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1、微机微机(wi j)继电保护及其发展继电保护及其发展第一页，共35页。1 1 继电保护继电保护(j din bo h)(j din bo h)的作用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发生故障时，继电保护将故障元件从电力系统中切除(qich)(qich)；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。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页第二页，共35页。2 2 继电保护继电保护(j din bo h)(j din bo h)的概念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包括继电保护技术和继电保护装置(
2、zhungzh)(zhungzh)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、继电保护运行及维修电保护的设计、继电保护运行及维修 继电保护装置继电保护装置(zhungzh)(zhungzh)是反映电力系统中电气元件发生故障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或发出信号或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号第2页/共35页第三页，共35页。3 3 电力系统电力系统(din l x tn)(din l x tn)的运行状态的运行状态故障类型故障类型各种类型的短路各种类型的短路(du
3、nl)(dunl)故障故障d(3)d(3)、d(2)d(2)、d(1)d(1)、d(1,1)d(1,1)和断线（单相、两和断线（单相、两相）相）短路短路(dunl)(dunl)故障是最常见、最危险的故障故障是最常见、最危险的故障第3页/共35页第四页，共35页。短路的危害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(kud)(kud)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页第五页，共35
4、页。不正常运行状态不正常运行状态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(gzhng)(gzhng)的运行状态的运行状态 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页第六页，共35页。4 继电保护(j din bo h)的基本原理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，就可找到一个保护原理，分析正常运行与故障时电力系统中电气量的变化特征，就可找到一个保护原理，通过保护原理来判断出其运行状态通过保护原理来判断出其运行状态(zhun
5、gti)(zhungti)。需要找到正常运行状态需要找到正常运行状态(zhungti)(zhungti)与故障状态与故障状态(zhungti)(zhungti)之间的区别之间的区别第6页/共35页第七页，共35页。正常状态和故障状态的区别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 双侧电源双侧电源(dinyun)(dinyun)区分保护设备的范围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 、
6、过热保护、过热保护 第7页/共35页第八页，共35页。按照保护原理的分类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功率(gngl)(gngl)方向保护方向保护阻抗（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(j din bo h)的分类第8页/共35页第九页，共35页。按照故障类型按照故障类型(lixng)(lixng)的分类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页第十页，共35页。按照被保护设备的分类按照被保护设备的分类输电输电(shd
7、in)(shdin)线路保护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页第十一页，共35页。按照保护设备的硬件构成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集成电路(jchng-dinl)(jchng-dinl)型保护型保护微机型保护微机型保护第11页/共35页第十二页，共35页。6 6 继电保护继电保护(j din bo h)(j din bo h)的基本要求的基本要求 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。求：选择性、速
8、动性、灵敏性和可靠性。选择性选择性是指继电保护动作时，仅将故障是指继电保护动作时，仅将故障(gzhng)(gzhng)元件从系统中切除，元件从系统中切除，保证大多数的无故障保证大多数的无故障(gzhng)(gzhng)的电气设备正常运行。的电气设备正常运行。第12页/共35页第十三页，共35页。几个基本概念几个基本概念主保护：是指满足系统稳定和设备安全要求，并能以最快的速度有选主保护：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择的切除被保护设备和线路(xinl)(xinl)故障的保护故障的保护 后备保护：在主保护和断路器据动时，用来切除故障的保护后备保护：在主
