新型繼電保護(hù)和故障測(cè)距

新型繼電保護(hù)和故障測(cè)距

電力工程學(xué)院第一講緒論一、繼電保護(hù)的發(fā)展二、輸電線路故障測(cè)距的意義三、本課程的主要內(nèi)容與特點(diǎn)四、參考書目與考核要求一、繼電保護(hù)的發(fā)展

引言：電力生產(chǎn)發(fā)展的需要和新技術(shù)的陸續(xù)出現(xiàn)是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理和技術(shù)發(fā)展的源泉。繼電保護(hù)工作者總是在不斷地根據(jù)需要和可能：1）改進(jìn)和完善已有的繼電保護(hù)裝置；2）努力探求實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的新原理；3）開發(fā)新型的繼電保護(hù)裝置。

1、繼電保護(hù)的發(fā)展歷史

（1）繼電保護(hù)原理（軟件方面）的發(fā)展過程：過電流保護(hù)（1901年，最早熔斷器）——電流差動(dòng)保護(hù)（1908年）—方向性電流保護(hù)（1910年）—距離保護(hù)（1920年）—高頻保護(hù)（1927年）—微波保護(hù)（50年代）——行波保護(hù)、光纖保護(hù)（70年代）（2）繼電保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)（硬件方面）的發(fā)展過程：機(jī)電型(50年代以前，由電磁型、感應(yīng)型或電動(dòng)型繼電器構(gòu)成)——電子型（50年代～80年代后期，晶體管、集成電路）——微機(jī)型（90年代）

（3）根據(jù)其扮演角色的不同，繼電保護(hù)的發(fā)展歷史可分為以下三個(gè)階段：第一階段：以保護(hù)設(shè)備安全為目的，區(qū)分內(nèi)部和外部故障，切除故障元件，限制事故影響范圍（這是首要任務(wù)）；在被保護(hù)對(duì)象內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)及時(shí)切除故障，保證被保護(hù)電氣元件（電機(jī)、變壓器、線路等）的安全。第二階段：在保證設(shè)備安全的基礎(chǔ)上，考慮了繼電保護(hù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；主要表現(xiàn)為進(jìn)一步提高了繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作速度，與自動(dòng)重合閘配合，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。第三個(gè)階段：廣域保護(hù)。隨著我國(guó)“西電東送、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展目標(biāo)的提出，對(duì)繼電保護(hù)的發(fā)展提出了更高的要求，在保證電氣設(shè)備運(yùn)行安全和系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮電網(wǎng)互聯(lián)時(shí)各保護(hù)裝置動(dòng)作的協(xié)調(diào)和配合，保證故障切除后不發(fā)生大規(guī)模的連鎖跳閘和系統(tǒng)崩潰現(xiàn)象。

發(fā)展方向：（1）對(duì)故障信息的研究和充分利用是發(fā)掘繼電保護(hù)新原理的基礎(chǔ)：

繼電保護(hù)的任務(wù)就是檢測(cè)故障信息、識(shí)別故障信號(hào),進(jìn)而作出保護(hù)是否出口跳閘的決定。因此故障信息的識(shí)別、處理和利用是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ),不斷發(fā)掘和利用故障信息對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展有十分重要的意義。故障信息可分為以工頻信息及諧波為主的穩(wěn)態(tài)故障信息和暫態(tài)故障信息。2、繼電保護(hù)的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢(shì)（2）盡量避免測(cè)量元件對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響：光電互感器——解決電流互感器的飽和問題（3）計(jì)算機(jī)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用為充分利用故障信息提供了技術(shù)手段：

自適應(yīng)保護(hù)——實(shí)現(xiàn)保護(hù)的智能化廣域保護(hù)

高速化——行波保護(hù)、暫態(tài)量超高速保護(hù)智能化——自適應(yīng)保護(hù)一體化——保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化（OCT、OPT作為基礎(chǔ)）網(wǎng)絡(luò)化——廣域保護(hù)（全球定位系統(tǒng)GPS、同步相量測(cè)量PMU為基礎(chǔ)）

