微机继电保护及其发展.pptx

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1、1 1 继电保护的作用继电保护的作用当系统发生故障时，继电保护将故障元件从电力系统中切除；当系统处于不正常运行状态，继电保护动作于警报、减负荷、跳闸。第1页/共35页2 2 继电保护的概念继电保护的概念继电保护包括继电保护技术和继电保护装置继电保护技术包括电力系统故障分析、各种继继电保护技术包括电力系统故障分析、各种继电保护原理、继电保护的设计、继电保护运行电保护原理、继电保护的设计、继电保护运行及维修及维修 继电保护装置是反映电力系统中电气元件发生继电保护装置是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故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号或发出信号第2页

2、/共35页3 3 电力系统的运行状态电力系统的运行状态故障类型各种类型的短路故障各种类型的短路故障d(3)d(3)、d(2)d(2)、d(1)d(1)、d(1,1)d(1,1)和断线和断线（单相、两相）（单相、两相）短路故障是最常见、最危险的故障短路故障是最常见、最危险的故障第3页/共35页短路的危害电流增大电流增大会危害到电气设备的使用寿命会危害到电气设备的使用寿命电压降低电压降低影响到用户的用电质量影响到用户的用电质量破坏系统稳定性破坏系统稳定性造成事故进一步扩大造成事故进一步扩大出现负序和零序分量出现负序和零序分量危害电气设备和通讯设备危害电气设备和通讯设备第4页/共35页不正常运行状态

3、电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态行状态 典型不正常运行状态：过负荷、过电压、频率降低、系统振荡典型不正常运行状态：过负荷、过电压、频率降低、系统振荡第5页/共35页4 4 继电保护的基本原理继电保护的基本原理基本原理分析正常运行与故障时电力系统中电气量的变化特征，就可找到分析正常运行与故障时电力系统中电气量的变化特征，就可找到一个保护原理，通过保护原理来判断出其运行状态。一个保护原理，通过保护原理来判断出其运行状态。需要找到正常运行状态与故障状态之间的区别需要找到正常运行状态与故障状态之间的区别第6页/共35

4、页 正常状态和故障状态的区别电流增大电流增大 过电流保护过电流保护 电压降低电压降低 低电压保护低电压保护 相位变化相位变化 方向保护方向保护 测量阻抗降低测量阻抗降低 距离保护距离保护 双侧电源区分保护设备的范围双侧电源区分保护设备的范围 差动保护差动保护产生零序分量产生零序分量 零序电流保护零序电流保护 非电气量非电气量 瓦斯保护瓦斯保护 、过热保护、过热保护 第7页/共35页按照保护原理的分类过电流保护过电流保护低电压保护低电压保护过电压保护过电压保护功率方向保护功率方向保护阻抗（距离）保护阻抗（距离）保护差动保护差动保护非电气量保护非电气量保护5 继电保护的分类第8页/共35页按照故障

5、类型的分类相间故障保护相间故障保护接地故障保护接地故障保护匝间短路保护匝间短路保护非全相运行保护非全相运行保护第9页/共35页按照被保护设备的分类输电线路保护输电线路保护变压器保护变压器保护发电机保护发电机保护母线保护母线保护第10页/共35页按照保护设备的硬件构成电磁型保护电磁型保护晶体管型保护晶体管型保护集成电路型保护集成电路型保护微机型保护微机型保护第11页/共35页6 6 继电保护的基本要求继电保护的基本要求 对于反映于断路器跳闸的继电保护，电力系统对其的基本要求：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。选择性是指继电保护动作时，仅将故障元件从系统中是指继电保护动作时，仅将故障元件从系统中切除

