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1、继电保护讲义,电力系统,电力系统是由电力生产的5个环节：发电、输电、变电、配电和用电组成的整体。输电网和配电网统称为电网。完成一次能源转换成电能并输送和分配到用户的统一系统称为一次系统；对一次系统进行保护、控制、测量、调节、监视、通信等相应的辅助系统称为二次系统。,继电保护,当电力系统中的电力元件发生故障时，向运行值班人员及时发出警告信号，或者向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套硬件设备，用于保护电力元件的一般称为继电保护装置。,安全自动装置,当电力系统本身发生故障或危及其安全运行的事件时，向运行值班人员及时发出警告信号，或者向所控制
2、的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套硬件设备，用于保护电力系统的通称为电力系统安全自动装置。,功率,瞬时功率：电阻、电感和电容的瞬时功率。 有功功率：用电设备真实消耗掉的功率称为有功功率。有功与频率相关； 无功功率：在完成电能转换为机械能的过程中，建立电、磁场需要的功率称为无功功率，无功与电压相关。 频率、电压和谐波是反映电能质量的三大指标，频率和电压又是保持电网稳定最重要的电气量。现在有人加供电的可靠性。,视在功率：,瞬时功率：,功率,一次，以母线流向线路为电流正方向；母线对地为电压正方向。 二次，极性端流入继电保护装置为电流正方向；极性端
3、对地为电压正方向。 只有这样规定，才有： 当接入R时，发电机发出P，P0；负荷受入P。Q=0。电压电流同相。 当接入L时，发电机发出Q，Q0；负荷受入Q。P=0。电压超前电流900。 当接入C时，发电机受入Q，Q0；负荷发出Q。P=0。电压滞后电流900。,功率,U,I,P0 Q0,P0 Q0,P0,P0 Q0,功率,功率,功率,功率,从上可见，虽然储能元件电感、电容的瞬时功率可正、可负，它在一段时间内（t1至t2时刻）吸收的能量可正、可负，但是，在零状态响应时，吸收的能量恒大于零。零状态响应吸收的能量恒大于零的物理意义是：耗能元件功率为正，u（t）i（t）永远同极性；储能元件初始无储存能量，
4、初始阶段吸收能量功率为正，u（t）i（t）同极性，开始储存能量。随后，进行能量交换，吸收、释放。释放能量的前提是储存有能量，所以储存能量永远为正。,频率稳定,同步稳定静态稳定、动态稳定和暂态稳定。电力系统受到扰动后恢复同步运行的能力。 静态稳定如果在任一小扰动后达到和扰动前运行情况一样和接近。 暂态稳定如果在该扰动后达到允许的静态运行情况。 动态稳定不因受小、大扰动后，系统电源间电势角差的周期性振荡发散，导致同步运行稳定性的破坏。1982年IEEE取消动态稳定的概念。,同步稳定,振荡及振荡闭锁,无故障全相振荡的电压轨迹和阻抗轨迹 静稳破坏突变量电流不启动，电流缓慢增加，当超过静稳电流时闭锁距离
5、保护。 暂稳破坏突变量电流启动，静稳电流不动作，开放距离保护160ms左右，之后闭锁距离保护。 时间上躲振荡周期（ 1.5s）。振荡时测量阻抗周期性动作、返回。,振荡及振荡闭锁,不对称开放与Z协同工作。 大时，闭锁Z；小时，开放Z。利用电流不对称度开放Z ， 无故障时，电流对称闭锁Z。 振中附近故障，大时电流不对称度低；小时电流不对称度高。 远离振中故障，电流不对称度对 敏感度降低。但是利用分支系数，远端故障，电流不对称度低；近端故障，电流不对称度高；,振荡及振荡闭锁,对称开放利用振荡中心电压随变化而变化；短路点电压基本不变化（约0.05pu）。 UCOS无故障时是振荡中心电压；三相短路时是短
6、路点电压。 带短延时区分振荡和三相短路。,躲负荷抗振荡及过渡电阻,线路保护避开最大事故过负荷、系统振荡不误动和可切除振荡中故障是线路保护一个原则。对超高压线路主要针对的是距离保护，避开最大事故过负荷和耐过渡电阻能力是一对矛盾，一致认为相间距离耐过渡电阻的能力不低于20/相（相间40）便可，恰当地整定容易避开最大事故过负荷。接地短路可能有大的接地电阻，但接地距离也只能对付不太大的过渡电阻（如小于80/相），对于大接地过渡电阻（如300/相）只有靠零序电流切除。,躲负荷抗振荡及过渡电阻,以500kVLGJQ-4004的导线为例，比较最小事故过负荷阻抗、热稳定阻抗和线路阻抗之间的大小 1.87+j2