新型繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)是：二、輸電線路故障測(cè)距的意義

高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的命脈，它擔(dān)負(fù)著輸送電能的重任。輸電線路運(yùn)行的可靠性影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的供電可靠性，而輸電線路工作環(huán)境又極為惡劣，暴露于風(fēng)雨，穿行于山野，是電力系統(tǒng)中發(fā)生故障最多的地方，而且極難查找。因此，在線路發(fā)生故障后迅速準(zhǔn)確地找到故障點(diǎn)，不僅對(duì)及時(shí)修復(fù)線路和快速恢復(fù)供電，而且對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有十分重要的作用。三、本課程主要內(nèi)容微機(jī)保護(hù)輸電線路故障測(cè)距輸電線路行波保護(hù)自適應(yīng)繼電保護(hù)

廣域保護(hù)系統(tǒng)WAPS

光電互感器OCT、OPT運(yùn)用實(shí)例

高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的命脈，它擔(dān)負(fù)著輸送電能的重任?？焖偾谐收?，可以縮小故障范圍，減輕短路引起的電網(wǎng)破壞程度，減小對(duì)用戶工作的影響；在220kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)中，快速切除故障還對(duì)提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性具有決定性作用。隨著超高壓、大容量、遠(yuǎn)距離輸電和互聯(lián)電網(wǎng)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題越來越突出，因而，希望繼電保護(hù)裝置能夠具有超高速動(dòng)作特性（動(dòng)作時(shí)間在1個(gè)工頻周期以內(nèi)）。行波保護(hù)的意義

近年來微機(jī)保護(hù)發(fā)展特別快，我國(guó)生產(chǎn)的微機(jī)線路保護(hù)裝置在原理、性能、主要技術(shù)指標(biāo)的等方面均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，代表著當(dāng)前繼電保護(hù)發(fā)展的前沿。輸電線路微機(jī)保護(hù)運(yùn)行的情況較好，正確動(dòng)作率逐年提高。這些保護(hù)裝置的原理大都建立在反應(yīng)工頻電壓、電流或由其組合的功率方向、阻抗等基礎(chǔ)上。

行波保護(hù)研究的必要性表現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）具有快速動(dòng)作性能。

繼電保護(hù)的快速動(dòng)作性能是增大輸電線路傳輸容量、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性簡(jiǎn)單而有效的措施，而行波保護(hù)最突出的優(yōu)點(diǎn)就是它動(dòng)作的快速性，因?yàn)樾胁ūＷo(hù)根據(jù)線路故障后所產(chǎn)生的暫態(tài)行波而動(dòng)作，并且行波的傳播速度接近光速，現(xiàn)有的行波保護(hù)原理的動(dòng)作時(shí)間一般不會(huì)超過10毫秒，正是因?yàn)檫@個(gè)原因，行波保護(hù)被稱作超高速保護(hù)。（2）行波保護(hù)可以從原理上解決傳統(tǒng)的工頻量保護(hù)所不能解決的理論和技術(shù)問題。除了快速性以外，行波保護(hù)還有以下優(yōu)點(diǎn)：不受電流互感器飽和的影響；不受過渡電阻的影響；不反映電力系統(tǒng)振蕩；不受高壓長(zhǎng)輸電線路分布電容的影響等。行波的基本概念

故障行波的產(chǎn)生輸電線路上某點(diǎn)f發(fā)生故障后的網(wǎng)絡(luò)可以等效為正常運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)和故障附加網(wǎng)絡(luò)的疊加。而故障附加網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于把電壓源短接、電流源開路，然后在故障點(diǎn)疊加一個(gè)與故障前電壓幅值相等、方向相反的電壓源。在這一電壓的作用下，將產(chǎn)生由故障點(diǎn)f向線路兩端傳播的行波。根據(jù)行波發(fā)生的時(shí)間先后，故障行波可分為初始行波、故障點(diǎn)反射波、對(duì)端母線反射行波以及相鄰線路反射行波行波的折、反射

輸電線路故障行波的一個(gè)重要特性是波的折射和反射。當(dāng)行波沿導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在波阻抗不連續(xù)的地方（故障點(diǎn)、母線、線路阻波器等等），將發(fā)生折、反射。線路任一點(diǎn)的電壓就是這些初始行波及折、反射波的疊加，根據(jù)線路結(jié)構(gòu)和故障形式的不同呈現(xiàn)不同的特征。

u1f——入射電壓

u1b——反射電壓

u2f——折射電壓

自適應(yīng)繼電保護(hù)