6、，保证大多数的无故障的电气设备正常运切除，保证大多数的无故障的电气设备正常运行。行。第12页/共35页几个基本概念主保护：是指满足系统稳定和设备安全要求，并能主保护：是指满足系统稳定和设备安全要求，并能以最快的速度有选择的切除被保护设备和线路故障以最快的速度有选择的切除被保护设备和线路故障的保护的保护 后备保护：在主保护和断路器据动时，用来切除故后备保护：在主保护和断路器据动时，用来切除故障的保护障的保护 ，包括近后备和远后备保护，包括近后备和远后备保护辅助保护：为了补充主保护和后备保护的性能，当辅助保护：为了补充主保护和后备保护的性能，当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护主保护和后备保

7、护退出运行而增设的简单保护 第13页/共35页速动性是指继电保护以允许而又可能的最快速度动作于是指继电保护以允许而又可能的最快速度动作于断路器的跳闸，断开故障元件或线路。断路器的跳闸，断开故障元件或线路。灵敏性指保护在应该动作时，不要据动；在不应动作时，指保护在应该动作时，不要据动；在不应动作时，不要误动。不要误动。继电保护对其保护范围内发生的故障或不正常运继电保护对其保护范围内发生的故障或不正常运行的反应能力；灵敏性一般指在最不利的情况下，行的反应能力；灵敏性一般指在最不利的情况下，保护装置对故障的反应能力。保护装置对故障的反应能力。可靠性第14页/共35页 对于大部分的线路，拒动必然导致损

8、坏设备，对于大部分的线路，拒动必然导致损坏设备，导致系统稳定破坏；误动不会产生这两个必然的导致系统稳定破坏；误动不会产生这两个必然的 结果，只是扩大了停电范围，并可能导致稳定破结果，只是扩大了停电范围，并可能导致稳定破 坏，但是，还可以通过自动重合闸和手动合闸来坏，但是，还可以通过自动重合闸和手动合闸来 避免扩大停电范围。避免扩大停电范围。为此，为此，220kV220kV及以上线路中，均采用双重化（及以上线路中，均采用双重化（甚至三重化）配置。双重化的目的也是避免拒动。甚至三重化）配置。双重化的目的也是避免拒动。第15页/共35页7 7 继电保护的发展继电保护的发展按照保护原理的发展19011

9、901年年 过电流保护过电流保护19081908年年 电流差动保护电流差动保护19101910年年 方向性电流保护方向性电流保护19201920年年 距离保护距离保护19271927年年 高频保护高频保护19501950年年 微波保护微波保护19701970年年 行波保护、暂态保护行波保护、暂态保护第16页/共35页 按照继电保护硬件装置的发展19501950年以前年以前 机电型（电磁型）保护机电型（电磁型）保护19501950年到年到19801980年年 晶体管型、集成电路型保护晶体管型、集成电路型保护19801980年以后年以后 微机型保护微机型保护第17页/共35页计算机在继电保护领域中

10、的应用和发展概况（1）世界微机保护的发展历史 20 20世纪世纪6060年代末期，开始倡议用计算机构成继电保年代末期，开始倡议用计算机构成继电保 护。护。20 20世纪世纪7070年代，掀起了研究热潮。年代，掀起了研究热潮。20 20世纪世纪7070年代末期，开始进入实用化阶段。年代末期，开始进入实用化阶段。1979 1979年后，推出各种定型的商业性微机保护产品，年后，推出各种定型的商业性微机保护产品，并迅速推广。并迅速推广。第18页/共35页（2 2）我国微机保护的发展历史）我国微机保护的发展历史 70 70年代后半期开始，对国外计算机继电保护的发展作了广年代后半期开始，对国外计算机继电保

11、护的发展作了广 泛的介绍和综述分析。泛的介绍和综述分析。70 70年代末至年代末至8080年代初广泛地开展各种算法以至样机的研制。年代初广泛地开展各种算法以至样机的研制。1984 1984年，华北电力学院杨奇逊教授主持研制的第一套微机年，华北电力学院杨奇逊教授主持研制的第一套微机 距离保护样机在河北马头电厂投入试运行。距离保护样机在河北马头电厂投入试运行。1986 1986年，全国第一台微机高压线路保护装置投入试运行。年，全国第一台微机高压线路保护装置投入试运行。1987 1987年年9 9月月2626日，微机距离保护经受人工短路考验。日，微机距离保护经受人工短路考验。目前，高中压等级继电保护

