2016国家电网招聘考试电力系统专业知识：继电保护原理

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　　电力系统继电保护原理

　　知识点

　　一、继电保护的作用

　　二、继电保护的基本原理及其组成

　　三、对继电保护的基本要求

　　一、继电保护的作用

　　背景：

　　电力系统是发电、输电、配电、用电组成的一个实时的、复杂的联合系统。

　　电力生产的特点：

　　电能无法大 存储，电能的生产与消耗几乎是时刻保持平衡。

　　因此，不能中断——>可靠性要求极高!

　　电力系统一次设备：

　　发电机、变压器、母线、输电线路、电动机、电抗器、电容器等组成的电能传输设备(属于高压设备)。

　　电力系统二次设备：

　　对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制与保护的设备(从TA、TV获得成正比的“小信号”——>相额定电压57.7V，额定电流1A或5A)。

　　根据不同的运行条件，可以将电力系统运行状态分为：

　　正常状态、不正常状态、故障状态。

　　正常状态：

　　等约束和不等约束条件都满足，电力系统在规定的限度内可以长期安全稳定运行。

　　关键的指标：Ue±10%,△f≤±0.2Hz，

　　潮流限制

　　不正常状态：

　　正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。

　　等约束条件满足，部分不等约束条件不满足。

　　例如： 负荷潮流越限;

　　发电机突然甩负荷引起频率升高;

　　系统无功缺损导致频率降低;

　　非接地相电压升高;

　　电力系统发生振荡等等。

　　故障状态：

　　一次设备运行中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作，以及自然灾害等各种，导致原因发生短路、断线。

　　1、变压器短路故障

　　2、带负荷拉闸

　　正常状态和大部分的不正常状态可以由以下措施予以调节和控制：

　　1)有功、无功潮流和电压、频率的调整

　　——调整发电机出力、变压器分接头、负荷等;

　　2)自动化装置

　　——备用电源自动投入(备自投)、自动准同期装置、自动按低频减载(低压减载)、

　　自动解列、过电压检测等。

　　电力系统发生短路故障是不可避免的，如雷击、台风、地震、绝缘老化，人为因素等引起。

　　伴随着短路

　　——>出现电流增大、电压降低

　　——>从而导致设备损坏、绝缘破坏、断 电和稳定破坏，甚至使整个电力系

　　统瘫痪等。

　　短路的危害：

　　(1)短路电流大，燃弧，易使元件损坏;

　　(2)电压降低，电力用户正常的生产、生

　　活受到影响;

　　(3)破坏电力系统并列运行的稳定性，引

　　起系统振荡，甚至系统崩溃。

　　——>大停电

　　当某一设备发生故障时，切除故障的时间通常要求几十到几百毫秒，

　　——>这就必须靠自动装置来完成切除故障的

　　任务，

　　——>实现这种功能的自动装置就是继电保护

　　装置。

　　由于继电保护的特殊性，故，从自动化装置中“分离出来”，进行专门的研究与分析。

　　本课程重点讨论和研究：　　电力系统短路的识别与故障区域(元件)的判断。

　　继电保护是电力系统的重要组成部分，是保证系统安全、可靠运行的主要措施之一。

　　虽然电力系统出现故障的几率较低，但继电保护必须时时刻刻护卫着电力系统，在没有继电保护情况下，电力系统不能直接投入使用。

　　类似于军队与国家安全的关系。

　　继电保护通过断路器实现故障点小范围的隔离(切除)，包括实现停电范围小，并可以完成自动恢复供电。

　　继电保护的作用(或称为任务)是：

　　1)自动、迅速、有选择地向断路器发出跳闸命令，将故障元件从电力系统中切除 ，保证其他无故障部分迅速地恢复正常运行。

　　2)反应元件的不正常运行状态，发出信号，或进行自动调整，甚至跳闸。

　　各种类型的短路是常见也是危险的故障状态。

　　短路类型：

 　　不对称性短路 对称性短路

　　高压电网中，单相接地短路次数占总短路次数的85%以上。

　　有时，为了明确具体的故障相别，采用带下标的符号：

　　继电保护装置： 反应电力系统中电气设备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。

　　电力系统继电保护 泛指继电保护技术以及由各种继电保护装置构成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术及相关设备。

