第一章继电保护绪论

,电力系统继电保护,中国矿业大学陈 奎E-mail:jdbh2001163.com,前 言,一、课程特点 二、课程内容 三、课程要求 四、参考文献五、教学方式与考核,1。专业课程：电力系统组成先修课程： 电路、电机、电磁、电能系统、微机原理、 二次接线等课程 2。综合性科学：电子、计算机、微机、通讯等多学科。 3。理论与实践性并重：实验、故障分析、误动、拒动等分析。,一.课程特点： 理论与实践并重的综合性专业课,电力系统组成,电力系统构成,电力系统构成,二.课程内容：,*1. 保护原理、特点、应用： 各种保护原理，如：电流保护、距离保护、高频保护、差动保护等。 *2. 保护配置：10kV、35kV、110kV、220kV、500kV等线路保护的配置；变压器、发电机、母线、电容器、电动机等元件保护的配置。 3. 微机保护的构成、设计、应用等。 4. 微机保护的算法、滤波、抗干扰等。,三课程要求：,*1.掌握各种保护原理、特点、应用场所。 *2.掌握各种等级电压线路和不同元件的保护配置。 3.熟悉微机综合保护的特点、构成、各部分的功能及工作过程。 4.了解各种微机继电保护算法的原理、应用及抗干扰措施。,四参考文献：,教材： 电力系统继电保护原理 贺家李 第四版参考文献： 1.继电保护整定计算许建安 中国水利水电出版社 2001 以整定计算为主 2.微机保护实现原理与装置罗士萍 中国电力出版社 2001硬件、软件 3.电力系统微机保护培训教材杨新民 中国电力出版社 20004.电力系统继电保护郭光荣 第二版 高等教育出版社 2011 杂志： 1、电力系统保护与控制 2、电力系统自动化 3、IEEE Transaction on power delivery,五、教学方式与考核,1. 课程总计64学时，其中教学48学时，实验16学时。 2. 课程考核：平时成绩+实验成绩+考试成绩（闭卷考试）总计100分,第一章绪论,1。继电保护的作用与任务2。继电保护的基本原理及组成3。电力系统对继电保护的要求4。继电保护的发展,第一节 继电保护的作用与任务 一电力系统故障,正常运行状态状态 故障状态不正常运行状态 故障原因： 外部原因： （如雷击、污闪等） 内部原因： （如绝缘老化、损坏等） 误操作： （运行时）,故障及不正常运行状态类型故障： （1）短路：三相短路 （5%）（纵）两相短路 （10%）两相短路接地 （20%）单相接地 （65% 80%） （ 2）断线：（横）（继电保护动作于断路器跳闸）,不正常运行：（1）过负荷（2）频率变化（如功率缺额大）（3）过电压（如突然甩负荷）（4）振荡（不同步运行）（继电保护动作于发信号）,频率变化的原因,频率变化的原因：在电力系统内，发电机发出的功率与用电设备及送电设备消耗的功能不平衡，将引起电力系统频率变化。当系统负荷超过或低于发电厂的出力时，系统频率就要降低或升高，发电厂出力的变化同样也将引起系统频率变化。在系统有旋转备用容量的情况下，发电厂出力能通过频率调节器较快地适应负荷的变化，因此负荷变化引起的频率偏差值较小。若没有旋转备用容量，负荷增大引起的频率下降较大。电力系统的负荷始终随时间在不断地变化，要随时保持发电厂的有功功率与用户有功功率的平衡，维持系统频率恒定，因此，电力系统应具有一定的旋转备用容量，一般运行备用容量要求达到1%3%。 容量在300万千瓦及以上的，为±02赫兹； 容量在300万千瓦以下的，为±05赫兹。,振荡的原因,1、输电线路输送功率超过极限值造成静态稳定破坏； 2、电网发生短路故障,切除大容量的发电、输电或变电设备,负荷瞬间发生较大突变等造成电力系统暂态稳定破坏； 3、环状系统(或并列双回线)突然开环,使两部分系统联系阻抗突然增大,引启动稳定破坏而失去同步； 4、大容量机组跳闸或失磁,使系统联络线负荷增大或使系统电压严重下降,造成联络线稳定极限降低,易引起稳定破坏； 5、电源间非同步合闸未能拖入同步。2012年 7月30日、31日印度大停电距离保护振荡无闭锁、距离三段整定不合理,二故障后果,（1）损坏设备、缩短设备使用寿命。 （2）破坏系统运行的稳定性。 （3）用户电压下降；破坏工作稳定，影响产品质量。 （4）供电质量：电压、频率、谐波。 