新能源发电并网技术2016(6)

电力系统的运行状态
电 网 调 度 应用服务器
RTU
数据采集和传输
RTU RTU
发电
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输电
变电
Liu Dingxin/He Yingjie
配电
用电
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电力系统的运行状态
电力系统的运行状态 – 正常状态（所有参量均不越限） – 非正常状态（发生参量越限，但尚未危及设备和系统 整体性） – 故障状态（危及设备必须尽快切除），其中最常见同 时也是最危险的故障类型是短路故障。 短路故障：电路中非等电位点（幅值或相位不等）接触。
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变压器的结构
高压套管 变压器油 油箱 净油器 铁芯 信号温度计 绕组（线圈） 活门 放油阀
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分接开关 低压套管 气体继电器 防爆管 油枕（储油器） 油表 呼吸器（吸湿器）
U1
A
1QF
B
2QF k1
Es X s min X1l Es X s max
A
B
1QF 2QF k1
~

3 xsmax X 1l 2 xsmin
IkBmax
3 1 2 l
Es为系统等效电源的电势，Xs是保护安装处到等效电源的阻抗，Xl是线 路阻抗，l为保护安装处到故障点的距离。
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电力系统的运行状态
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Fra Baidu bibliotek
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电力系统的运行状态
简单故障：系统在同一时刻只有一个故障。 复杂故障：系统同时存在二个以上的故障。 瞬时性故障和永久性故障：输电线故障在电力系统故障占 很大比例，其中绝大多数都是瞬时性的，由于短路电弧等 作用使得在线路跳闸后绝缘得以恢复，通过自动重合闸等 措施，恢复线路运行，提高供电可靠性。
电力系统继电保护
解：断路器1QF处电流保护的整定计算：
( 3) I KB max
Es 115 3 1.21kA X sA min X AB 15 40
(3) Ik max (2) Ik min
电力系统继电保护
1QF处无时限电流速断保护的动作电流I Iop1： I Iop1＝ KIrel I K.Bmax 可靠系数KIrel可取1.2~1.3。 动作时间： t Iop1= 0s ~ 灵敏度： xsmax xsmin 用保护范围即它所 保护的线路的长度 的百分数来表示。 一般要求保护范围 IIOP1 不少于线路长度的 15%。
2. 动作迅速：
对用户来说，快速切除故障可以减少非故障用户元件在低电压下运 行的时间，利于电动机自启动，保持用户电气设备的不间断运行； 对于系统中的电气设备而言，保护动作越快，对通过故障电流的电 气设备损坏越小；对电力系统中并列运行的发电机而言，保护动作 太慢，可能将使发电机之间失去同步。若短路时，相关保护迅速动 作切除故障，电源间功角不至拉开太大，系统能较容易地使失去同 步的电源进入再同步，恢复电力系统的正常运行。
电压互感器
电磁式电压互感器的工作原理：同电力变压器。一次绕组匝数 很多，并联在一次线路上，二次绕组匝数很少。
U1/U2= N1/ N2
散热器 铭牌 油样活门 放油阀门
N1 N2
U2
V
二次侧额定电压为100V
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电压互感器
电容式电压互感器的工作原理
什么？
为什么电磁式电压互感器二次侧不允许短路？而电流互感
器二次侧不允许开路？
新能源发电并网技术
刘定新，电气学院电器教研室，副教授
Tel：15209228245 Email：liudingxin@mail.xjtu.edu.cn
相比于普通限流电抗器，分裂电抗器的优缺点是什么？ 电容器在电力系统中的作用是什么？ 为什么电力系统需要无功补偿？常用哪些方式来实现？
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电力系统的运行状态
2003年8月14日美国东北部大停电
电力系统继电保护
继电保护一门研究电力系统自动识别故障并排除故障元件的自 动装置的技术学科。 继电保护自动装置
能反映电力系统中电气元件故障或不正常运行状态并动作于断路器跳 闸或发出指示信号的一种自动装置。
0 Lmin Lmax
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电力系统继电保护
相间短路电流保护整定计算举例
例1： 试求AB线路断路器1QF处无时限电流速断保护的整定值与 保护范围（灵敏度）。图中电源电势为 115kV ， A处电源的最大、 最小等值阻抗为： XsAmax ＝ 20Ω ， XsAmin ＝ 15Ω ，线路的阻抗为： XAB＝40Ω，XBC＝26Ω，电流保护的可靠系数为：KIrel＝1.3。
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电力系统继电保护
对继电保护的基本要求
1. 有选择性：
指电力系统故障时，保护装置仅切除故障元件，尽可能地缩小停电 范围，保证电力系统中非故障部份继续运行。
电力系统继电保护
对继电保护的基本要求
UC2=C1/（ C1+C2）*U1=K1*U1
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电流互感器
电磁式电流互感器的工作原理：同电力变压器。一次绕组匝数 很少，串联在一次线路中，二次回路负载阻抗很小（仪表阻 抗），在运行中接近于短路状态。
K：分压比 改变C1和C2的比值，可得到不 同的分压比
I1/ I2= N2/ N1=K
何英杰，电气学院工企教研室，副教授