12、设备几乎均为微机保护产品。目前，高中压等级继电保护设备几乎均为微机保护产品。在微机保护和网络通信等技术结合后，变电站自动化、配在微机保护和网络通信等技术结合后，变电站自动化、配 电网自动化系统也已在全国系统中广泛应用。电网自动化系统也已在全国系统中广泛应用。第19页/共35页微机继电保护装置的特点微机继电保护装置的特点 （1 1）维护调试方便）维护调试方便 保保护护功功能能是是由由程程序序完完成成，只只要要程程序序和和设设计计时时一一样样，就就必必然然会会达达到到设设计计时时的的要要求求，不不用用逐逐台台检检验验每每一一种种功功能能是是否否正正确确。微微机机保保护护具具有有很很强强的的自自检检

13、功功能能，一一旦旦发发现现硬硬件件损损坏坏就就会会发发出出警警报。报。（2 2）可靠性高）可靠性高 可可靠靠性性是是继继电电保保护护的的基基本本要要求求，通通过过不不断断的的完完善善，微微机机保护的可靠性已经完全能够满足电力系统的要求。保护的可靠性已经完全能够满足电力系统的要求。（3 3）易于获得附加功能）易于获得附加功能 可可以以通通过过配配置置的的打打印印机机、显显示示屏屏、网网络络提提供供电电力力系系统统故故障后的多种信息，有助于运行部门对事故的分析和处理。障后的多种信息，有助于运行部门对事故的分析和处理。（4 4）灵活性大。只需通过改变软件来改变保护性能和功能。）灵活性大。只需通过改变

14、软件来改变保护性能和功能。（5 5）保护性能得到很好改善。充分利用计算机的智能特点。）保护性能得到很好改善。充分利用计算机的智能特点。第20页/共35页8 8 微机保护发展趋势微机保护发展趋势1）从应用上，向高可靠性、简便性、开放性、通用性、灵活性和动作过程透明化方向发展。2）从原理上，向智能化、模块化、网络化和综合化方向发展。第21页/共35页 1）保证全国性互联电网的运行安全性是电力发展的头等大事 我国电网发展的总方针：“西电东送、南北互供、全国联网”。西南部省份向东部地区输送电力将达到2000万千瓦，交直流输电线路超过20回，输电距离上千公里。如何避免故障时的连锁反应，保证远距离和大功率

15、的输电断面的运行安全性是电力发展迫切需要解决的现实问题。第22页/共35页2）高效、可靠的继电保护和紧急控制系统是保障西电东送和全国联网安全运行的关键技术 鉴于电力系统运行方式的多变性、电网功率的实时平衡特性，和故障发生的不可完全避免和随机性，高性能的继电保护是保障电网安全运行的第一道屏障。任意坚强的网络都必须快速、可靠地切除故障元件，任意坚强的网络在一系列的元件被切除后都有可能变为薄弱网络。保证故障元件被继电保护切除后剩余网络的安全性，高速有效的安全稳定紧急控制系统是安全运行的第二道屏障。有效、可靠的继电保护和安全稳定紧急控制系统是保证电网运行安全性的重要物质条件。第23页/共35页 3）西

16、电东送、全国联网给继电保护和紧急控制提出了新的挑战v现有的继电保护能否满足更高一级电压（750kV）网络对动作速度、暂态性能的要求。v现有的电力元件主保护相互独立，故障元件被突然切除后是否会产生连锁的元件运行不正常而被保护依次跳开，会否形成类似美、加的大停电事故？v为了防止西电东送输电断面的运行安全性，如何构建元件保护与紧急控制一体化系统？v万一互联系统稳定性被破坏，如何将系统解列才能缩小停电范围和停电时间？第24页/共35页4）现有的理论和技术难于解决上述理论和技术问题v现有的保护反应工频电气量，动作速度难于再提高。高频和衰减直流分量对正确动作有害。v保护以电力元件为对象，以切除故障元件为己