　　二、继电保护的基本原理及其组成

　　为完成继电保护的基本任务，必须正确区分正常运行、不正常运行和故障状态，寻找这三种运行状态下的可测参量(电气量和非电气量)的“差异”。

　　根据可测参量(电气量)的不同差异，可以构成不同原理的继电保护。

　　下面，先简单了解正常与短路的“差异”。

　　正常状态

　　短路状态

　　短路的主要特征归纳：

　　1)电流增大—— 过电流保护

　　2)电压降低-----低电压保护

　　3)阻抗减小------阻抗保护(距离保护)

　　4)两侧电流大小和相位的差别 ---- 纵联差动保护(高频、微波、光纤)

　　5)不对称分量出现--零序或负序分量的保护

　　6)非电气量---瓦斯保护、过热保护

　　继电保护装置的构成示意图

　　测量部分：

　　测量有关电气量，与整定值比较，给出“是”或“非”，“0” 或 “1”， “大于”、“不大于”、“等于” 等性质的一组逻辑信号，判断保护是否应该启动。

　　继电保护装置的构成示意图

　　逻辑部分：

　　根据测量部分输出信号的大小、性质、先后顺序等，使保护按一定的逻辑关系判定故障类型和范围，确定是否应该使断路器跳闸或发出告警信号，并将有关指令传达给执行部分。

　　继电保护装置的构成示意图

　　执行部分：

　　根据逻辑部分的输出结果，发出跳闸脉冲及相应动作信息，或发出告警信号。

　　控制跳闸、调整，或通知值班人员。

　　继电保护的工作回路示意图：

　　包括 TV 、 TA、二次电缆、保护装置、信号设备、工作电源等。

　　三、对继电保护的基本要求

　　1、选择性

　　2、速动性

　　3、灵敏性

　　4、可靠性

　　简称为：继电保护“四性要求”

　　1、选择性

　　保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽可能小，并保证系统中非故障部分继续安全运行。

　　有选择性：靠近短路点的断路器跳闸。

　　2、速动性

　　要求继电保护装置以尽可能短的时限将故障切

　　除，减少用电设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。

　　必须快速切除的故障情况：

　　1)发电厂或变电站母线故障;

　　2)大容量发电机、变压器和电动机内部故障;

　　3)电网并列运行的重要联络线发生的故障等。

　　快速切除故障，有利于提高系统并列运行的稳定性。

　　2、速动性

　　故障切除时间

　　= 保护装置动作时间 + 断路器动作时间

　　0.02～0.12s 0.06～0.15s

　　对于高电压等级

　　0.01～0.04s 0.02～0.06s

　　220kV及以上系统，要求的标准：

　　动作时间≤30毫秒。

　　3、灵敏性

　　指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。

　　4、可靠性
 

　　指保护装置在其规定的保护范围内发生故障，应能够可靠动作，不拒动(可信赖性);而在保护范围之外的故障，应能够可靠的不动作，不误动(安全性)。

　　可靠性是评价继电保护性能的主要指标：

　　该指标除了不反映速动性之外，在很大程度上反映了可靠性、灵敏性、选择性。

　　影响可靠性的因素：

　　1)内在：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、接线回路简明等。

　　2)外在：运行维护水平、调试是否正确、正确安装等。

　　提高不误动的安全措施与提高不拒动的信赖性往往也是矛盾的。

　　特殊情况下，侧重点可以有所不同。

　　1)电网联系紧密，系统备用容量充足，保护误动对系统影响较小;若保护拒动将会造成设备损坏或系统稳定性破坏，此时更应强调保护的不拒动(可信赖性);

　　2)系统联系较弱，保护误动将会带来严重后果时，更应强调保护的不误动(安全性)。

　　四性要求之间的关系：

　　选择性、速动性、灵敏性、可靠性是分析、研究、评价继电保护性能的基础，它们之间既有矛盾的一面(选择性与速动性是一对矛盾体;灵敏性与可靠性是一对矛盾体)，又要根据系统的实际运行情况、被保护元件的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到辨证的统一。

　　在保证可靠性和选择性的前提下，强调灵敏性，力争速动性。

　　“四性”是分析和研究继电保护的基础。对四性中的每一项要求都应当有度，应以满足电力系统的安全运行为准则，不应片面强调某一项而忽视另一

　　项，否则会带来不良的影响。

　　“四性”归纳：

　　1、选择性——让靠近短路点的断路器跳闸。

　　2、速动性——尽量快。

　　3、灵敏性——有足够的故障反应能力。

　　4、可靠性——不误动、不拒动。

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