7、8.5(/100km) IR=8454(A),躲负荷抗振荡及过渡电阻,500kVLGJQ-4004的导线的热稳定阻抗、2500MW的阻抗负荷和它的300KM线路阻抗都是85，基本上决定了接地距离耐过渡电阻的能力。系统振荡负荷按周期性变化，某一瞬间（=180）完全具有振荡中心三相短路特征，对于反映系统振荡阻抗变化规律原理构成的振荡闭锁如大圆套小圆，整定计算大圆必须躲过最小事故过负荷阻抗，大圆和小圆的半径差由最小振荡周期和鉴别时间决定，小圆大大削弱了距离保护耐过渡电阻的能力。对重负荷长线路不能使用这种原理的振荡闭锁。接地距离保护经零序电流监控也是重要的辅助手段。,电压稳定,当P恒定，它是二次函数，
8、同一Q有两个U，右边是稳定运行点。有极值，最低电压运行点。有功大，最低稳定运行电压高。切负荷是保电压稳定十分有效的措施。,电压稳定,三道防线,1常见的普通故障，要求系统在承受此类故障时能保持稳定运行和正常供电；2为出现概率较低的较严重的故障，要求系统在承受此类故障时能保持稳定运行，但允许损失部分负荷；3为罕见的严重复杂故障，电力系统在承受此类故障时，如不能保持系统稳定运行，则必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。 1合理的电网结构和电源布局，保护重合闸和开关正确动作，必须保持稳定和正常供电；2保护重合闸和开关正确动作，必须保持稳定，但允许损失部分负荷（切机、切负荷、解列）；3振荡解列、低周低压减
9、载等 。,符号法,正弦量三要素，振幅、频率和初相角，在研究稳态工频量时，频率是常数，由欧拉公式，可以将同频率的正弦量转换为复数运算。,三相制中的高次谐波,三相对称，波形不是正弦波，可以把它们分解为许多正弦分量。其中：正、负、零序对称组1,4,7;2,583,6,9。 三相不对称，波形正弦波，可以把它们分解为正、负、零序。 三相既非正弦，又不对称，它们的各同次谐波分量，将组成不对称的三相。其中每一三相又可以分解为正、负、零序。,对称分量法,其中：,三相量可分解为 。,可以用三相线路电压方程引入概念。,对称分量法,对称分量法,对称分量法,特点： 1三序网相互独立。将相量的满阵转换为对角阵。 2正常
10、运行和对称故障只有正序。不接地两相短路有正序和负序。接地短路和不对称断线有正、负、零序。 3负序和零序属故障分量，其对应的序网络是无源网络，外加源在故障点。 正序定则 序网（略）,0分量,主要特征是所有变换系数是实数。在实现上运算速度快。 叠加原理（略）。突变量保护。,电力系统对继电保护的要求,“四性”： 可靠性（可信赖性和安全性） 选择性 快速性 灵敏性,“四性”,可靠性（可信赖性和安全性） 可信赖性：要求继电保护在设计要求它动作的异常或故障状态下，能准确地完成动作，即要求不拒动。 安全性：要求继电保护在非设计要求它动作的其他所有情况下，能够可靠不动作，即要求不误动。 可信赖性与安全性是一对
11、矛盾。实际应用中它与接线方式与电网结构有关 。 对于220kV电网以可信赖性为主，重点防止保护拒动。 对于500kV电网以安全性为主，重点防止保护误动。,“四性”,继电保护选择性 选择性是指期望能在电力元件发生故障时，由最靠近故障元件的继电保护装置动作断开故障。 继电保护选择性是通过合理的动作值整定来完成。 选择性整定原则：越靠近故障点的保护装置的动作灵敏度越大，动作时间应越短。,“四性”,继电保护快速性 继电保护快速性是指继电保护装置应以允许的可能最快速度动作切除故障。 继电保护快速跳闸，一方面可以减轻故障设备的损坏程度，另一方面是提高电力系统暂态稳定的重要手段。,“四性”,注意两点： 1）
