电气工程概论辅导资料十三主题：第三章电力系统及其自动化技术（第3、4节）学习时间：2012年12月24日－2012年12月30日内容：我们在这周主要学习第三章电力系统及其自动化技术的第三节电力系统继电保护与安全自动化和第四节电力系统自动化技术，学习继电保护的概念、基本内容、性能要求、基本原理及电力系统安全自动装置，还要学习电力系统自动化概念、特点、要求及主要内容。
第三章电力系统及其自动化技术第三节电力系统继电保护与安全自动化电力系统继电保护是指当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障或发生危及其安全运行的事件时，向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。
实现这种自动化措施的成套硬件设备，用于保护电力元件的装置，一般通称为继电保护装置；而用于保护电力系统的则通称为电力系统安全自动装置。
继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行，电力系统安全自动装置则用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生和中止已开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大系统事故，如失去电力系统稳定、频率崩溃或电压崩溃等。
1.继电保护的基本内容对被保护对象实现继电保护，包括软件和硬件两方面的内容：1）确定被保护对象在正常运行状态和拟进行保护的异常或故障状态下，有哪些物理量发生了可供进行状态判别的量、质或量与质的重要变化。
这些用来进行状态判别的物理量，是最简单也是最基本的例如通过被保护电力元件的电流大小等，称为故障量或启动量。
用于继电保护状态判别的故障量，随被保护对象而异，也随所处电力系统的周围条件而异。
最为普遍的是工频电气量，而最基本的是通过电力元件的电流和所在母线的电压，和由这些量演绎出来的如功率、相序量、阻抗、频率等，从而构成电流保护、电压保护、阻抗保护、频率保护等。
对于发电机，可以检测通过发电机绕组两端的电流是否大小相等、相位相反，来判定定子绕组是否发生了短路故障；对于变压器，也可以用同样的判据来实现绕组的短路故障保护，这种方式叫做电流差动保护，是电力元件最基本的一种保护方式。
对于油浸绝缘的变压器，可以用油中气体含量作为故障量，构成气体保护。
线路继电保护的种类最多，例如：在最简单的辐射形供电网络中，可以用反应被保护元件通过的电流显著增大而动作的过电流保护来实现线路保护；而在复杂电力网中，除电流大小外，还必须配以母线电压的变化进行综合判断，才能实现线路保护，最为常用的是可以正确地反应故障点到继电保护装置安装处电气距离的距离保护。
对于主要输电线路，还藉助连接两侧变电站的通信通道，相互传输继电保护信息，来实现对线路的保护。
近来又开始研究利用故障初始过程暂态量作为判据的线路保护。
对于电力系统安全自动装置，简单的例如以反应母线电压的频率绝对值下降或频率变化率为负来判断电力系统是否已开始走向频率崩溃；复杂的则在一个处所设立中心站，通过通信通道连续收集相关变电站的信息，进行综合判断，及时向相应变电站发出操作命令，以保证电力系统的安全运行。
2）将反应故障量的一个或多个元件按规定的逻辑结构进行编排，实现状态判别，发出警告信号或断路器跳闸命令的硬件设备。
硬件结构中，反应一个或多个故障量而动作的继电器元件，组成逻辑回路的时间元件和扩展输出回路数的中间元件等。
在20世纪50年代及以前，差不多都是用电磁型的机械元件构成。
随着半导体器件的发展，陆续推广了利用整流二极管构成的整流型元件和由半导体分立元件组成的装置。
70年代以后，利用集成电路构成的装置在电力系统继电保护中得到广泛运用。
到80年代，微型机在安全自动装置和继电保护装置中逐渐应用。
目前，是多种硬件结构并存的时代。
2.继电保护的基本性能要求对电力系统继电保护的基本性能要求有：可靠性、选择性、快速性、灵敏性和结构简化诸项。
这些要求之间，有的相辅相成，有的相互制约，需要针对不同的使用条件，分别地进行协调。
（1）可靠性。
继电保护可靠性是对电力系统继电保护的最基本性能要求。
它又分为两个方面，即可信赖性与安全性。
1）可信赖性：要求继电保护在设计要求它动作的异常或故障状态下，能够准确地完成动作。
2）安全性：要求继电保护在非设计要求它动作的其他所有情况下，能够可靠地不动作。
可信赖性与安全性，都是继电保护必备的性能，但两者相互矛盾。
在设计与选用保护时，需依具体情况予以协调。
例如：对于传送大功率的输电线路保护，一般宜于强调安全性，而对于其他线路保护，则往往宜于强调可依赖性。
至于大型发电机组的继电保护，无论它的拒绝动作或误动作跳闸，都会引起巨大的经济损失，需要兼顾这两方面的需要。
提高保护安全性，主要采用经过全面分析论证，有实际运行经验或经试验确证为技术性能满足要求，元件工艺质量优良的装置；提高保护可信赖性，除了选用高可靠性的装置而外，重要的还可以采取装置双重化，实现二中取一的跳闸方式。
（2）选择性。
继电保护选择性是指在对系统影响可能最小的处所，实现断路器的控制操作，以终止故障或系统事故发展。
例如，对于电力元件的继电保护，当电力元件故障时，要求最靠近故障点的断路器动作断开系统供电电源；而对于振荡解列装置，则要求当电力系统失去同步运行稳定性时，在解列后两侧系统可以各自安全地同步运行的地点，动作于断路器将系统一分为二，以中止振荡，如此等等。
