1、继电保护新技术及其继电保护新技术及其发展趋势发展趋势主讲：李永丽教授主讲：李永丽教授 天津大学电力自动化学院天津大学电力自动化学院第一部分第一部分 微机保护发展趋势微机保护发展趋势第二部分第二部分 特高压输电系统保护与控制特高压输电系统保护与控制第三部分第三部分 继电保护可靠性继电保护可靠性第四部分第四部分 继电保护管理软件继电保护管理软件第五部分第五部分 电力系统实时数字动态仿真电力系统实时数字动态仿真 微机保护的发展趋势微机保护的发展趋势一一 微机保护的网络化微机保护的网络化二保护、控制、测量、数据通讯一体化二保护、控制、测量、数据通讯一体化三继电保护的智能化三继电保护的智能化一一 微机保
2、护的网络化微机保护的网络化 计算机网络作为信息和数据通讯工具已成为计算机网络作为信息和数据通讯工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产活动和社会信息时代的技术支柱，使人类生产活动和社会生活的面貌发生了根本的变化。它深刻地影响生活的面貌发生了根本的变化。它深刻地影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通讯手段。到目前为止，所有继电保护有力的通讯手段。到目前为止，所有继电保护装置除了纵差动保护和纵联保护外，都只能反装置除了纵差动保护和纵联保护外，都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件
3、，缩小事故影响的范围。这限于切除故障元件，缩小事故影响的范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通讯手段。国外主要是由于缺乏强有力的数据通讯手段。国外早已提出过系统保护的概念。虽然当时限于早已提出过系统保护的概念。虽然当时限于 技术条件主要指安全自动装置，但在目前技术条件主要指安全自动装置，但在目前的技术条件下可以为继电保护的作用赋与的技术条件下可以为继电保护的作用赋与新的含义。即它不只限于切除故障元件和新的含义。即它不只限于切除故障元件和限制事故影响范围（这是首要任务），而限制事故影响范围（这是首要任务），而还要保证全系统的安全稳定运行。这就要还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能
4、共享全系统的运行和求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息和数据。各个保护单元与重合闸故障信息和数据。各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，以确保系统的安全稳定运行。这就动作，以确保系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息和数据。各个保护单元与重合和故障信息和数据。各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，以确保系统的安全稳定运行。调动作，以确保系统的安全稳定运行。显然实现这种系统保护的基本条件是将全显然实现这
5、种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。另外，继电保护装置能够得到的系统化。另外，继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置故障信息愈多，则对故障性质、故障位置判断和故障距离的检测愈准确。判断和故障距离的检测愈准确。全球卫星定位系统（全球卫星定位系统（GPS）和光纤通信技术）和光纤通信技术对网络化的微机保护实现同步相量测量技对网络化的微机保护实现同步相量测量技术提供了条件。术提供了条件。GPS在各领域中已得到广在各领域中已得到广泛应用，在电力
6、系统中主要用于同步相量泛应用，在电力系统中主要用于同步相量测量。测量。在在GPS系统中，共有系统中，共有24颗卫星绕地球轨道运颗卫星绕地球轨道运行。它们距地面约行。它们距地面约20000km。地球表面任。地球表面任一点均可接收到卫星发出的精度在一点均可接收到卫星发出的精度在luS以内以内的时间脉冲。这样，电力系统中任一变电的时间脉冲。这样，电力系统中任一变电站均可接收站均可接收GPS发来的精确时间脉冲给当发来的精确时间脉冲给当地测量电压或电流波形以时间标记，其标地测量电压或电流波形以时间标记，其标度的相位精度对度的相位精度对50Hz的波形为的波形为0。018。光纤通信系统将各变电站的测量量收集