Tel：15289350568 Email：yjhe@mail.xjtu.edu.cn
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电力系统的保护与控制
电力系统的运行状态 继电保护 智能电网简介
k1 2QF B 3QF 4QF k2 5QF C
继电保护种类
1. 电流保护的原理 2. 低电压保护、过电压保护 3. 低阻抗(距离)保护 4. 方向保护 5. 纵联保护 6. 序分量保护等
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本堂课只讲这部分内容
输出电路：通常指开关量的输出。
~
6QF
~
执行元件：当接到逻辑回路或输出回路的跳闸或发信号等命令后， 执行其命令以完成继电保护所担负的任务。
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电力系统继电保护
相间短路的电流保护
无时限电流速断保护（电流保护I段）
动作原理与整定计算：无时限电流速断保护在任何情况下只切除 本线路上的故障。 以 AB 线路断路器 1QF 处的无时限电流速断保护为例，则必须 首先计算AB线路各处三相和两相短路时的短路电流以确定如 何计算该保护的动作电流和如何校验该保护的灵敏度。
电力系统继电保护
继电保护的装置构成
输入电路：将电力系统中的强电量变换成为满足继电保护二次电路 需要的各种弱电量。包括：各种互感器、变换器、序滤过器、滤波 回路、整流电路、模数变换等部件。 测量元件：电磁型：电流、电压、时间、中间等继电器；晶体管型： 电流、电压、方向元件等；微机型：通过软件实现。 逻辑元件：由各种门电路、时间电路、相位或幅值比较电路、加法 器、减法器、积分器及移相电路等中一个或几个部份组成。
1．并联电容器
用于补偿电力系统感性负 荷的无功功率，以提高功 率因数。 2．串联电容器 通常串联在330kV及以上的超高压线 路中，其主要作用是从补偿（减少） 电抗的角度来改善系统电压，以减少 电能损耗，提高系统的稳定性。
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1
2 1 2
3. 灵敏度好：
灵敏度是指继电保护对其保护范围内故障或不正常运行状态的 反应能力。 保护的灵敏度一般用灵敏系数(Ksen )来衡量。 对于反应物理量上升而动作的保护，其灵敏系数为： Ksen＝保护范围内金属短路时故障参数的最小计算值 ÷保护的整定值（动作值） 对于反应物理量下降而动作的保护，其灵敏系数为： Ksen＝保护的整定值（动作值） ÷保护范围内金属短路时故障参数的最大计算值
电力系统继电保护
电力系统继电保护
电力系统的三道防线
• 第一道防线：继电保护、安全稳定预防性措施（串补、 PSS、直流调制、联切负荷）。 • 第二道防线：区域性稳控系统，紧急控制措施：切机、快 关汽门、电气制动、强励、切负荷、直流调制等。 • 第三道防线：电网失步解列、频率/电压紧急控制，保证 解列后局部电网有功/无功平衡，防止事故扩大引发大面 积停电。进一步地，在大面积停电后，应用黑启动等恢复 控制策略逐步恢复电网整体性。
电力系统继电保护
电力系统继电保护的配置原则
对于电力系统中的电力设备和线路，应装设反映各种短路故 障和异常运行的保护装置，包括主保护和后备保护，必要时可再增 设辅助保护； 主保护：指满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选 择地切除被保护设备和线路故障的保护。 后备保护：在主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。 辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能不足或在主、后 备保护退出运行时而增设的简单保护。 Ø 各个相邻元件的保护范围必须有重叠区； Ø 对于电力设备和线路的异常运行状态（如过负荷等） 应有反映 异常运行的异常运行保护。
电力系统的运行状态
短路的危害 1）大电流发热：高温损坏设备，电弧将短时融化金属； 2）电磁力过大损坏设备； 3）电压降低导致设备工作不正常； 4）严重情况下引起系统大面积崩溃。 （短路）故障的特征 1）电气特征：电流（增大）、电压（降低）、序分量变 化（负序、零序）、阻抗（故障距离）、谐波等； 2）非电量：温度（上升）、气体（产生化学反应）等。
1―分支1端子；2―分支2端子；3―中间抽头端子 由于互感的作用使得每个分支的等效电抗与两分支的电流方向 及大小有关（正常情况下大小相等方向相反），从而起到限制 短路电流的作用。
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课堂作业
为什么要对变压器进行有载调压？分接开关的工作原理是
基本任务
自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免 于继续遭到破坏并保证非故障元件迅速恢复正常运行； 反映电气元件的不正常工作状态并根据实际运行条件作出不同反应
基本原则
可靠性、选择性、速动性、灵敏性
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二次侧额定电流为5A或1A
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限流电抗器
分裂电抗器 又称为双臂限流电抗器，它的绕组由导线缠绕方向相同的两个 分支构成，并在中间留有抽头。
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电力系统继电保护
对继电保护的基本要求
4. 可靠性高：
保护的可靠性高是指属于保护范围内的短路故障，保护应动作， 对于保护范围外的故障则应不动作。 该动作的而不动作称为保护拒动作。 不该动作的而动作称为保护误动作。
电力系统运行状态示意图
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电力系统继电保护
继电保护的基本原理与种类
继电保护基本原理解释
利用电力系统发生故障和处于不正常运行状态时一些物理量的特征和 特征分量，可以构成各种原理的保护。