利用被保护线路或设备故障前后某些变化的物理量为信息量，当信息量达到一定值时，起动逻辑环节，发出相应的命令。,44,（1）利用基本电气参数量的区别,发生短路故障后，利用电流、电压、线路测量阻抗、电压

11、电流间相位、负序和零序分量的出现等的变化，构成相应的保护。,1）过电流保护,45,如图在BC线路上发生三相短路故障，则从电源到短路点之间将流过短路电流。,保护1和保护2都能反应(测量)到这个电流，保护2首先动作于断路器QF2跳闸。,46,2）低电压保护,低电压保护是反应电压降低而动作的保护。,此时A、B母线上的电压将降低，保护1、2都能反应到电压降低，从选择性要求，保护2应首先动作。,47,3）距离保护,距离保护也称低阻抗保护，是反应保护安装处到短路点之间的阻抗下降而动作的保护。,B母线上电压为：,48,保护2测量阻抗为：,其大小等于保护安装处到短路点间的阻抗，正比于短路点到保护2之间的距离。

12、,49,（2）利用比较两侧的电流相位,正常运行时，线路AB两侧的电流大小相等，相位差为,50,外部发生短路故障时:,显然外部短路时，结论与正常运行相同。,保护区内部短路时：,51,从分析可知，若两侧电流相位相同，则判为内部故障；若两侧电流相位相反，则判为外部故障。,利用被保护线路两侧电流相位，可构成纵差保护、相差高频保护、方向保护等。,（3）反应序分量或突变量是否出现,特点,接地短路时，将出现零序分量；,发生短路时，正序分量将出现突变。,52,继电保护的分类,（1）按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等；（2）按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保

13、护、差动保护、方向保护、零序保护等；（3）按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；（4）按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；,53,5）按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等；主保护满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。后备保护 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护两种。辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保

14、护。,54,继电保护装置的构成,55,（1）测量部分：测量被保护对象的有关物理量，与给定量进行比较，给出“是”或“非”信号。,（2）逻辑部分：根据测量输出的大小、性质、输出逻辑状态，使保护按一定逻辑关系工作，然后确定跳闸或发信号。,56,(3)执行部分:根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所承担的任务。,57,测量部分测量被保护组件运行参数，并与整定值相比较，以判断被保护组件是份发生故障。如果运行参数达到或超过（或低于）整定值，测量部分向逻辑部分发信号，并起动保护装置。逻辑部分接受测量部分的信号后，按照规定的逻辑条件，判断保护装置是否动作于跳闸或动作于发信号，执行部分根据逻辑部分送来的信号

15、而动作。,58,继电保护的工作回路,信号,电流互感器,电流继电器,中间继电器,信号继电器,59,60,61,62,63,64,65,66,67,继电保护与一次侧电力系统设备之间的联接简图。,继电保护就是通过二次侧弱电系统来控制（如跳开、闭合）一次侧强电系统设备。,继电保护的接线简图,68,继电保护的工作配合,保护范围划分的基本原则是任一个元件的故障都能可靠地被切除且造成的停电范围最小。保护区间的重叠是为了保证任意处的故障都置于保护区内，同时重叠区越小越好。,69,继电保护的工作配合,70,3 对继电保护的基本要求,一、选择性二、速动性三、灵敏性四、可靠性五、四“性”的关系,71,一、选择性 概

16、念：所谓选择性是指继电保护动作时，只能把故障元件从系统中切除，使系统的无故障部分继续运行。,保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小。即跳开离故障位置最近的断路器。,72,1.获得选择性的前提条件：凡是有断路器的地方必须装设继电保护装置。例如在如图示为单侧电源电网图中，1QF7QF处均装设了继电保护装置。2.获得选择性的途径：离故障点最近的保护动作。例如在图1-1所示的电网中，当d1点短路时，应该由保护1、2动作；d2点短路时，应由保护6动作；d3点短路时，应由保护5动作。3.必须指出，继电保护装置和断路器都可能因失灵而拒动。因而，在装设继电保护装置时，一般都不止装设一