7、汇光纤通信系统将各变电站的测量量收集汇总处理后，即可得到各变电站之间动态相总处理后，即可得到各变电站之间动态相量的变化，并据此实施相量控制。量的变化，并据此实施相量控制。电力系统的大面积停电都与保护与控制装电力系统的大面积停电都与保护与控制装置的动作有关。置的动作有关。2003年北美东部年北美东部“8.14”大大停电的停电的教训为：应该在统一的框架下，有教训为：应该在统一的框架下，有机地结合电力体制、市场运营、监管规则、机地结合电力体制、市场运营、监管规则、规划设计、仿真分析、信息工程、调度运规划设计、仿真分析、信息工程、调度运行、控制技术、科技投入和人才培训等因行、控制技术、科技投入和人才培
8、训等因素。素。这次大停电事故，我们应考虑的重要问题这次大停电事故，我们应考虑的重要问题是：为什么却无所作为地听其发展为系统是：为什么却无所作为地听其发展为系统振荡？为什么大停电的时间竟然长达振荡？为什么大停电的时间竟然长达29小小时？技术方面的教训包括必须完善并协调时？技术方面的教训包括必须完善并协调各级信息系统和紧急控制，采用自适应的各级信息系统和紧急控制，采用自适应的系统保护装置以及电力系统和电力市场的系统保护装置以及电力系统和电力市场的动态仿真器等。动态仿真器等。二保护、控制、测量、数据通二保护、控制、测量、数据通讯一体化讯一体化 保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计保护装置实际上就
9、是一台高性能、多功能的计算机。是电力系统计算机网络上的一个智能终算机。是电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可以从网上获取电力系统运行和故障的端。它可以从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此每个微机保护装置不仅可以完成一终端。因此每个微机保护装置不仅可以完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可以完成测量、控制、数据通讯的功能，亦还可以完成测量、控制、数据通讯的功能，亦即实现保护、控制
10、、测量、数据通讯一体化即实现保护、控制、测量、数据通讯一体化 过去为了测量、保护和控制的需要，室外过去为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室，这似乎是天经地义的。大量控制电控室，这似乎是天经地义的。大量控制电缆的敷设，不但需要大量投资，而且使二缆的敷设，不但需要大量投资，而且使二次回路非常复杂。如果将上述的次回路非常复杂。如果将上述的保护、控保护、控制、测量、数据通讯一体化的微机保护综制、测量、数据通讯一体化的微机保护综合装置，就地安装在室外变电站的被保
11、护合装置，就地安装在室外变电站的被保护设备旁设备旁，将被保护设备的电压、电流量在，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。并且如果用光纤作为网络的传输介质还可并且如果用光纤作为网络的传输介质还可免除电磁干扰。免除电磁干扰。现在光电流互感器（现在光电流互感器（OCT）和光电压互感）和光电压互感器（器（OPT）已在研究试验阶段，将来必然）已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用在电力系统中得到应用。在采用OCT和和OPT的情况下，保护装置应放在距的情
12、况下，保护装置应放在距OCT和和OPT最近的地方，亦即应放在被保护设备最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。附近。OCT和和OPT的光信号输入到此一体的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断，一方面作为测量量，通保护的计算判断，一方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。操作。随着电力系统电压等级的升高和传输容量随着电力系统电压等级的