9、保护和断路器据动时，用来切除故障的保护 ，包括近，包括近后备和远后备保护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，当主保护和后备保护辅助保护：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退出运行而增设的简单保护 第13页/共35页第十四页，共35页。速动性速动性是指继电保护以允许而又可能的最快速度动作于断路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。器的跳闸，断开故障元件或线路。灵敏性灵敏性指保护在应该动作时，不要据动；在不应动作时，不指保护在应该动作时，不要据动；在不应动作时，不要误动。要误动。继电保护对其保护范围
10、继电保护对其保护范围(fnwi)(fnwi)内发生的故障或不正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，常运行的反应能力；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。可靠性可靠性第14页/共35页第十五页，共35页。对于大部分的线路，拒动必然导致损坏设备，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，还可以通过自动坏，但是，还可以通过自动(zdng)重合闸和手
11、动合重合闸和手动合闸来闸来 避免扩大停电范围。避免扩大停电范围。为此，为此，220kV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页第十六页，共35页。7 继电保护(j din bo h)的发展按照保护原理按照保护原理(yunl)(yunl)的发展的发展19011901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
12、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页第十七页，共35页。按照继电保护硬件装置按照继电保护硬件装置(zhungzh)(zhungzh)的发展的发展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页第十八页，共35页。计算机在继电保护计算机在继电保护(j din bo h)(j din bo h)领域中的应用领域中的应用和发展概况和发展概况 （1 1）世界微
13、机保护的发展历史）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年后，推出各种定型的商业性微机保护(boh)(boh)产品，产品，并迅速推广。并迅速推广。第18页/共35页第十九页，共35页。（2 2）我国微机）我国微机(wi j)(wi j)保护的发展历史保护的发展历史 70 70年代后半期开始，对国外
14、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距离保护样机在河北马头(m tu)(m tu)电厂投入试运行。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
15、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页第二十页，共35页。微机微机微机微机(wi j)(wi j)(wi j)(wi j)继电保护装置的特点继电保护装置的特点继电保护装置的特点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(w
16、n(wn chng)chng)，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。微微机保护具有很强的自检功能，一旦发现硬件损坏就会发出警报。机保护具有很强的自检功能，一旦发现硬件损坏就会发出警报。（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，微微机机保保护护的的可可靠性已经完全能够满足电力系统的要求。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、
17、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障后后的的多多种信息，有助于运行部门对事故的分析和处理。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页第二十一页，共35页。8 微机(wi j)保护发展趋势1 1）从应用）从应用(yngyng)(yngyng)上，向高可靠性、简便性、开放性、通用性、灵活性和动上，向高可靠性、简便性、开放性、通用性、灵活性和动作过程透
18、明化方向发展。作过程透明化方向发展。2 2）从原理上，向智能化、模块化、网络化和综合化方向发展。）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页第二十二页，共35页。1 1）保保证证全全国国性性互互联联电电网网的的运运行行安安全全性性是是电电力力(dinl)(dinl)发发展展的头等大事的头等大事 我我国国电电网网发发展展的的总总方方针针：“西西电电东东送送、南南北北互互供供、全全国国联联网网”。西西南南部部省省份份向向东东部部地地区区输输送送电电力力(dinl)(dinl)将将达达到到20002000万万千千瓦瓦，交交直直流流输输电电线线路路超超过过2020回回，输输
19、电电距距离离上上千千公公里里。如如何何避避免免故故障障时时的的连连锁锁反反应应，保保证证远远距距离离和和大大功功率率的的输输电电断断面面的的运运行行安安全全性性是是电电力力(dinl)(dinl)发展迫切需要解决的现实问题。发展迫切需要解决的现实问题。第22页/共35页第二十三页，共35页。2 2）高高效效、可可靠靠的的继继电电保保护护和和紧紧急急控控制制系系统统是是保保障障西西电电东送和全国联网安全运行的关键技术东送和全国联网安全运行的关键技术 鉴鉴于于电电力力系系统统运运行行方方式式(fngsh)(fngsh)的的多多变变性性、电电网网功功率率的的实实时时平平衡衡特特性性，和和故故障障发发
