繼電保護(hù)培訓(xùn)講稿(1)-繼電保護(hù)原理

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù),陳 平山東理工大學(xué)電氣學(xué)院2007.1,1,內(nèi) 容,第一部分：繼電保護(hù)原理第二部分：微機繼電保護(hù)第三部分：變電站綜合自動化,2,參考書目,1 賀家李，宋從矩. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理（第三版）. 北京：中國電力出版社，19942 張保會，尹項根. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù). 北京：中國電力出版社，20053 高友權(quán). 配電系統(tǒng)繼電保護(hù). 北京：中國電力出版社，2005 4 楊奇遜，黃少鋒. 微型機繼電保護(hù)基礎(chǔ)（第二版）. 北京：中國電力出版社，20055 張舉. 微型機繼電保護(hù)原理. 北京：中國水利水電出版社，20046 丁書文. 變電站綜合自動化技術(shù). 北京：中國電力出版社，20057 張惠剛. 變電站綜合自動化原理與系統(tǒng). 北京：中國電力出版社，2004,3,第一部分,繼電保護(hù)原理,4,內(nèi) 容,繼電保護(hù)基礎(chǔ)知識繼電保護(hù)基本原理利用故障分量的繼電保護(hù)原理小電流接地系統(tǒng)單相接地故障保護(hù)小結(jié),5,1. 繼電保護(hù)基礎(chǔ)知識,1.1 繼電保護(hù)的基本概念1.2 繼電保護(hù)研究的內(nèi)容1.3 繼電保護(hù)分類1.4 繼電保護(hù)的工作回路1.5 對繼電保護(hù)的基本要求1.6 繼電保護(hù)發(fā)展概況,6,1.1 繼電保護(hù)的基本概念,“繼電”源于繼電器（Relay）。最早誕生的繼電器是電磁型過電流繼電器。在正常情況下，其觸點是打開的。當(dāng)輸入電流大于預(yù)先設(shè)定的動作電流（稱為整定值）時，其觸點將閉合（啟動）。只有當(dāng)輸入電流減小到小于返回電流時，繼電器觸點才重新打開（返回）。返回電流小于啟動電流。 無論啟動和返回，繼電器的動作都是明確干脆的，不可能停留在某一個中間位置，這種特性稱為“繼電特性”。,7,1.1 繼電保護(hù)的基本概念,繼電特性曲線,8,1.1 繼電保護(hù)的基本概念,繼電保護(hù)（Relay Protection）泛指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生的故障（如短路、斷線）或不正常運行狀態(tài)（如過負(fù)荷），并動作于相應(yīng)斷路器跳閘或發(fā)出告警信號的一種自動化技術(shù)和裝置。 繼電保護(hù)裝置是保證電力元件安全運行的基本裝備，任何電力元件不得在無繼電保護(hù)的狀態(tài)下運行。,9,1.2 繼電保護(hù)研究的內(nèi)容,提出保護(hù)原理 在分析電網(wǎng)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)下各種電氣量或其他特征物理量（如變壓器油箱內(nèi)的瓦斯）的變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，找出它們與正常運行狀態(tài)的之間的差別，然后制定出合理的保護(hù)動作判據(jù)。研制保護(hù)裝置 根據(jù)已經(jīng)提出的保護(hù)原理，設(shè)計實際裝置來實現(xiàn)繼電保護(hù)功能。,10,1.3 繼電保護(hù)分類,按反應(yīng)的電網(wǎng)運行狀態(tài)分類 1）反應(yīng)故障（包括短路和斷線）狀態(tài)，保護(hù)動作于相應(yīng)斷路器跳閘； 2）反應(yīng)不正常運行狀態(tài)（如過負(fù)荷、小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障等），保護(hù)動作于告警信號。按保護(hù)對象分類 如：變壓器保護(hù)、線路保護(hù)、電容器保護(hù)等。,11,1.3 繼電保護(hù)分類,按保護(hù)所起的作用分類 可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。 主保護(hù)滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除所保護(hù)范圍內(nèi)的故障。,12,1.3 繼電保護(hù)分類,按保護(hù)所起的作用分類 可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。 后備保護(hù)指主保護(hù)或斷路器拒動時用來切除所保護(hù)范圍內(nèi)故障的保護(hù)原理或裝置，可分為遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)。遠(yuǎn)后備保護(hù)由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來實現(xiàn)。