钟德明老师课件(2013全版)

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1、 注册电气工程师复习辅导 发输变电专业 继电保护、安全自动装置及调度自动化 钟德明 2013 1 随着电力系统的不断发展，电网运行环境变得 非常复杂，而电气设备的故障是难免的，因此保 证电气设备安全及电网的稳定运行是十分重要。 电网中的任何电气设备的故障及异常情况引起的 扰动都会影响电网的稳定运行。因此在电网发生 故障时必须尽快切除故障，减少电气设备损坏程 度和保证无故障系统的稳定运行。继电保护装置 、安全自动装置、调度自动化三者是当前控制电 网的主要技术手段，也是保证电网安全稳定运行 的重要技术措施。 它们服务于电力系统也是电力系统的一部分。 前言： 1 1 一电力系统继电保护 1 1 1.

2、1继电保护和安全自动装置： 1)继电保护是当电力系统任何电气设备发生故障时，能及时发 出告警或使断路器跳闸，快速切除故障，终止故障发展，保证 电网安全稳定运行；安全自动装置是防止电力系统发生故障情 况时失去稳定和避免发生大面积停电事故。 2)用于保护电力元件的成套装置一般统称继电保护装置；用于 保护电力系统安全稳定的一般统称安全自动装置。 * 3)在电力系统中 任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行 。当电力元件发生故障时要求保护装置在最短时间、最小范围 内，按预先设定的方式，将故障设备从运行系统中断开。 继电保护装置的正确动作和快速切除故障是电力系统安全稳 定运行的重要保证，应努力改善和提

3、高继电保护动作性能，以 提高电力系统的稳定水平。 2 1 1.1.1电力系统对继电保护和自动装置的基本要求 * 继电保护和自动装置应满足四性要求： 可靠性：（信赖性和安全性）指保护该动时动，不该动时不动。 选择性：首先由故障元件本身保护切除故障，当本身保护或 断路器拒 动时才允许相邻元件的保护动作切除故障。 灵敏性：保护装置具有的正确动作能力的裕度，一般以灵敏系数表示， 不同类型保护的灵敏系数要求不同。 速动性：保护装置应尽快切除故障。提高系统稳定，减轻设备损坏程度 ，缩小故障波及范围，提高重合闸和自投的效果。 要完整认识四性的要求，不仅针对具体装置的设计、配置整定、调试 等，还要包括取得故障

4、判据的电流和电压互感器二次回路及保护通道、 直到断路器的跳闸线圈，即二次系统。 3 1 1.1.2.电网结构及安全稳定标准 电网建设应满足电力系统安全可靠、运行灵活、经济 合理等要求。电网运行必须满足安稳导则要求。 由于电力生产不能储存，是以销定产，即用即发的特 殊性，电网各环节必须随负荷不断变化的同时保持电力 生产与消费的平衡，保证电压、频率和相位满足电能质 量要求。 电力系统运行中负荷正常波动、功率及潮流变化及正 常操作，均会引起系统扰动，这种扰动为小扰动。主要 靠发电机、变电站对有功、无功的自动调节；当系统元 件短路、切换操作等引起的扰动，为大扰动，主要由继 电保护、自动装置和调度自动化

5、来控制。 4 1 * 大扰动可按扰动严重程度和出现概率分为三类，相 应提出电力系统承受大扰动能力的三级稳定标准。 第一级安全稳定标准：在发生第一类故障（单一故障） 扰动后，能保持系统稳定运行和电网正常供电。 第二级安全稳定标准：在发生第二类故障（单一严重故 障，）扰动后，能保持系统稳定运行但允许损失部分 负荷。 第三级安全稳定标准：在发生第三类故障（多重严重故 障，）扰动后，当不能保持系统稳定运行时，必须防 止系统崩溃并尽量减少负荷损失。 5 1 *第一类故障（单一故障）： 任何线路单相瞬时接地故障并重合成功； 双回以上线路，有一回线永久故障断开； 任一台发电机跳闸或失磁； 任一回交流联络线跳

