12月繼電保護講座

全球幾個大電網停電事故2003年8月14日下午4點13分美加大停電2005年5月俄羅斯發(fā)生大面積停電2006年11月4日歐洲大停電

美加大停電

“供電可靠性是電力系統(tǒng)的生命線，而智能電網的運用將大大提升供電可靠性?！睘槊绹鴸|部5100萬人口提供電力服務的PJM電網副總裁卡爾·費曼對早報記者說。

想普及智能電網，比起天花亂墜的說辭，這是最樸實、最具說服力的解釋。

傳統(tǒng)電網的不可靠性對美國人而言，有深刻的體會——2003年發(fā)生了美加大面積停電事故，美國和加拿大受影響的總人口達到5000萬，經濟損失至少60億美元。

因此，美國人拓展智能電網的腳步一刻不停，賓夕法尼亞州早在2008年11月14日就立法規(guī)定所有的新建筑必須安裝智能電表，并在未來15年內達到全州普及的目標……

PJM電網的媒體公關經理雷·多特（RayDotter）對2003年美加大面積停電事故至今記憶猶新。

2003年8月14日下午4點13分，美國東部和加拿大聯(lián)合電網發(fā)生了北美歷史上最大范圍的停電，事故波及美國的密西根州、紐約州、新澤西州、馬薩諸塞州等8個州以及加拿大的安大略、魁北克省，受影響的總人口達到5000萬。美國能源部估計這次大停電造成至少60億美元的經濟損失。

美加大停電

增強供電可靠性

根據美加電力系統(tǒng)停電事故分析專家小組2004年4月公布的調查結果，2003年美加大面積停電事故的直接原因是由于俄亥俄州的一家電力公司沒有及時修剪樹木，導致在用電高峰期，高壓電纜下垂，觸到樹枝而短路。短路的電纜造成這家發(fā)電廠以其輸電線跳閘，最終在整個電網系統(tǒng)中觸發(fā)多米諾骨牌效應。

“供電可靠性是我們電力系統(tǒng)的生命線。這次事故實際暴露了電網中缺乏同步實時數(shù)據監(jiān)控、事故預警和自動調節(jié)的裝置?！辟M曼說：“智能電網科技在電網實時監(jiān)控的數(shù)據分析領域的運用將能大大提升供電可靠性?！倍砹_斯大停電

莫斯科市南部110kV電網的電壓降至85～90kV，同時莫斯科電網的9座電廠及圖拉電網的4座電廠全部或者部分停機，導致系統(tǒng)電壓崩潰，321座變電站全停。

26日18時，全部停電地區(qū)才恢復正常供電。

事故調查報告表明，設備老化是引發(fā)莫斯科停電事故的直接原因。恰吉諾變電站的110kV～500kV電流互感器中，運行時間超過40年的就達到122臺。據莫斯科電力公司2001年6月的統(tǒng)計，其設備平均老化率已達到45％-47％。另外，過負荷的架空線路弧垂增大，對樹木和其它障礙物放電閃絡，引起線路保護動作。在此情況下運行人員未采取拉路限電措施，使運行線路的負荷增大、電壓下降，導致事故聯(lián)鎖發(fā)展，引發(fā)電網大面積停電。系統(tǒng)備用容量不足，也是莫斯科大面積停電的重要原因之一。

據估計，此次莫斯科大停電造成損失至少10億美元。停電引發(fā)的交通癱瘓是俄羅斯近年來最嚴重的一次。停電造成43條地鐵線路中斷運行，莫斯科街上236個交通信號燈熄滅，引發(fā)一系列交通事故，交通擁堵嚴重，數(shù)以千計的人涌入嚴重超載的巴士。停電使1500人困在電梯內。至少20家醫(yī)院因停電被迫啟動備用電源。莫斯科證券交易所的交易被迫中斷。圖拉地區(qū)一家化工廠因停電發(fā)生爆炸。停電地區(qū)空調停運，居民搶購飲用水，出租車提價，社會秩序一片混亂。

歐洲大停電法國共有包括巴黎、里昂在內的16個地區(qū)停電，多達500萬人受到影響。巴黎消防隊員4日深夜接到了40多個求助電話，都是被困在電梯里的人打來的。多數(shù)地方在60分鐘內恢復電力，而有的地方持續(xù)了約90分鐘。法國總工會礦業(yè)及能源部的領導人馬里恩說：“11月4日的停電是法國30年來最嚴重的一次，尤以東部的情況最糟糕。”法國電力公司RTE的發(fā)言人皮耶·波納表示，德國電網失靈破壞了歐洲電網的平衡，令法國電力捉襟見肘，為避免全面停電，電腦系統(tǒng)切斷了對部分用戶的供電。此外，斷電引發(fā)的“多米諾骨牌效應”還波及到比利時、意大利、西班牙、奧地利、荷蘭、克羅地亞。意大利超過10萬人受影響，主要集中在都靈及其附近地區(qū)。RTE公司發(fā)言人波納說：“我們差點就看到歐洲全面停電?！庇脩笔蛛婇喿x的歐洲少女