近后備保護(hù)由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來實現(xiàn)（當(dāng)主保護(hù)拒動時），或者由斷路器失靈保護(hù)來實現(xiàn)（當(dāng)斷路器拒動時，只動作于母聯(lián)斷路器和母線分段斷路器）。,13,1.3 繼電保護(hù)分類,按保護(hù)所起的作用分類 可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。 輔助保護(hù)是為補充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運行時所增設(shè)的簡單保護(hù)。,14,1.3 繼電保護(hù)分類,按構(gòu)成保護(hù)判據(jù)的特征物理量分類 如：電流保護(hù)、距離保護(hù)、差動保護(hù)等。按利用的故障信號頻譜特征分類 1）工頻分量；2）暫態(tài)分量 常規(guī)保護(hù)原理只反應(yīng)工頻分量。利用暫態(tài)分量可以構(gòu)成各種超高速保護(hù)，如行波保護(hù)、暫態(tài)保護(hù)等。,15,1.3 繼電保護(hù)分類,按通信通道分類 主要針對線路保護(hù)而言?？煞譃橛型ǖ辣Ｗo(hù)和無通道保護(hù)。前者包括高頻保護(hù)、微波保護(hù)、光纖保護(hù)等，后者包括所有只利用本端測量信號的保護(hù)原理。按保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)型式分類 可分為機電型、靜態(tài)型和微機型。,16,1.4 繼電保護(hù)的工作回路,總體構(gòu)成:,17,1.4 繼電保護(hù)的工作回路,繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成:測量比較環(huán)節(jié)：測量特征量，并與整定值比較，以判斷是否應(yīng)該啟動。邏輯判斷環(huán)節(jié)：按一定邏輯關(guān)系判斷是否發(fā)生區(qū)內(nèi)故障。執(zhí)行輸出環(huán)節(jié)：負(fù)責(zé)發(fā)出保護(hù)動作脈沖信號。,18,1.5 對繼電保護(hù)的基本要求,對動作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個基本要求，即可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。 可靠性 包括安全性和信賴性，是對繼電保護(hù)性能最根本的要求。安全性要求繼電保護(hù)在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動作。信賴性要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動作的故障時可靠動作，即不發(fā)生拒絕動作。,19,1.5 對繼電保護(hù)的基本要求,選擇性 指保護(hù)裝置動作時，在可能最小的區(qū)間內(nèi)將故障部分從電力系統(tǒng)中斷開，最大限度地保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。它包含兩層意思： 1）只應(yīng)由裝在故障元件上的保護(hù)裝置動作切除故障； 2）力爭相鄰元件的保護(hù)裝置對它起后備保護(hù)的作用。,20,1.5 對繼電保護(hù)的基本要求,選擇性,21,1.5 對繼電保護(hù)的基本要求,速動性 故障發(fā)生時，應(yīng)力求保護(hù)裝置能迅速動作切除故障元件，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少用戶經(jīng)受電壓驟降的時間以及故障元件的損壞程度。 故障切除時間等于保護(hù)裝置和斷路器動作時間的總和。一般快速保護(hù)的動作時間為0.06s0.12s，最快的可達(dá)0.01s0.04s。一般斷路器的動作時間為0.06s0.15s，最快的可達(dá)0.02s0.06s。 保護(hù)動作速度越快，為防止保護(hù)誤動采取的措施越復(fù)雜，成本也相應(yīng)提高。因此，配電網(wǎng)保護(hù)裝置在切除故障時往往允許帶有一定延時。,22,1.5 對繼電保護(hù)的基本要求,靈敏性 指對于保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時，不論短路點的位置、短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，保護(hù)裝置都應(yīng)能靈敏反應(yīng)，沒有似動非動的模糊狀態(tài)。保護(hù)裝置的靈敏性通常用靈敏系數(shù)來衡量。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，要求靈敏系數(shù)在1.22之間。,23,1.5 對繼電保護(hù)的基本要求,實際工作中，在確定被保護(hù)元件的保護(hù)方式時，還要考慮其經(jīng)濟(jì)性要求，即在滿足基本保護(hù)功能要求的前提下，應(yīng)盡可能減少投資。隨著電力市場化進(jìn)程的深入，對經(jīng)濟(jì)性要求越來越重視，甚至把它和前面介紹的四個基本要求合在一起，稱為保護(hù)的五個基本要求。 