电力元件继电保护的选择性，除了决定于继电保护装置本身的性能外，还要求满足：①由电源算起，愈靠近故障点的继电保护的故障启动值相对愈小，动作时间愈短，并在上下级之间留有适当的裕度；②要具有后备保护作用，如果最靠近故障点的继电保护装置或断路器因故拒绝动作而不能断开故障时，能由紧邻的电源侧继电保护动作将故障断开。
（3）快速性。
继电保护快速性是指继电保护应以允许的可能最快速度动作于断路器跳闸，以断开故障或中止异常状态发展。
保护快速动作可减轻故障元件损坏程度，提高线路故障后自动重合闸成功率，特别有利于故障后系统同步运行稳定性。
快速切除线路与母线的短路故障，是提高电力系统暂稳的最重要手段。
（4）灵敏性。
继电保护灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠地动作的能力。
故障时通入装置的故障量和给定的装置启动值之比，称为继电保护的灵敏系数。
它是考核继电保护灵敏性的具体指标，在一般的继电保护设计与运行规程中，都有具体的规定要求。
保护愈灵敏，愈能可靠地反应于要求动作的故障或异常状态；但同时，也愈易于在非要求动作的其他情况下产生误动作，因而与选择性发生矛盾，需要协调处理。
（5）结构简化。
通常所指的简化，是要求尽可能采用最简单的故障启动元件和最简要的逻辑回路构成性能满足要求的继电保护装置。
保护装置愈简单，可靠性愈高，这一点已为长期的运行实践所充分证实。
而现代继电保护装置简化的另一个重要含义是便于运行维护和检修。
随着数字技术在电力系统中的推广运用和电力系统本身的日益扩展，将在大容量机组和超高压线路上日益推广采用微机型的继电保护装置，预测和预防事故的技术和手段以及相应的电力系统安全自动装置也将随微机的运用而日益向综合、集中、智能化等高层次发展。
3.继电保护的基本原理电力系统中的继电保护为了准确识别故障和不正常工作状态，首先必须分析与提取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。
然后利用这些特征和特征分量构成各种原理的保护。
主要的基本原理有电流保护的原理、低电压保护的原理、低阻抗保护的原理、方向保护的原理、纵联保护的原理、序分量保护的原理及其他保护的原理。
4.电力系统安全自动装置电力系统安全自动装置是指防止电力系统失去稳定性和避免电力系统发生大面积停电事故的自动保护装置。
电力系统安全自动装置的结构形式有两种：一种是就地方式，即收集装置安装处的有关信息进行处理与判断，就地或者通过信息通道向另一地发出执行命令；另一种是集中方式，即除本地信息外，还通过信息通道同时收集系统中其他点的有关信息，进行综合处理与判断，就地或者通过信息通道向其他点发出执行命令。
后一种方式有的称之为电力系统稳定控制。
目前得到广泛采用的电力系统安全自动装置有：输电线路自动重合闸装置，发电机自动解列装置，火电机组快关汽门，切集中负载，投入制动电阻，发电机快速励磁装置，电力系统自动解列装置，自动低频减负载装置，自动低压减负载装置。
第四节电力系统自动化技术电力系统自动化是通过各种具有自动检测、反馈、决策和控制功能的仪表和装置，并通过信号、数据传输系统对电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、协调、调节和控制，以保证电力系统的供电质量和安全经济运行。
1.电力系统的特点及对自动化的要求1）电力系统自动化的基本特点如下：①电力的生产、传输、分配、消费的各个环节是一个复杂的连续的过程,在电气上是一个整体②电能质量不合格会影响生产和生活过程,并可能会损坏设备.③电力系统中任何一个元件的参数和运行状态的变化都会迅速地影响到系统中其他元件的正常工作，所以在电力系统中任何一处发生故障，会波及电力系统其他运行部分，以至造成大面积停电；④一次能源调度、发电机起停和负载分配、电网结构和潮流分布、负载控制和管理的合理与否，都会影响电力系统运行的经济效益。
2）电力系统自动化的基本要求如下：①迅速而正确地采集、检测和处理电力系统各的运行参数。
②为运行人员提供调节和控制的决策，或者直接对各元件进行调节和控制。
③实现全系统各层次、各局部系统和各元件间的综合协调，寻求电力系统电能质量合格和安全经济运行。
④提高供电可靠性，减少电力系统事故，延长设备寿命，提高运行水平，节省人力，减轻劳动强度。
2. 电力系统自动化的主要内容电力系统自动化的主要包括电力系统调度自动化、火电厂自动化、水电厂自动化、配电自动化和变电站自动化。
（1）电力系统调度自动化为了合理监视、控制和协调日益扩大的电力系统的运行状态，及时处理影响整个系统正常运行的事故和异常现象，必须设立电力系统调度控制中心。
电力系统调度自动化系统由数据采集和执行、通信、计算机、人机联系4个子系统所组成。
1)数据采集和执行子系统。
在各发电厂、变电站收集各种数据和信息，向调度控制中心发送。
如果在一些厂(所)设有以微型计算机为核心的远动终端(remote terminal unit，RTU)，则所传送的信息将是已经处理和加工过的。
这个子系统同时接受上级控制中心发来的操作、调节或控制命令，例如断路器设备操作、起停机组、调节功率等命令。
在接到命令后，或者直接作用于控制机构，或者按一定的规律将命令转发给各被控设备。
2)通信子系统。
将收集到的信息通过传输媒介送到调度控制中心，传输媒介有电力载波、微波、光纤、同轴电缆、公共话路等。