20、生生的的不不可可完完全全避避免免和和随随机机性性，高高性性能能的的继继电电保保护护是是保保障障电电网网安安全全运运行行的的第第一一道道屏屏障障。任任意意坚坚强强的的网网络络都都必必须须快快速速、可可靠靠地地切切除除故故障障元元件件，任任意意坚坚强强的的网网络络在在一一系系列列的的元元件件被被切切除除后后都都有有可可能能变变为为薄薄弱弱网网络络。保保证证故故障障元元件件被被继继电电保保护护切切除除后后剩剩余余网网络络的的安安全全性性，高高速速有有效效的的安安全全稳稳定定紧紧急急控控制制系系统统是是安安全全运运行行的的第第二二道道屏屏障障。有有效效、可可靠靠的的继继电电保保护护和和安安全全稳稳定定
21、紧紧急急控控制制系系统统是是保保证证电电网运行安全性的重要物质条件。网运行安全性的重要物质条件。第23页/共35页第二十四页，共35页。3 3）西电东送、全国联网给继电保护和紧急控制提出了新的挑战）西电东送、全国联网给继电保护和紧急控制提出了新的挑战现有的继电保护能否满足更高一级电压（现有的继电保护能否满足更高一级电压（750kV750kV）网络对动作速度、暂态性能的要求。）网络对动作速度、暂态性能的要求。现有的电力元件主保护相互独立，故障元件被突然切除现有的电力元件主保护相互独立，故障元件被突然切除(qich)(qich)后是否会产生连锁的元件运行不正常而后是否会产生连锁的元件运行不正常而被
22、保护依次跳开，会否形成类似美、加的大停电事故？被保护依次跳开，会否形成类似美、加的大停电事故？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？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？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？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页第二十五页，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。保护以电力元件为对象，以切除故障元件为己任，整个电网
23、主保护系统(xtng)并不协同动作，可能会出现因为保护正确动作而造成系统(xtng)的瓦解，缺乏输电断面或网络的保护。互联系统(xtng)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页第二十六页，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(knng)的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。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。区域系统的暂态稳定性预测和紧急控制，我国极为重视，
24、从上世纪80年代就开始研究和应用，尚未出现美、加那样的大停电。第26页/共35页第二十七页，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(bgu)、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页第二十八页，共35页。欧州：欧州：网架坚强、输电距离短；保护的制造、运行水平网架坚强、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。与我国相当，动作速度、原理研究比我国稍差。日本日本(r
25、bn)(r bn)：输电距离短、网架比我国坚强；重视安全稳定性输电距离短、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。紧急控制系统的研究与建设。第28页/共35页第二十九页，共35页。前苏联：网架和输电(shdin)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的联系方面，不如我国。第29页/共35页第三十页，共35页。对于运行中的互联电力系统：对于运行中的互联电力系统：局局部部系系统统内内部部元元件件的的故故障障或或扰扰动动，由由切切除除故故障障元元件件和和在在局局部部系系统中采取措施来消除，不使它的影响扩散到局部系统外；统中采取
26、措施来消除，不使它的影响扩散到局部系统外；区区域域系系统统之之间间输输电电断断面面上上联联络络线线的的故故障障，首首先先切切除除故故障障元元件件并并尽量保持输电断面的完整性；尽量保持输电断面的完整性；互互联联系系统统失失稳稳后后，应应按按功功率率尽尽可可能能平平衡衡的的原原则则(yunz)(yunz)解解列列，避免大面积停电事故。避免大面积停电事故。第30页/共35页第三十一页，共35页。6）基于上述学术思想，该项目的研究思路为：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(wnt)，并采用元件保护的新原理加以解决；研究西电大功率东送在输电断面上可能出现的问题(w
27、nt)，构建网络保护和紧急控制一体化的保障体系来解决；采取自适应的解列手段防止事故的扩大。第31页/共35页第三十二页，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(fngf)，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(fngf)：研究可靠的瞬时与永久故障的区分方法(fngf)，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页第三十三页
28、，共35页。（4)4)“输输电电断断面面”保保护护系系统统的的研研究究：利利用用输输电电断断面面的的广广域域运运行行信信息息，预预测测单单元元件件故故障障被被切切除除(qich)(qich)后后断断面面其其它它元元件件的的运运行行状状态态，动动态态改改变变保保护护定定值值，如如短短时时允允许许过过负负荷荷、直直流流功功率率的的短短时时增增加加等等，以以避避免免非故障元件被连锁切除非故障元件被连锁切除(qich)(qich)。第33页/共35页第三十四页，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、）自适应理论、模糊数学、神经元网络、小波分析、智能智能 方法和形态学方法等各种方法和形态学方法等各种(zhn)(zhn)理论在继电保理论在继电保护中的应用研护中的应用研 究。究。发展发展(fzhn)动向动向第34页/共35页第三十五页，共35页。