繼電保護及自動裝置的發(fā)展史繼電保護及自動裝置的作用繼電保護及自動裝置的配置事故案例目前我廠電網中涉及繼電保護及協(xié)調控制的幾方面問題繼電保護及自動裝置的發(fā)展史國外繼電保護的發(fā)展國內繼電保護的發(fā)展包鋼繼電保護的發(fā)展國外繼電保護的發(fā)展早在50年代就出現(xiàn)了利用故障點產生的行波實現(xiàn)快速繼電保護的設想。

經過20余年的研究，終于誕生了行波保護裝置。由于行波保護具有超高速動作性能，同時能夠克服傳統(tǒng)工頻量保護易受電流互感器飽和、系統(tǒng)振蕩和長線分布電容等影響的缺點，目前，世界上廣泛采用了行波保護作為高壓直流線路保護的主保護。然而，目前國內外所投運的行波保護普遍存在著可靠性不高的問題。與此同時，構成繼電保護裝置的元件、材料、保護裝置的結構型式和制造工藝也發(fā)生了巨大的變革.50年代以前的繼電保護裝置都是由電磁型,感應型或電動型繼電器組成的,這些繼電器統(tǒng)稱為機電式繼電器.本世紀50年代初由于半導體晶體管的發(fā)展,開始出現(xiàn)了晶體管式繼電保護裝置,稱之為電子式靜態(tài)保護裝置.70年代是晶體管繼電保護裝置在我國大量采用的時期,滿足了當時電力系統(tǒng)向超高壓,大容量方向發(fā)展的需要.80年代后期,標志著靜態(tài)繼電保護從第一代(晶體管式)向第二代(集成電路式)的過渡.目前,后者已成為靜態(tài)繼電保護裝置的主要形式.

國外繼電保護的發(fā)展國外繼電保護的發(fā)展國內繼電保護的發(fā)展60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代。其中天津大學與南京電力自動化設備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護，運行于葛洲壩500kV線路上，結束了500kV線路保護完全依靠從國外進口的時代。在此期間，從70年代中，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。80年代末集成電路保護已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護。

國內繼電保護的發(fā)展90年代初集成電路保護的研制、生產、應用仍處于主導地位，這是集成電路保護時代。在這方面南京電力自動化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護起了重要作用，天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的集成電路相電壓補償式方向高頻保護也在多條220kV和500kV線路上運行。從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究，高等院校和科研院所起著先導的作用。華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大學、天津大學、上海交通大學、重慶大學和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。

國內繼電保護的發(fā)展國內繼電保護的發(fā)展包鋼建廠時，大量采用蘇式的直接作用于斷路器的一次式的電磁型過電流繼電器。90年代初晶體管繼電器在03#、26#、44#等所使用。集成電路繼電器使用非常短暫，94年采購，由于公司大型基建項目緩建，直到2001年才于80#變應用。1999年72#變投運了公司最早的微機保護——南瑞110kV線路保護LFP-941。我廠第一套電磁型低壓低頻解列裝置同期投運。2000年公司第一套110kV線路光線差動保護在51#變投運。這在華北也是第一套。2001年裝備有微機保護監(jiān)控裝置的第一個綜合自動化站39#變投運。2005年微機型分段備自投裝置在70#變系統(tǒng)廣泛使用。2007年81#投運了第一套220kV線路重合閘裝置，在運行的重合閘線路還有42-50聯(lián)絡線。2007年同期裝置、涌流合閘抑制器等裝置在77#、71#、80#等所開始應用。包鋼繼電保護及自動裝置的發(fā)展電力系統(tǒng)故障和異常運行1、電力系統(tǒng)的三種運行狀態(tài)：正常、故障和異常運行狀態(tài)。最常見的故障就是短路，最常見的異常運行狀態(tài)是過負荷。2、電力系統(tǒng)的事故和不正常運行狀態(tài)a.短路事故短路是輸電線路和電氣設備最嚴重的故障，它可以分為對稱短路(三相短路)和不對稱短路，后者又分為單相短路、兩相短路、兩相短路接地。短路最基本的特點：電流增大、電壓降低。短路將影響用戶的正常工作，影響產品質量，可能導致系統(tǒng)運行穩(wěn)定性被破壞。b.不正常運行狀態(tài)電氣設備的不正常運行狀態(tài)有多種，如小接地電流系統(tǒng)的單相接地，電氣設備溫度過高，過負荷，發(fā)電機轉子一點接地等等。發(fā)生不正常運行狀態(tài)時，不需立即將設備從電網中切除，只發(fā)出預告信號，通知值班人員以便及時處理，使系統(tǒng)恢復正常運行，這也要借助于繼電保護裝置。繼電保護及自動裝置的作用繼電保護的任務電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，快速地有選擇地通過斷路器將故障回路斷開；電力系統(tǒng)發(fā)生異常運行情況時，發(fā)出信號提示值班人員處理，從而保護電氣設備的安全。安全自動裝置的作用