考慮經(jīng)濟(jì)性時，不能僅僅局限于保護(hù)裝置本身投資的大小，還應(yīng)從電網(wǎng)的整體安全及社會利益出發(fā)，按被保護(hù)元件在電網(wǎng)中的作用和地位來確定保護(hù)方式，因為保護(hù)不完善或不可靠造成的損失，一般都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過即使是最復(fù)雜的保護(hù)裝置的投資。,24,1.5 對繼電保護(hù)的基本要求,對繼電保護(hù)裝置的各項基本要求是研究分析繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)。這些要求之間往往是相互制約的，例如提高保護(hù)裝置動作可靠性的措施，一般會造成動作速度及動作靈敏性下降，并增加保護(hù)成本。因此，繼電保護(hù)的研究、設(shè)計、制造和運行的絕大部分工作就是圍繞著如何處理好這些基本要求之間關(guān)系進(jìn)行的。 實際工作中，要根據(jù)具體情況以及要解決的主要矛盾，統(tǒng)籌兼顧，尋求一個適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。,25,1.6 繼電保護(hù)發(fā)展概況,繼電保護(hù)原理隨著對電網(wǎng)故障特性認(rèn)識的不斷深入而呈現(xiàn)出低速、高速到超高速的發(fā)展趨勢。,26,1.6 繼電保護(hù)發(fā)展概況,繼電保護(hù)裝置隨著元器件技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展?？梢愿爬槿齻€階段、兩次飛躍。,27,1.6 繼電保護(hù)發(fā)展概況,配電網(wǎng)繼電保護(hù)的特點與發(fā)展：1）傳統(tǒng)配電網(wǎng)一般采用輻射性供電方式，因而其保護(hù)不需要像輸電網(wǎng)保護(hù)那樣判別故障方向。 2）配電網(wǎng)故障對電網(wǎng)整體運行的影響相對較小，因此并不嚴(yán)格要求配電網(wǎng)保護(hù)像輸電網(wǎng)保護(hù)那樣超高速動作。 3）近年來，隨著我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨合理，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的配置越來越強調(diào)簡單、實用，對配電網(wǎng)保護(hù)來說，這一趨勢更加明顯。,28,1.6 繼電保護(hù)發(fā)展概況,配電網(wǎng)繼電保護(hù)的特點與發(fā)展：4）隨著用戶對電能質(zhì)量（尤其是電壓驟降 ）要求的提高以及分散發(fā)電、配電自動化技術(shù)的發(fā)展，對配電網(wǎng)保護(hù)也提出了新要求。,短路故障引起的電壓驟降,29,1.6 繼電保護(hù)發(fā)展概況,配電網(wǎng)繼電保護(hù)的特點與發(fā)展：5）隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展及其在變電所自動化系統(tǒng)和配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，配電網(wǎng)的保護(hù)裝置可以融合數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、自動控制（包括自動重合閘、自動無功補償、備用電源自投、自動減載等）、饋線自動化（FA）等功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)分散、就地安裝，甚至直接嵌入到開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，形成智能化開關(guān)設(shè)備的控制內(nèi)核。6）隨著對故障暫態(tài)現(xiàn)象認(rèn)識的不斷深入，在小電流接地系統(tǒng)的繼電保護(hù)方面取得了重大突破。,30,1.6 繼電保護(hù)發(fā)展概況,全數(shù)字式繼電保護(hù)裝置： 隨著電子傳感器及高速數(shù)據(jù)（光纖）通信技術(shù)的發(fā)展，微機保護(hù)裝置可以通過通信接口獲取來自現(xiàn)場的數(shù)字化后的電壓、電流信號，進(jìn)而實現(xiàn)全數(shù)字式繼電保護(hù)，使微機保護(hù)裝置的構(gòu)成出現(xiàn)革命性的變化。,31,內(nèi) 容,繼電保護(hù)基礎(chǔ)知識繼電保護(hù)基本原理利用故障分量的繼電保護(hù)原理小電流接地系統(tǒng)單相接地故障保護(hù)小結(jié),32,2. 繼電保護(hù)基本原理,2.1 電流保護(hù) 2.2 距離保護(hù)2.3 電壓保護(hù)2.4 縱聯(lián)電流差動保護(hù),33,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù)（2）反時限過電流保護(hù)（3）方向電流保護(hù)（4）零序電流保護(hù),34,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù) 包括: 1）無時限電流速斷保護(hù)（ I段保護(hù)） 2）帶時限電流速斷保護(hù)（ II段保護(hù)） 3）定時限過電流保護(hù)（III段保護(hù)） 它們可組合成兩段或三段電流保護(hù)。 