13、升高和传输容量的不断增大，传统电磁式电流互感器即的不断增大，传统电磁式电流互感器即CT暴露出一系列的缺点：绝缘结构复杂、造暴露出一系列的缺点：绝缘结构复杂、造价高；在故障电流下铁芯易饱和；动态范价高；在故障电流下铁芯易饱和；动态范围小；频带窄；易受电磁干扰；二次侧开围小；频带窄；易受电磁干扰；二次侧开路会产生高电压；会产生铁磁谐振；易燃路会产生高电压；会产生铁磁谐振；易燃易爆，占地面积大等等。电磁式易爆，占地面积大等等。电磁式CT正常的正常的输出为输出为5A或或1A（在故障情况下可增大（在故障情况下可增大20倍），能为电磁式继电器提供足够的驱动倍），能为电磁式继电器提供足够的驱动能力。由于正在
14、普及的微机保护只要求弱能力。由于正在普及的微机保护只要求弱电信号的输入，为满足微机保护输入电平电信号的输入，为满足微机保护输入电平的范围，不得不在装置中增加电流变换器的范围，不得不在装置中增加电流变换器以对电磁式以对电磁式CT信号进行调整。信号进行调整。尤其是尤其是CT的饱和常使基于电流差动原理的保护的饱和常使基于电流差动原理的保护误动作。典型的误动作。典型的CT饱和曲线如下：饱和曲线如下：具有剩磁的具有剩磁的CT电流饱和曲线：电流饱和曲线：图图8 电磁型电流互感器的饱和现象电磁型电流互感器的饱和现象（a）光电流互感器）光电流互感器OCT 光学电流传感器的出现为解决此问题提光学电流传感器的出现
15、为解决此问题提供了条件。光学电流互感器是通过测量偏供了条件。光学电流互感器是通过测量偏振光在未知电流磁场作用下照射在光学传振光在未知电流磁场作用下照射在光学传感器上的折射角来计算电流大小的器件。感器上的折射角来计算电流大小的器件。与传统的电磁式电流互感器相比，与传统的电磁式电流互感器相比，OCT具具有如下优点：有如下优点：(1)其输出信号为低电平，易于与数字式保护其输出信号为低电平，易于与数字式保护/仪表接口。仪表接口。(2)测量范围大，可准确测量从几十毫安到几测量范围大，可准确测量从几十毫安到几千安的电流，故障条件下可反映几万甚至千安的电流，故障条件下可反映几万甚至几十万安的电流。几十万安的
16、电流。(3)不含铁芯，没有磁饱和及磁滞现象。不含铁芯，没有磁饱和及磁滞现象。(4)频率响应范围宽，可从直流到几万赫。频率响应范围宽，可从直流到几万赫。(5)结构简单，体积小，重量轻，易于安装。结构简单，体积小，重量轻，易于安装。(6)抗电磁干扰能力强。抗电磁干扰能力强。(7)信号在光纤中传输，无二次开路产生高压信号在光纤中传输，无二次开路产生高压的危险。的危险。(8)不含油，无易燃易爆危险。不含油，无易燃易爆危险。(9)距离一次侧大电流较近的距离一次侧大电流较近的OCT光路部分由光路部分由绝缘材料组成，绝缘性能好。绝缘材料组成，绝缘性能好。目前，许多国家开始积极从事这一方面的目前，许多国家开始
17、积极从事这一方面的研究，并取得了很大的进展。已有不同类研究，并取得了很大的进展。已有不同类型和具有不同功能的型和具有不同功能的OCT分别在美国、日分别在美国、日本、德国本、德国6KV到到380KV电压等级的变电站电压等级的变电站现场挂网运行。现场挂网运行。（b）OCT对继电保护的影响对继电保护的影响 (1)促进保护新原理的研究促进保护新原理的研究 目前的保护算法多采用电流的工频量，但目前的保护算法多采用电流的工频量，但需要滤波，这样不可避免地会产生延时。需要滤波，这样不可避免地会产生延时。为了提高保护的动作速度，人们采用故障为了提高保护的动作速度，人们采用故障后的暂态分量构成高速保护。后的暂态
18、分量构成高速保护。OCT的频响的频响范围宽，可以满足其要求。范围宽，可以满足其要求。(2)提高保护的可靠性提高保护的可靠性 某些基于电流量的差动保护原理受某些基于电流量的差动保护原理受CT饱和饱和的影响会错误动作，的影响会错误动作，OCT的出现可以消除的出现可以消除保护的误动，提高保护动作的灵敏度。保护的误动，提高保护动作的灵敏度。三继电保护的智能化三继电保护的智能化 近年来人工智能技术如神经网络、遗传算法、近年来人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑、小波理论等在电力系统进化规划、模糊逻辑、小波理论等在电力系统各个领域都得到了应用。在继电保护领域的应各个领域都得到了应用。在继电