當系統(tǒng)事故后和不正常運行時，自動進行緊急處理，以防止大面積停電和保證對重要負荷連續(xù)供電及恢復系統(tǒng)的正常運行。如自動重合閘、備用電源自動投入、低頻率減負荷及遠方切機、切負荷裝置等。

繼電保護及自動裝置的作用包鋼繼電保護及自動裝置的配置電容電磁CTPT其他非電氣量光CTPT保護自動監(jiān)控裝置斷路器繼電保護及自動裝置系統(tǒng)預警系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)采樣元件分析決策元件執(zhí)行元件包鋼建廠過去包鋼供電系統(tǒng)是一個簡單的配電網絡，最高電壓等級為110kV。包鋼51#、52#、71#變電站的保護配置則完全按照傳統(tǒng)配電網模式配置保護。110kV電源進線為過流、時限速斷保護（51#變電站進線還有一套與包頭一電廠出線配合的線路縱差保護），通常由于時限配合困難，將電源進線的過流、時限速斷保護退出。主變壓器配置差動保護及復合電壓閉鎖過電流保護。35kV和10kV饋出線是下一級車間變電站的電源，一般配置過流保護和時限速斷保護。由于時限配合困難，車間變電站電源進線一般不設保護，配出線直接帶終端用電設備（電動機或變壓器），保護通常配置過流和速斷保護。包鋼繼電保護及自動裝置的配置

包鋼近幾年隨著包鋼生產規(guī)模的擴展，包鋼陸續(xù)又新上了2座220kV80#、81#變電站和8座110kV70#、72#、73#、74#、75#、76#、77#、78#變電站，新舊35kV和10kV中低壓變電站達到50多座，包鋼供電系統(tǒng)得到了空前的發(fā)展，同時繼電保護及自動裝置配置也得到了極大提升。首先在110kV及以上電壓等級的母線及線路上均配置了能夠快速動作的微機型母線差動保護及線路縱差保護。其次由于包鋼電網供電半徑小、負荷重、事故聯(lián)絡線密集、電壓級差多且為多級串聯(lián)供電的特點，傳統(tǒng)繼電保護很難整定，且時限配合困難，因此在35kV和10kV饋出線路上也應用了微機型的簡易短線路縱差保護，極大的提高了各級保護的選擇性、快速性、靈敏性和可靠性。微機型分段備自投裝置、同期裝置、涌流合閘抑制器等裝置得到推廣。包鋼繼電保護及自動裝置的配置

一、事故經過：2005年4月17日12點38分，一電廠10KV供電系統(tǒng)發(fā)生B相單相接地故障，12：50接地解除，同時該系統(tǒng)中有5條線路跳閘：30＃變電所送31變1＃線過流保護動作跳閘；一電廠送1942（03＃變電所二受電）過流保護動作跳閘；新01＃變電所四受電跳閘，III-IV母聯(lián)BZT重合成功；熱電開關站送事故電源2＃線過流保護動作跳閘；中空1＃線過流保護動作跳閘。經查31變1＃線電纜被凱捷公司在新豎爐施工中破壞，造成單相弧光接地12分鐘，引起一電廠10KV系統(tǒng)過電壓，造成以下各所受影響：一電廠送1942一電廠側計量CT爆炸。新01＃變電所IV段母線避雷器爆炸。事故電源2＃線電纜受損。焦化廠、煉鐵廠一燒、二燒、氧氣廠等現(xiàn)場部分設備跳閘。03＃變電所直流系統(tǒng)充電機擊穿，造成保護及操作電源消失。

03#變電所受電撤回的事故案例

事故原因一電廠10KV系統(tǒng)為發(fā)電機機端直供系統(tǒng)，三段母線并列運行，出線全部為電力電纜，系統(tǒng)電容電流太大。目前該系統(tǒng)補償能力不足，已形成欠補狀態(tài)，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，由于弧光已不能自行熄滅且多次重燃從而引發(fā)系統(tǒng)弧光過電壓事故。03#變電所直流系統(tǒng)異常。03#變電所受電撤回的事故案例