20世紀(jì)80年代提出的一個(gè)較新的研究課題

可定義為：能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變化而實(shí)時(shí)改變保護(hù)性能特性或定值的保護(hù)基本思想：使保護(hù)盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化進(jìn)一步改善保護(hù)的性能。電力系統(tǒng)由為數(shù)眾多的電源設(shè)備、送變電設(shè)備、線路和各種用戶組成，其運(yùn)行狀態(tài)(其中包括用戶負(fù)荷的變化、設(shè)備的投切、發(fā)電機(jī)的出力變化等)，處于頻繁的變化之中。除上述正常運(yùn)行情況外電力系統(tǒng)中還可能發(fā)生各種類型的故障，故障可能是瞬時(shí)性或永久性的，又可能是金屬性短路或經(jīng)過渡電阻短路。因此，要適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化的確是一項(xiàng)十分困難的工作。廣域保護(hù)系統(tǒng)

可定義為：依賴電力系統(tǒng)多點(diǎn)的信息，對(duì)故障進(jìn)行快速、可靠、精確的切除，同時(shí)分析故障切除對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，并采取相應(yīng)的控制措施，這種同時(shí)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和自動(dòng)控制功能的系統(tǒng)稱為廣域保護(hù)系統(tǒng)。廣域保護(hù)提出的背景

——電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

1)電力市場(chǎng)的出現(xiàn)將競(jìng)爭(zhēng)引入了電力行業(yè)，打破了長(zhǎng)久以來的壟斷，有利于電力行業(yè)的健康發(fā)展和降低電價(jià)；但同時(shí)電力市場(chǎng)又使得電網(wǎng)被人為分成了許多由不同公司控制的部分，各公司為了自身的經(jīng)濟(jì)利益有盡可能減少投資、充分利用現(xiàn)有電力設(shè)備的傾向，因而隨著用電負(fù)荷的快速增長(zhǎng)，使得電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)越來越接近于穩(wěn)定極限，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度減小，受到擾動(dòng)時(shí)容易失去穩(wěn)定。2）電網(wǎng)規(guī)模越來越大，各大區(qū)域電網(wǎng)逐漸互聯(lián)，互聯(lián)電網(wǎng)一方面可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大；另一方面，一旦電網(wǎng)受到嚴(yán)重?cái)_動(dòng)而失去穩(wěn)定，往往會(huì)引起連鎖跳閘最終導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。3）現(xiàn)有的保護(hù)及安全自動(dòng)裝置不適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的要求。目前的安全自動(dòng)裝置都是在檢測(cè)到系統(tǒng)產(chǎn)生不正常運(yùn)行狀態(tài)以后再采取控制措施，屬于事故后控制措施。在特殊情況下如果頻率或電壓下降速度過快，可能安全自動(dòng)裝置來不及動(dòng)作，系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的崩潰事故。目前使用的安全自動(dòng)控制判據(jù)大都是基于本地量構(gòu)成，其工作方式是采集裝置安裝處的系統(tǒng)電流、電壓量，經(jīng)過計(jì)算后得到一些反映系統(tǒng)狀況的參數(shù)值，然后與預(yù)先整定的門檻值進(jìn)行比較，若超過門檻值則執(zhí)行某種動(dòng)作。這些裝置的動(dòng)作原理和動(dòng)作時(shí)間都不相同，互相之間又缺乏有效的協(xié)調(diào)，因此在某些情況下(如發(fā)生連鎖故障時(shí))會(huì)惡化系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。4）恐怖分子的蓄意破壞對(duì)電網(wǎng)安全也構(gòu)成了威脅。“9．11”事件以來，恐怖分子可能對(duì)社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的破壞開始得到越來越多的關(guān)注。在各種基礎(chǔ)設(shè)施中，電力設(shè)施是維持正常社會(huì)生活的重要支撐，電力供應(yīng)一旦中斷，將造成巨大損失，因此，電力設(shè)施很容易成為恐怖分子的襲擊目標(biāo)。這就要求保護(hù)系統(tǒng)盡可能靈活，同時(shí)還要考慮通信等其它系統(tǒng)的影響，從而將破壞造成的損失減少到最小。