19、保护领域的应用的研究也在蓬勃发展。下面介绍几种研制中用的研究也在蓬勃发展。下面介绍几种研制中的新型保护及自动装置。的新型保护及自动装置。（a）自适应继电保护自适应继电保护 自适应继电保护是在本世纪自适应继电保护是在本世纪80年代提出的年代提出的一个较新的研究课题。一个较新的研究课题。自适应继电保护可以定义为能根据电力系自适应继电保护可以定义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的保护。自适应继保护性能、特性或定值的保护。自适应继电保护的基本思想是使保护尽可能地适应电保护的基本思想是使保护尽可能地适应电力系统的各种变化，进一步改
20、善保护的电力系统的各种变化，进一步改善保护的性能。电力系统由为数众多的电源设备、性能。电力系统由为数众多的电源设备、送变电设备、线路和各种用户组成，其运送变电设备、线路和各种用户组成，其运行状态（其中包括用户负荷的变化、设备行状态（其中包括用户负荷的变化、设备的投切、发电机的出力变化等）处于频繁的投切、发电机的出力变化等）处于频繁的变化之中，除上述正常运行情况外，电的变化之中，除上述正常运行情况外，电力系统中还可能发生各种类型的故障。力系统中还可能发生各种类型的故障。故障可能是瞬时性或永久性的，又可能是故障可能是瞬时性或永久性的，又可能是金属性短路或经过渡电阻短路，因此要适金属性短路或经过渡电
21、阻短路，因此要适应电力系统的变化，的确是一项十分困难应电力系统的变化，的确是一项十分困难的工作。的工作。事实上，传统的继电保护也力图适应系事实上，传统的继电保护也力图适应系统运行方式的变化和故障状态。例如电流统运行方式的变化和故障状态。例如电流速断保护的整定值是按系统最大运行方式速断保护的整定值是按系统最大运行方式下线路末端发生三相短路考虑，过电流保下线路末端发生三相短路考虑，过电流保护按线路的最大负荷考虑。这种按最严重护按线路的最大负荷考虑。这种按最严重的条件确定保护定值的方法，能保证所有的条件确定保护定值的方法，能保证所有可能的正常和故障条件下保护都不会错误可能的正常和故障条件下保护都不会
22、错误地切除被保护的线路，但却存在以下两个地切除被保护的线路，但却存在以下两个缺点：缺点：一是按该方法设定的定值，在其它运行方一是按该方法设定的定值，在其它运行方式（其中包括系统的主要运行方式）下不式（其中包括系统的主要运行方式）下不是最佳的。另外在最小运行方式或最不利是最佳的。另外在最小运行方式或最不利的短路条件下的短路条件下,保护可能失效或性能严重变保护可能失效或性能严重变差。同时，应该指出的是，在传统保护中差。同时，应该指出的是，在传统保护中也有许多自适应性能，例如过电流保护的也有许多自适应性能，例如过电流保护的反时限特性、差动保护中的制动特性及在反时限特性、差动保护中的制动特性及在距离保
23、护中所采用的转换性故障判别以及距离保护中所采用的转换性故障判别以及防止系统振荡误动的方法等。由此可见，防止系统振荡误动的方法等。由此可见，自适应保护并不是一个新提出的概念，它自适应保护并不是一个新提出的概念，它早已存在于传统继电保护之中。早已存在于传统继电保护之中。目前计算机在电力系统保护和控制中的应目前计算机在电力系统保护和控制中的应用以及相关技术的发展，更为自适应继电用以及相关技术的发展，更为自适应继电保护的发展，提供了前所未有的良机。自保护的发展，提供了前所未有的良机。自适应技术的应用，将使继电保护在如下几适应技术的应用，将使继电保护在如下几个方面有所改进。个方面有所改进。保护性能最佳化
24、保护性能最佳化 保护性能最佳化是在考察现有保护存在保护性能最佳化是在考察现有保护存在问题的基础上提出的。对电力系统继电保问题的基础上提出的。对电力系统继电保护的四个基本要求是选择性、速动性、灵护的四个基本要求是选择性、速动性、灵敏性、可靠性，它们之间既矛盾又统一，敏性、可靠性，它们之间既矛盾又统一，问题在于如何根据实际情况正确处理这四问题在于如何根据实际情况正确处理这四个基本要求之间的辩证统一关系。个基本要求之间的辩证统一关系。例如，传统的观点是必须在最不利的条件下例如，传统的观点是必须在最不利的条件下考虑选择性，从而最大限度地满足了选择考虑选择性，从而最大限度地满足了选择性的要求。其效果虽不