防范措施更換03＃變電所直流屏，同時對全廠直流屏進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題立即處理，并建檔。同一電廠聯(lián)系讓一電廠盡快更換消弧線圈，使其處于過補狀態(tài)。31變1＃線電纜被凱捷新豎爐施工破壞，造成單相接地12分鐘后跳閘，引起一電廠10KV系統(tǒng)過電壓，建議公司加強基建施工管理。加強北部電網改造速度。大型及重要電機加裝具有缺相保護功能的微機保護裝置。03#變電所受電撤回的事故案例

事故經過2007年7月14日1：20分，80#變電所2#主變壓力釋放保護動作，造成80變110KVII母失電，76變10KVII母失電，熱力2#發(fā)電機解網，73、74#變110KVII母失電，39#變10KVII母失電，71變110KVI、IV母失電，46、47、48#變10KVI母停電。

80#變電所2#主變跳閘的事故案例

事故原因80#變電所2#主變保護回路二次線發(fā)生兩點接地，造成2#主變壓力釋放保護誤動作。由于80#變多年戶外電纜溝、端子箱封閉不嚴，二次線混亂、環(huán)境較差，從值班人員、車間管理人員及設備管理部門沒有足夠重視，也沒有狠下決心進行徹底排查。隨著時間推移，所有人員習以為常，直至故障發(fā)生。

80#變電所2#主變跳閘的事故案例

事故經過2005年11月16#變電所一受電電纜被凱捷施工破壞造成單相接地10分，16#變電所兩臺PT柜全部爆炸。事故原因兩臺PT柜的二次開口三角與微機消諧儀間連接線錯誤，造成短路，以至于單相接地發(fā)生時PT燒損爆炸。16#變電所PT爆炸的事故案例

繼電保護及協(xié)調控制中存在的幾方面問題

——從系統(tǒng)的角度宏觀分析電網結構不合理保護級差不夠，定值難以匹配電網穩(wěn)定性控制問題電網污染的問題快速性與電壓陡降電流互感器飽和問題電網結構不合理71#變送出的冶稀1#、2#線，帶有56#、57#、58#變，10kV母線故障無選擇性。74#送出的南水線，帶52#、35變，10kV母線及主變故障無選擇性。目前在改造中的通廊1#、2#線，既帶有熱電發(fā)電機，又帶有選礦各所，為了滿足選擇性，故障切除時間太長，故障對一次設備及系統(tǒng)危害極大。電網穩(wěn)定性控制問題隨著公司自發(fā)電機組裝機容量的不斷增加，特便是CCPP等大型機組的并網運行，公司為在內部平衡電能，對電網進行了大規(guī)模調整，使得負荷高度集中于72#、80#和81#等部分站所，包鋼電網與系統(tǒng)連接薄弱。與系統(tǒng)聯(lián)絡線發(fā)生故障時，包鋼電網系統(tǒng)頻率下降，電網自備發(fā)電廠的發(fā)電機組失步運行，進而導致電網的完全瓦解。從而使包鋼造成巨大的人身、設備以及經濟損失。電網污染的問題帶鋼廠、無縫廠、軌梁廠和棒材廠電能質量不達標.當系統(tǒng)電流中含有諧波，并且三相諧波并不相等也不對稱時，負序濾波器就有很大的諧波輸出，加之裂相回路對諧波的進一步放大作用，使整流出的直流脈動很大，因而使保護誤啟動。電磁型電壓繼電器的動作還與流過其線圈的電流有效值平方成比例。線圈匝數(shù)很多，阻抗分量很大，其阻抗看作為R+jωL。因對不同頻率而言，ωL也不同，高次諧波使動作值增大的原因是線圈阻抗增大。當含有諧波的電壓接入繼電器時，動作值誤差一般為正誤差，低壓繼電器這時很容易動作。

電磁型繼電器的動作速度較慢，對定值誤差也要求不高，在諧波含量小于10%時，諧波對其影響不太大。但是，在諧波含量很大并且各次諧波衰減又較慢的場合，電磁型繼電器誤動也會造成大的系統(tǒng)事故。諧波對距離保護的影響

距離保護裝置中的測距元件，通常按線路的基波阻抗整定。在故障情況下，當有諧波電流時（特別是三次諧波），所測的阻抗相對于基波阻抗值可能會有相當大的誤差。因而當故障電流流經高阻性的阻抗接地時，接地阻抗將是主要的。如果電流中諧波分量較大，應采取濾波措施，否則造成繼電器誤動的可能性很大。通過試驗，諧波含量在5%以下，則諧波對繼電器的影響不大。