12、快速性与可靠性之间存在矛盾只有在继电保护装置可靠动作前提下的快速性才有实际意义。 2）快速性并不是愈快愈好-只有在系统暂态稳定需要的前提下才是合理的。 继电保护快速性对通道传输时间有规定要求。 华中电网500kV线路保护切除故障时间变化：110ms90ms 70ms，对电网稳定贡献巨大！,“四性”,继电保护灵敏性 继电保护灵敏性是指继电保护装置对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠地动作能力 。 在规程中规定每种保护元件的具体灵敏系数。 继电保护对动作的灵敏性是出于保护装置可靠动作需要。,“四性”,注意：正确处理灵敏性与选择性之间矛盾。 愈灵敏愈能可靠反应要求动作的故障或异常状态，但同时愈
13、易于在非要求动作的其他情况下产生误动。,继电保护系统作用,1）断开电力故障元件，最大限度地减少对电力元件本身的损坏。 2）反应电力元件不正常工作状态，便于监视与调整。 3）支持电力系统安全运行。特别是保护快速动作对提高电网暂态稳定的特殊作用，其他稳定措施是不能与其相比拟。,继电保护的配置原则,超高压（220kV及以上），双重化原则，近后备+断路器失灵。 高压（220kV以下），主、备独立，远后备。 主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择性地切除被保护设备和线路故障的保护。,继电保护的配置原则,后备保护是主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。 远后备保护是当主保护或断路器拒动
14、时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。 近后备保护当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。,继电保护的配置原则,辅助保护是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。 异常运行的保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。,超高压线路保护,保护的范围由PT和CT的安装位置（PT确定纵向故障；CT确定横向故障）及原理和通道信号决定。 主保护（纵联保护）分相电流纵差、高频方向、高频距离。,分相电流纵差,利用基尔霍夫电流定律，需要线路两侧电流进行运算，判别线路内部、外部短路，决定是否
15、跳闸。因此，要求通道传送对侧电流（模拟量）。特点是容量大、同步要求高（同时刻两侧电流进行运算），通常只能通过光纤或微波通道传送（64k或2M）。,高频方向、高频距离,方向或距离只是原理不同，都是判别正、反向故障。方向只是超范围；距离又分超范围或欠范围。高频方向、高频距离的通道命令分为闭锁命令或允许命令。无论如何，都是接受对侧命令加上本侧的方向元件一并判别线路内部、外部短路，决定是否跳闸。 当然，对侧是否发送命令是由对侧的方向元件判别后决策的。这种命令我们称为快速命令，对允许式保护1015ms，对闭锁式保护小于10ms。速度快安全性差，复用载波机多采用移频键控。对允许式保护存在线路内部偶合相故障
16、，载波通道阻塞的特殊问题，要求载波机给出载波通道阻塞信息即UNBLOCK，来替代允许信号。,高频方向、高频距离,由于复用载波机通常采用相相偶合，保护中只有相间故障才采用该措施，即使采用也是短时间窗70ms左右。华中网多次发生误动，主要是由于区外故障时，信噪比降低，载波机收不到导频信号又无跳频信号误给出UNBLOCK命令，导致保护误动。华中网现在已取消该措施（退出UNBLOCK）。闭锁式保护无此问题。,直跳命令,这是保护原理上的叫法，主要应用过电压、失灵和电抗器保护，从原理上讲接受命令就可以跳闸，但对通道的安全性要求极高，为防误动对载波命令要加就地闭锁，有些地区对光纤命令取消就地闭锁。直跳命令把安全性放在重要位置，复用载波机多采用编码命令，因而牺牲速度称为慢速命令2535ms。,突变量（零序、负序）保护,突变量保护分析按无源网络，外加源在故障点。以TV、TA为界，正向故障（横向或纵向）电压和电流的关系（欧姆定律）决定于反向阻抗；反向故障（横