【新能源的利用（风能、太阳能等）对电网的影响。】,1.电压允许偏差 ：（1）35kV及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的55；（2）10kV及以下高压供电和低压电力用户为额定电压的77；（3）低压照明用户为额定电压的510。 2.电网谐波 3.电压波动和闪变 4.三相电压不平衡 5.电网频率 6.暂时过电压和瞬态过电压 新标准,三作用与任务,1. 发生故障时，自动、迅速、有选择性的切除故障，使非故障部分继续运行。 2. 对不正常运行状态发信号通知值班人员进行处理。,第二节基本原理及组成,一基本原理 1利用基本电气量的变化 电流保护 低电压保护 距离保护 2利用线路两侧的电流差或相位差构成：内外部故障时，两侧电流、相位的差别。 （1） 纵差保护 （2） 横差保护等,3.利用序分量构成 接地故障：零序电压、零序电流保护 不对称相间故障：负序电流保护4.利用非电气量 瓦斯、温度、行波等*可利用任何故障与正常运行状态下有区别的信号来实现保护,二.继电保护的构成,三.保护分类,1.按被保护设备分类： 1)线路保护：=220KV：高频保护、光纤保护或行波保护,2)元件保护： 变压器保护：差动保护、瓦斯保护、过流保护等。 发电机保护：纵差、横差保护、接地保护、负序过流保护等。 母线保护：完全电流差动母线保护、电流比相母线保护等。 电动机保护：相敏保护、电流保护、断线保护 等。 2.按保护装置的构成分类：电磁型、晶体管型、集成电路型、微机型。,四.发电厂变电所的类型 发电厂的类型,火力发电厂；水力发电厂；热能发电厂；核能发电厂；风力发电厂；太阳能发电厂等。电气系统简单示意图如图1-3所示,火力发电厂,水利发电厂,大亚湾核电站,风力发电场,变电站（所）的分类,1. 按电压等级可分为超高压、高压、中压变电站和低压变电站。 电压在1kV以下的称为低压；电压为110kV的称为中压；电压高于10kV低于330kV的称为高压；电压在330kV以上的称为超高压。 2. 按供电对象的差异可分为城镇变电站、工业变电站和农业变电站。 3. 根据其在电力系统中的低位和作用，可以分为枢纽变电站、中间变电站、区域（地方）变电站、企业变电站和末端（用户）变电站。,1） 枢纽变电站：枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，电压等级一般为330kV及以上，联系多个电源，出线回路多，变电容量大；全站停电后将造成大面积停电，或系统瓦解，枢纽变电站对电力系统运行的稳定和可靠性起到重要作用。 2） 中间变电站：中间变电站位于系统主干环行线路或系统主要干线的接口处，电压等级一般为330220kV，汇集23个电源和若干线路。全站停电后，将引起区域电网的解列。 3） 地区变电站：地区变电站是一个地区和一个中、小城市的主要变电站，电压等级一般为220kV，全站停电后将造成该地区或城市供电的紊乱。 4） 企业变电站：企业变电站是大、中型企业的专用变电站，电压等级35220kV，12回进线。,4. 按其容量和馈线的多少可分为大、中、小型变电站。 5. 按是否有人正常运行值班可分为有人值班变电站和无人值班变电站。 目前，我国变电站按电压等级分为3.5万伏变电站、11万伏变电站、22万伏变电站和50万伏变电站。 还有根据变电站围护结构分为土建变电站和箱式变电站。,箱式变电站又称户外成套变电站，也有称做组合式变电站。它是发展于20世纪60年代至70年代欧美等西方发达国家推出的一种户外成套变电所的新型变电设备，由于它具有组合灵活，便于运输、迁移、安装方便，施工周期短、运行费用低、无污染、免维护等优点，受到世界各国电力工作者的重视。进入20世纪90年代中期，国内开始出现简易箱式变电站，电力部也相应制定了部颁标准，但应用并不广泛，到90年代末期，特别是农网改造工程启动后，科研开发、制造技术及规模等都进入了高速发展，被广泛应用于城区、农村10110kV中小型变(配)电站、厂矿及流动作业用变电站的建设与改造，因其易于深入负荷中心，减少供电半径，提高末端电压质量，特别适用于农村电网改造，被誉为21世纪变电站建设的目标模式“。 