綜上所述：電力系統(tǒng)在本質(zhì)上是一個(gè)廣域系統(tǒng)，系統(tǒng)中所有的電氣量是互相關(guān)聯(lián)的一個(gè)整體，這在根本上決定了系統(tǒng)保護(hù)是一個(gè)全局問題，應(yīng)該將系統(tǒng)作為一個(gè)整體考慮。此外，電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是不斷變化的，不同運(yùn)行狀態(tài)下的相同事件對(duì)電網(wǎng)的影響也不同。因此，系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行問題實(shí)際上是系統(tǒng)在當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行問題，需要通過不斷獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來實(shí)時(shí)確定保護(hù)控制策略。廣域保護(hù)是在電網(wǎng)互聯(lián)趨勢(shì)下提出的對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)更高的要求，這是一個(gè)新的研究方向，國(guó)外早在1997年開展了相關(guān)研究探討；國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究起步較晚，直到最近五年才陸續(xù)有相關(guān)的論文發(fā)表。光電式電流互感器

利用光電子技術(shù)和光纖傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量的新型測(cè)量裝置

本課程的特點(diǎn)新——了解繼電保護(hù)領(lǐng)域最新發(fā)展概況普及基本概念盡量實(shí)用四、參考書與考核要求

參考書《微型機(jī)繼電保護(hù)原理》

張舉編中國(guó)水利水電出版社《新型繼電保護(hù)和故障測(cè)距的原理與技術(shù)》

葛耀中著西安交通大學(xué)出版社近年相關(guān)論文考核要求出勤——抽查每次課的課堂筆記——抽查期末大作業(yè)——全體本節(jié)結(jié)束點(diǎn)此進(jìn)入下一節(jié)第二講微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)一、微機(jī)保護(hù)的基本組成二、微機(jī)保護(hù)的發(fā)展過程三、微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)四、微機(jī)保護(hù)硬件構(gòu)成五、微機(jī)保護(hù)軟件原理六、微機(jī)保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)繼電保護(hù)裝置原理圖整定值測(cè)量部分邏輯部分執(zhí)行部分輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸入信號(hào)——電壓電流模擬量、開關(guān)量、通訊數(shù)據(jù)測(cè)量部分——預(yù)處理、采樣計(jì)算邏輯部分——信息的綜合、分析、決斷：用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行數(shù)值/邏輯運(yùn)算來完成一、微機(jī)保護(hù)的基本組成硬件——實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能的基礎(chǔ)軟件——用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)繼電保護(hù)原理“模塊化設(shè)計(jì)”微機(jī)保護(hù)結(jié)構(gòu)框圖二、微機(jī)保護(hù)的發(fā)展過程從硬件結(jié)構(gòu)發(fā)展的角度：1984年微機(jī)距離保護(hù)楊奇遜

采用單CPU及多路轉(zhuǎn)換的ADC模數(shù)變換模式90年代多單片機(jī)VFC式模數(shù)變換超大規(guī)模集成多路網(wǎng)絡(luò)通信達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)水平DSP＋MCUGPS網(wǎng)絡(luò)化光電互感器更高運(yùn)算速度、可靠性，拓寬變電站自動(dòng)化的發(fā)展從軟件角度進(jìn)入綜合智能化階段：自適應(yīng)行波原理模糊控制ANN運(yùn)用現(xiàn)狀目前我國(guó)220kV以上系統(tǒng)的線路微機(jī)保護(hù)占有率達(dá)97.7%220~500kV變電所基于不同原理的雙套微機(jī)主保護(hù)系列裝置微機(jī)保護(hù)成為變電所綜合自動(dòng)化的一個(gè)子系統(tǒng)三、微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)（1）靈活性強(qiáng)（2）綜合判斷能力強(qiáng)（3）性能穩(wěn)定，可靠性高（4）維護(hù)調(diào)試使用方便（5）易于獲得各種附加功能例如線路保護(hù)：低頻減載自動(dòng)重合閘故障錄波故障測(cè)距打印等（6）利用微機(jī)的智能特點(diǎn)可采用新原理例如波形對(duì)稱法識(shí)別勵(lì)磁涌流四、微機(jī)保護(hù)硬件構(gòu)成1、微處理器系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3、信號(hào)輸入輸出系統(tǒng)4、通訊網(wǎng)絡(luò)5、人機(jī)接口6、電源系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)圖1、微處理器系統(tǒng)任務(wù)：進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)算法和邏輯功能構(gòu)成（1）微處理器芯片