6、开；直流输电线路单极故障等。 第二类故障（单一严重故障）： 单回线单相永久故障重合不成功及无故障三相断开； 同塔双回线异名相故障重合不成功，双回线三相断开； 一段母线故障；直流输电线路双极故障。 第三类故障（多重严重故障）： 故障时继电保护及自动装置误动或拒动； 故障时断路器拒动； 多重故障； 丧失大容量发电厂等。 6 1 1.1.3继电保护用电流互感器及电压互感器 ）保护用电流互感器： * P类:准确限值规定为稳态对称一次电流的复合误差，对剩磁无要求 。 PR类：剩磁规定不大于10%。 PX类：低漏磁，匝数比误差不大于0.25% 以上三类均用于220kV及一下电压等级的线路、变压器及100M

7、W 200MW的发变组保护用电流互感器。 TP类：为暂态保护电路互感器，它的准确级限值是考虑一次电流中同 时具有周期分量和非周期分量，考虑非周期分量的暂态影响。 TPS类、低漏磁，对剩磁无限制，适应于对复归时间要求严格的 断路器失灵保护。 TPX类对对剩磁无要求， * TPY类小气隙，剩磁不超过饱和磁通的20%，适用于带重合闸的线 路保护，不宜用于断路器失灵保护。 TPZ类大气隙，剩磁可以忽略不计。不宜用于断路器失灵保护。 330kV及以上系统保护、 330kV及以上的变压器和300MW及以上的 发变组差动保护用电流互感器宜采用TPY电流互感器。 7 1 2)电压互感器 保护用电压互感器应能在

8、系统故障时将一次电压正确传变至二次侧 。 保护规程规定：双断路器接线按近后备原则配置的两套主保护， 应分别接入电压互感器的不同二次绕组；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。 （有双重化保护要求的两套主保护应分别接入两个付绕组）。 保护设备采用的电压互感器空气小开关断开短路电流的时间应小于 20ms。 * 3)互感器的安全接地。 电流互感器二次回路必须有且只能有一点接地。接地点一般在电 流互感器端子箱。 几组并联电流互感器也只能一点接地，在保护屏接地。（双断路器 保护、母线保护差动及其他差动保护） 81 1 对中性点直接接地系统，电压互感器星型接线的二次绕

9、组应采用 中性点一点接地方式，中性点接地线中不应串接有可能断开的设备。 接地点在控制室，（N600）。 * 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开三 角的两根引出中的N必须分开，不得共用。（分不同电缆引入保护室 ）。 8-2 1 1.1.4.电力系统的故障 1) 电力系统的中性点接地方式： 有直接接地、不接地、经电阻接地、经电抗或消弧线圈接地 。（大电流接地系统、小电流接地系统） 110kV500kV采用直接接地方式；366kV采用不接地方 式，当架空线路单相接地故障电流大于10A或电缆线路单相接 地故障电流大于30A时应采用经消弧线圈接地。 2)常见故障类型及特性 故障种类：

10、三相短路（对称故障）、不对称故障（单相接地 短路、两相短路、两相接地短路、线路不对称断相）、系统振 荡等等。 9 1 在高压和超高压电网中，绝大多数故障是单相接地短路 ，据统计占全部短路故障的70%-90%左右。随着电网电压 的提高，这个比例还在升高。 其次是两相接地短路、两相短路和三相短路故障。 在中性点非直接接地的电网中，短路故障主要是两相短 路，包括两相接地短路。在中性点非直接接地的电网中， 一相接地不产生短路电流，只有电容电流，因此中性点不 直接接地的电网中，单相接地故障可以允许短时继续运行 ，同时进行处理（包括采用接地选线装置）。 3)故障时电气量的序分量。 在直接接地系统中，三相短