箱式变电站分为两大流派：欧式箱变和美式箱变。,第三节 电力系统对继电保护的要求,选择性、速动性、灵敏性、可靠性 一.选择性指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统 中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍然能继续安全运行。 含义一：仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围最小。 含义二：上级保护对下一级有后备保护作用。,选择性说明,二 .速动性,指快速地切除故障以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。 好处：1.有利于提高系统运行的稳定性；2.减少用户低电压运行的时间；3.减少设备的损坏程度；4.避免事故进一步扩大：如：接地故障 短路故障瞬间性故障 永久性故障,三.灵敏性,指对于其保护范围内发生故障及不正常运行状态的反应能力。 通常用灵敏系数来衡量，它主要决定于被保护元件和电力系统的参数、运行方式。,四.可靠性,指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平而言。 1.不误动； 2.不拒动。,五. 四者的关系,选择性、速动性、灵敏性、可靠性 之间的关系,六.几个基本概念,1。继电保护：（在电力行业）泛指继电保护 技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。 2。继电保护装置：指各种具体的装置。 （单个继电器或继电器与其附属设备构成，电子元件，计算机）指能反映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。,3。一次系统：发电厂和变电所的电器主接线，是由高压电器设备通过连接线组成的系统统称为一次系统。一次设备对于运行可靠及检修方便要求甚高。主要包括生产和转换电能的设备，接通或断开电路的设备，限制故障电流和防御过电压的电器，接地装置和载流导体5部分。,4。二次系统：二次系统是由二次设备组成的系统。凡监视，控制，测量，以及起保护作用的设备，如测量表计，继电保护，控制和信号装置等，皆属于二次设备。 5。主保护：在被保护设备整个部分中以无时限或带时限切除该部分内部发生的各种或某种类型的故障。 6。后备保护（近后备保护、远后备保护）,近后备保护：,远后备保护：,第四节.继电保护的发展,继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的。 一.继电保护理论的发展： 熔断器 直接反应于一次短路电流的电磁型过电流继电保护1890年左右出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式的电磁型过电流继电器。随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。,利用二次侧电流的感应型继电保护1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了比较被保护元件两端的电流差动保护原理。1910年方向性电流保护开始得到应用。 通讯技术在继电保护中的应用 随着电力系统载波通讯的发展，在1927年前后出现高频保护装置，50年代，微波中继通讯开始应用于电力系统，从而出现了利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的微波保护。以及行波实现快速继电保护的设想，到1970年左右终于产生了行波保护。,二.继电保护设备的发展： 与此同时，构成继电保护装置的元件、材料、保护装置的结构型式和制造工艺也发生了巨大的变革。50年代以前的继电保护装置都是由电磁型，感应型或电动型继电器组成的，这些继电器统称为机电式继电器。20世纪50年代初由于半导体晶体管的发展，开始出现了晶体管式继电保护装置，称之为电子式静态保护装置；随后随着大规模集成电路的发展出现了集成电路保护。 20世纪70年代微机继电保护装置的出现,