這三種電流保護(hù)都是反應(yīng)電流增大而動作，區(qū)別主要在于按照不同的原則來整定動作電流及動作時限。,35,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù)I段保護(hù) 工作原理： 反應(yīng)于短路電流幅值增大而瞬時動作。 為了保證選擇性，被保護(hù)線路的保護(hù)動作電流要躲過（即大于）下級線路出口處（可等同于被保護(hù)線路末端母線處）短路時可能出現(xiàn)的最大短路電流。,36,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù)I段保護(hù) 動作電流的整定：,引入可靠系數(shù)的原因是消除整定值的計算和設(shè)置誤差、短路電流中非周期分量等因素的影響，使保護(hù)動作具有選擇性，以確保在被保護(hù)線路以外出現(xiàn)故障時不會誤動作。,37,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù)I段保護(hù) 動作時限的整定： t I 取決于保護(hù)裝置本身固有的動作時間，一般小于10 ms。考慮到躲過線路中避雷器的放電時間為（4060）ms，一般人為地加入（6080）ms的動作延時，以防止保護(hù)誤動作。,38,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù)I段保護(hù) 靈敏性校驗： 有選擇性的I段保護(hù)不可能保護(hù)線路的全長。因此，其靈敏性只能用保護(hù)范圍的大小來衡量，通常用線路全長的百分?jǐn)?shù)來表示。當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)最小運行方式下的兩相短路時，I段保護(hù)范圍最小。一般情況下，應(yīng)按這種運行方式和故障類型來校驗其保護(hù)范圍，要求大于被保護(hù)線路全長的（1520）。 保護(hù)的最小范圍計算：,39,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù) I段保護(hù) 評價： 主要優(yōu)點是動作迅速，缺點是不可能保護(hù)線路的全長，并且保護(hù)范圍受電網(wǎng)運行方式變化及短路型式的影響。,40,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù)II段保護(hù) 工作原理： 從選擇性出發(fā)，通過與下級線路保護(hù)在動作電流與動作時限上的配合，將保護(hù)范圍延伸到下級線路中去，從而能夠以較小的時限快速切除被保護(hù)線路全線范圍內(nèi)的故障。 動作電流配合表示要躲過下級保護(hù)的動作電流。 動作時限配合表示在下級保護(hù)動作時限的基礎(chǔ)上，增加一定的動作延時。,41,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù)II段保護(hù) 動作電流的整定：,考慮II段保護(hù)動作時，非周期分量已經(jīng)衰減，因而可靠性配合系數(shù)比I段保護(hù)整定時所取的可靠系數(shù)要小。,42,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù)II段保護(hù) 動作時限的整定：,t 通常取為0.5s。隨著技術(shù)的發(fā)展，保護(hù)和斷路器動作速度以及定時精度有了很大的提高。為了縮短故障持續(xù)時間，減少故障引起的電壓驟降對用電設(shè)備的影響，人們開始傾向于將t 選得更小一些，如選為 0.3s甚至更短。,43,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù)II段保護(hù) 靈敏性校驗： 保護(hù)2的II段應(yīng)采用系統(tǒng)最小運行方式下線路A-B末端（B母線）發(fā)生兩相短路時的短路電流計算靈敏系數(shù)，具體可以表示為：,為了保證在線路末端短路時，保護(hù)一定能夠動作，要求Ksen 1.31.5。,44,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù)II段保護(hù) 靈敏性校驗： 當(dāng)靈敏系數(shù)不能滿足要求時，通?？紤]降低II段的整定值，使之與下級線路II段保護(hù)相配合。在這種情況下的動作時限應(yīng)取為：,45,2.1 電流保護(hù),（1）三段式電流保護(hù) II段保護(hù) 評價： 主要優(yōu)點是能夠保護(hù)線路全長，動作比較迅速(僅當(dāng)與下級線路I段配合時)，缺點是保護(hù)范圍受電網(wǎng)運行方式變化及短路型式的影響。 當(dāng)被保護(hù)線路同時配備了I段和II段保護(hù)時，它們的聯(lián)合工作就可以保證全線路范圍內(nèi)的故障都能夠在設(shè)定的時限（0；對非故障線路，qk(t)0。判別qk(t)極性可以識別故障線路。,94,4.