17、任，整个电网主保护系统并不协同动作，可能会出现因为保护正确动作而造成系统的瓦解，缺乏输电断面或网络的保护。v互联系统的解列（点）面是固定设置的，不能适应失稳模式的变化，缩小停电范围，避免事故扩大。第25页/共35页5）我国保护与紧急控制的研究、运行基础好，取得突破性进展是可能的v继电保护的运行统计（2002年）表明，国产保护与进口保护相比，在动作速度和可靠性方面具有国际先进水平。v利用自适应重合闸（永久与瞬时故障判别、最佳重合时间、分相重合、自适应重合等）提高输电系统稳定性，我国具有领先水平。v区域系统的暂态稳定性预测和紧急控制，我国极为重视，从上世纪80年代就开始研究和应用，尚未出现美、加那

18、样的大停电。第26页/共35页 美国、加拿大：网架比我国强壮，继电保护的动作速度、可靠性、实现技术与我国相当。在安全稳定紧急控制系统的研究与建设方面，重视程度不够、研究水平较差，曾发生震惊全球的如65年、9697年、2003年8月14日等多次全国性大停电，给全世界电力系统提供沉痛教训。第27页/共35页欧州：网架坚强、输电距离短；保护的制造、运行水平与我国相当，动作速度、原理研究比我国稍差。日本：输电距离短、网架比我国坚强；重视安全稳定性紧急控制系统的研究与建设。第28页/共35页前苏联：网架和输电距离与我国类似；保护的原理研究水平与我国相当，但在数字式保护的算法、实现技术、扩展与紧急控制系统

19、的联系方面，不如我国。第29页/共35页 对于运行中的互联电力系统：v 局部系统内部元件的故障或扰动，由切除故障元件和在局部系统中采取措施来消除，不使它的影响扩散到局部系统外；v区域系统之间输电断面上联络线的故障，首先切除故障元件并尽量保持输电断面的完整性；v互联系统失稳后，应按功率尽可能平衡的原则解列，避免大面积停电事故。第30页/共35页6）基于上述学术思想，该项目的研究思路为：v研究交、直流混联输电系统和750kV输电系统在电力元件保护方面产生的新问题，并采用元件保护的新原理加以解决；v研究西电大功率东送在输电断面上可能出现的问题，构建网络保护和紧急控制一体化的保障体系来解决；v采取自适

20、应的解列手段防止事故的扩大。第31页/共35页7）高性能新型继电保护原理研究（1）750kV输电系统新型保护的研究：研究基于波形系数小波技术和小矢量算法等的自适应方法，加快保护动作速度，提高保护的整体性能。（2）反应故障暂态分量的保护新原理研究：不是滤除而是利用故障暂态分量，区分元件内、外部故障。（3)线路保护与重合闸最佳配合的理论与方法：研究可靠的瞬时与永久故障的区分方法，最佳重合时间的捕捉技术，分相在故障不严重侧重合等保护与重合闸的配合等问题。第32页/共35页（4)“输电断面”保护系统的研究：利用输电断面的广域运行信息，预测单元件故障被切除后断面其它元件的运行状态，动态改变保护定值，如短时允许过负荷、直流功率的短时增加等，以避免非故障元件被连锁切除。第33页/共35页1 1）暂态电气量保护的研究与应用。）暂态电气量保护的研究与应用。2 2）自适应理论、模糊数学、神经元网络、小波分析、智能）自适应理论、模糊数学、神经元网络、小波分析、智能 方法和形态学方法等各种理论在继电保护中的应用研方法和形态学方法等各种理论在继电保护中的应用研 究。究。发展动向发展动向第34页/共35页感谢您的观看。第35页/共35页