25、是最佳的，但却是性的要求。其效果虽不是最佳的，但却是正确合理的。因为这种思维方式和决策方正确合理的。因为这种思维方式和决策方法与传统继电保护装置的情况相适应，或法与传统继电保护装置的情况相适应，或者说是由传统的保护装置不能在线自动识者说是由传统的保护装置不能在线自动识别千变万化的一次系统的运行状态和故障别千变万化的一次系统的运行状态和故障状态所决定的。与传统保护不同，自适应状态所决定的。与传统保护不同，自适应保护的突出特点之一就是具有自动识别系保护的突出特点之一就是具有自动识别系统运行状态和故障状态的能力，并针对状统运行状态和故障状态的能力，并针对状态的改变，实时自动地调整保护的性能，态的改变
26、，实时自动地调整保护的性能，其中包括动作原理、动作特性和整定值，其中包括动作原理、动作特性和整定值，从而使其达到最佳效果。从而使其达到最佳效果。整定计算在线化整定计算在线化 继电保护装置整定计算的目的是对电力继电保护装置整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好的各种保护装置，系统中已经配置安装好的各种保护装置，按照具体电力系统的有关参数和运行要求，按照具体电力系统的有关参数和运行要求，通过计算分析给出所需要的各项整定值，通过计算分析给出所需要的各项整定值，以使全系统中的保护装置正确协调地工作，以使全系统中的保护装置正确协调地工作，有效地发挥其作用。由于电力系统的结构有效地发挥其作用。由于电力
27、系统的结构变化和运行情况的复杂性，继电保护的整变化和运行情况的复杂性，继电保护的整定计算是一项复杂而又艰巨的工作。目前定计算是一项复杂而又艰巨的工作。目前已开始进入计算机辅助整定计算的阶段，已开始进入计算机辅助整定计算的阶段，尽管还存在着不足，但整定计算工作效率尽管还存在着不足，但整定计算工作效率已显著提高了。已显著提高了。自适应继电保护技术的发展预示出未来自适应继电保护技术的发展预示出未来整定计算在线化的可能性，目前国内外已整定计算在线化的可能性，目前国内外已有这方面的文章发表。随着电力系统继电有这方面的文章发表。随着电力系统继电保护信息网的形成和发展，可以预见整定保护信息网的形成和发展，可
28、以预见整定计算在线化的时期一定会到来。计算在线化的时期一定会到来。使用简便化使用简便化 微机保护之所以能在短短的微机保护之所以能在短短的20余年间取得余年间取得如此迅猛的发展，是因为它有着传统的模如此迅猛的发展，是因为它有着传统的模拟式保护不可比拟的优点。微机保护装置拟式保护不可比拟的优点。微机保护装置现场调试、维护简便深受用户的欢迎。自现场调试、维护简便深受用户的欢迎。自适应继电保护将进一步发展计算机的智能适应继电保护将进一步发展计算机的智能作用，使装置使用更加简便化。作用，使装置使用更加简便化。(C)暂态保护暂态保护 进入九十年代以来，电力系统保护领域内的研究进入九十年代以来，电力系统保护
29、领域内的研究工作转向人工智能的应用，相继出现了用人工神工作转向人工智能的应用，相继出现了用人工神经网络来实现故障类型的判别、故障距离的确定、经网络来实现故障类型的判别、故障距离的确定、方向保护、主设备保护；用小波理论的数学手段方向保护、主设备保护；用小波理论的数学手段分析故障产生信号的整个频带的信息并用于实现分析故障产生信号的整个频带的信息并用于实现故障检测。这些人工智能技术不仅为提高故障判故障检测。这些人工智能技术不仅为提高故障判别精确度提供了手段，而且能够使一些基于单一别精确度提供了手段，而且能够使一些基于单一工頻信号的传统算法难以识别的问题得到解决。工頻信号的传统算法难以识别的问题得到解
30、决。然而目前为止，人工智能的应用还没有能够提供然而目前为止，人工智能的应用还没有能够提供取代传统保护的新的原理，而且这些方法的应用取代传统保护的新的原理，而且这些方法的应用同样受传感器频宽的限制，其结果往往是通过复同样受传感器频宽的限制，其结果往往是通过复杂的计算和繁琐的工作只能换取故障识别的准确杂的计算和繁琐的工作只能换取故障识别的准确度或可靠性的一点提高。度或可靠性的一点提高。“通过检测故障暂态产生的高频信号来通过检测故障暂态产生的高频信号来实现传输线及电力设备等的保护实现传输线及电力设备等的保护”是新一是新一代的电力系统继电保护思想，简称代的电力系统继电保护思想，简称“暂态暂态保护保护”