11、路、两相不接地短路：有正 序分量、负序分量，无零序分量。 只有接地故障（单相或两相接地短路故障）时才产生零 序电流。 10 1 4)电力系统振荡与失步 当电力系统发生扰动时， 如保护装置切除故障线路后， 使发电机由正常运行功角特性转到新的功角特性。由于机 械功率与电磁功率不平衡可能引起系统振荡，使并列运行 的机组之间相对角度发生摇摆，系统中各电力元件的电流 和电压都发生波动，振荡中心的电压可能跌落到零。系统 失去同步运行稳定，如果系统有足够的稳定储备能力，振 荡将会在几个周期内结束，反之，将导致系统失稳，处理 不当可能导致系统瓦解，产生大面积停电。 11 1 电力系统振荡 P 1 2 3 =9

12、0时，功率极限达到最大值，Pmax 12 1 4)电力系统振荡与短路电气量的区别 a) 系统振荡时，各点电压和电流均做往复性摆动，（短路 时电气量是突变的）。 b) 系统振荡时 ，不同地点的电流和电压的相角可以有不同 的。 c) 系统振荡时，不破坏三相的对称性，所有电气量是对称 的，而短路伴随出现三相不对称。 从保护原理上说反应负序、零序分量的保护及电流差动 保护在振荡时是不会误动的。相间电流保护和某些距离保 护会误动. 13 1 1.1.4.高压输电线路常用继电保护。 1).电流保护： 电流保护的工作原理：以通过保护安装处的电流为作用量的继电保护， 当通过电流大于某一预定值时保护动作，称过电

13、流保护。通常由电流、时 间、出口、信号继电器按一定逻辑组成。 t0.5s 电流保护简单，应用范围广，可与电压、方向、时限等配合，效果将更好 。可作成无时限和带时限的多段式电流保护、方向电流保护、低电压闭锁 过电流保护等。过电流保护应用非常广，可作为输电线路、发电机、变压 器、电动机等电力设备的保护。 过电流保护有相间过电流保护和零序过电流保护 相间过电流保护的动作电流必须大于被保护线路两端母线故障的最大短 路电流，所以保护范围只是本线路的一部分。（图：阶段保护的配合） 14 1 零序电流保护：由于110kV及以上电压等级的电网都采用 中心点直接接地方式，系统接地故障几率高，占总故障的 7090

14、，因此接地保护十分重要。利用接地故障时产 生的零序电流实现零序电流保护，它灵敏度高，尤其对高 电阻接地故障有较好的保护能力。所以在中性点直接接地 的高压电网中为有效切除高电阻接地故障，必须配置零序 电流保护，作为接地故障的后备保护。 在高压电网中，对零序电流保护保护高电阻接地故障时 的要求： * 当故障接地电阻不大于220kV100欧姆、330kV150欧 姆、500kV300欧姆，保护应能正确动作 15 1 2. 距离保护（阻抗保护） 1)距离保护是测量保护安装处至故障点之间的线路阻抗为依 据的保护装置, 主要用于输电线路保护。 对于确定的线路，线路距离与线路阻抗成正比，实际保护 装置是以测

15、量线路阻抗为判据的，故距离保护也称阻抗保护。 一般距离保护由三段或四段组成。其中第一、第二段带方向 ，第一段速动保护，保护全线的8085，第二段保护带延时 保护线路末端的2015%并作为相邻母线的后备保护。 k1 16 1 距离保护的动作特性：有园特性、四边形、全阻抗 形等。前两种是具方向性，实际应用目前以四边形和 园形较多。带方向性可作纵联保护的方向元件。 Z R 17 k1 Z Z R R k1 1 2)距离保护的阶梯特性 80-90% 距离保护最大的特点是：定值不受运行方式的影响。 距离保护一般设三段或四段组成，一般都带方向性。为了保证选择 性，保护一段整定全线路的80-90%不能保护全线。第二段保护带延 时保护线路末端的2015%并作为相邻母线的后备保护，三段可作相 邻线的后