17、种，应该装两种以上，即有主保护和后备保护。,73,当k1短路时，保护1、2动跳1QF、2QF，有选择性；当k2短路时，保护5、6动跳5QF、6QF，有选择性；当k3短路时，保护7、8动跳7QF、8QF，有选择性；若保护7拒动或7QF拒动，保护5动跳5QF（有选择性）；若保护7和7QF正确动作于跳闸，保护5动跳5QF，则越级跳闸（非选择性）。,74,主保护：反应整个被保护对象的故障并以最短的时延有选择地切除故障的保护。,后备保护：当主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。,75,近后备：主保护或断路器拒动时，由本保护对象的另一套保护实现后备。,远后备：主保护或断路器拒动时，由相邻元件或线路的保

18、护实现后备的。,辅助保护：为补充主保护或后备保护的不足而增设的比较简单的保护。,76,77,主保护:反映元件严重故障，快速动作于跳闸的保护后备保护：主保护不动作时备用的保护，由相邻设备的保护来完成。,78,为了保证可靠性，选择性包含2种意思：（1）正常情况下只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；（2）当电气设备的主保护不能切除故障时，力争相邻设备的保护装置对它起到后备保护的作用。,远后备保护：位于其它变电站、发电厂中的后备保护；近后备保护：位于本变电站、发电厂中的的后备保护；,79,二、速动性 概念：是指要求继电保护快速切除故障。也称为快速性。缩短故障切除时间的前提是在保证保护具有选择性

19、。,80,二、速动性,定义：继电保护装置要以尽可能短的时间将故障从电网中切除。,优点：（1）提高电网的稳定性；（2）加快非故障部分的恢复供电；（3）减轻故障设备的损坏程度。故障切除时间保护装置动作时间断路器动作时间,保护装置的动作时间为：微机保护最快：0.010.04秒，即0.52个周期就动作；电磁式保护：0.060.12秒，即36个周期就动作,断路器的动作时间为：最快：0.020.06秒，即13个周期断开电流；一般：0.060.15秒，即37个周期断开电流,81,三、灵敏性1.概念：继电保护装置对于保护范围内的故障应有足够的反应能力，不论故障点的位置和故障的性质如何，都能敏感地作出反应，即具

20、备足够的灵敏性。2.作用：评价一套保护的可行性，通常用灵敏系数（灵敏度）ksen来衡量。定义如下：,82,反应过量的保护：,83,反应欠量的保护：,由于多数短路故障是非金属性短路，计算或测量参数有误差等，要求灵敏度要大于1。,84,四、可靠性1.概念：继电保护的可靠性是指：保护在应该动作时，不拒动；而在不应动作时，不误动的性能。2.获得可靠性的途径：保护装置越简单越可靠。,85,影响可靠性的因素：,内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等；外在的：运行维护水平、调试是否正确、正确安装。,86,提高可靠性的措施：,选用适当的保护原理，在可能条

21、件下尽量简化接线，减少元器件和触点的数量；提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施；提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理；采取保护装置多重化。,87,五、四“性”的相互关系 以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。相互统一，相互矛盾。,88,复杂综合理论与实践并重责任,电力系统继电保护工作的特点,89,主要内容,1 电力系统的运行状态2 继电保护的基本原理、组成及分类3 对电力系统继电保护的基本要求4 继电保护发展简史,90,91,92,93,94,95,继电保护发展简史,

22、96,development of protective relays,Electromagnetism电磁型,Integrate circuit集成电路,Transistor晶体管,Micro-computer微机型,The first leap,The second leap,Information&network信息与网络,97,98,99,继电保护的分类,按被保护的对象分类 输电线路保护、发电机保护、变压器保护、母线保护等,100,继电保护的分类,按保护原理分类 电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等,101,继电保护的分类,按保护所反应故障类型分类 相间短路保护

23、、接地故障保护、匝间短路保护、失步保护、失磁保护等,102,继电保护的分类,按继电保护装置的实现技术分类 机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等,103,继电保护的分类,按继电保护测量值与整定值的关系分类过量保护（测量值整定值时动作）欠量保护（测量值整定值时动作）,104,继电保护的分类,按保护所起的作用分类主保护、后备保护、辅助保护等主保护：反映被保护元件本身的故障，并以尽可能短的时限切除故障的保护后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护,105,继电保护的分类,按保护所起的作用分类主保护、后备保护、辅助保护等近后备保护：在本元件处装设两套保护，当主保护拒动时，由本元件的另一套保护动作远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护,