31、。故障暂态产生的信号中含有大量。故障暂态产生的信号中含有大量的信息，其中包括故障的类型、方向、位的信息，其中包括故障的类型、方向、位置、持续时间等。这些信息贯穿于信号的置、持续时间等。这些信息贯穿于信号的整个频域，从直流、工頻到高頻。在基于整个频域，从直流、工頻到高頻。在基于工頻的传统保护方式中，故障产生的高频工頻的传统保护方式中，故障产生的高频量被当作干扰滤掉，大量的研究工作用在量被当作干扰滤掉，大量的研究工作用在设计滤掉高频信号的滤波器上。设计滤掉高频信号的滤波器上。“暂态保护暂态保护”首先通过特殊设计的高频首先通过特殊设计的高频检测装置及算法来从故障暂态中提取所需检测装置及算法来从故障暂
32、态中提取所需的高频信号，利用专门设计的快速信号处的高频信号，利用专门设计的快速信号处理算法来判断故障。微处理机技术的发展理算法来判断故障。微处理机技术的发展使得暂态保护的实现成为可能。使得暂态保护的实现成为可能。特高压输变电系统特高压输变电系统二次控制与保护二次控制与保护 内容概要 国内电力发展对特高压系统建设的需求 国外特高压系统建设与运行现状 特高压输变电系统二次控制与保护重点研究领域和课题 一、国内电力发展对特高压系统建设的需求十一五期间，电力需求的平均增长速度预计仍十一五期间，电力需求的平均增长速度预计仍将超过将超过5 5 西南水电西南水电 、“三西三西”、东北地区的火电等综合、东北地
33、区的火电等综合能源基地的建设和能源基地的建设和“西电东送西电东送”工程的开展工程的开展,使使我国电力工业进入了以三峡为中心、辐射四方、我国电力工业进入了以三峡为中心、辐射四方、西电东送、南北互供、全国联网，在更大范围内西电东送、南北互供、全国联网，在更大范围内优化资源配置的新的历史阶段优化资源配置的新的历史阶段。基于我国电网能源资源与经济发展地理分布极不均衡的特点，为了实现大容量西电东送和加强全国统一电网的稳定性，并解决输电走廊布置困难、短路容量受限等问题，建设特高压交流输电线已经是势在必行。特高压输电具有巨大的经济效益 1.特高压输电线路传输距离远、输电容量大 2.结合中途落点向沿途地区供电
34、 3.连接大区电网，互为备用，联网效益比直流好4.故障率远低于直流输电，利于系统安全运行 5.可使部分500kV电网解环运行，降低短路电流 6.可减少线路回数，还可以最大程度地节省线路走廊和投资 开展特高压大容量交流系统保护与控制装置的课题研究是很有必要的，该项目的成果将对我国特高压输变电工程实现保护和控制国产化起到积极的作用，并将我国电力系统保护和控制技术提高到一个新水平 二、国外特高压系统建设与运行现状 前苏联在19821988年间陆续建成和投运约2500公里、可输送6000MW的西伯利亚乌拉尔哈萨克斯坦的1150kV输电线路。该线路从1985年到1990年苏联解体时实际运行了5年，积累了
35、宝贵的运行经验。日本已建成了近500公里的特高压输电线路。目前，随在500KV下降压运行，但输电线设计中考虑的很多技术问题和解决措施都很有参考价值。我国还没有特高压系统的实际运行经验。但在500kV电压等级，国内制造业在控制和保护方面的发展基本上达到甚至超过国外同行业的水平。结合西北750kV输电工程，国内的生产厂家已经开发出了各自适用750kV系统的保护和控制产品。由于我国幅员辽阔，电网结构复杂，国外的相关产品直接应用在国内的电网中往往效果不甚理想。三、特高压输变电系统二次控制与保护重点研究领域和课题1.特高压输电线路参数精确计算与故障暂态过程分析 特高压输电线分裂导线数多（三相参数不可能完
36、全一致）、距离长、弧垂大，线路参数随季节等情况变化。并且特高压线路的对地电容和相间电容很大，使得故障暂态波过程明显。各整数次、非整数次谐波含量很高，非周期分量大且衰减时间常数较长。因此，深入研究输电线路参数的精确化计算方法、进行暂态过程的模拟和暂态分量的分析，是研究特高压系统故障的暂态过程、故障熄弧过程及分析保护动作行为的前提。2.特高压输变电系统过电压的动态模拟分析与研究 特高压输电线绝缘子短时间承受过电压的裕度较小，深入研究特高压输电线操作过电压、故障过电压、切除故障过电压和重合闸过电压的峰值出现时刻、持续时间及波形等特征，是寻找过电压抑制措施的基础。3.研究特高压系统过电压抑制与设备绝缘
37、配合的关系 提出过电压抑制系统由继电保护、并联电抗器、消弧电抗器、避雷器（MOA）、高速接地开关、断路器跳、合闸电阻等设备组成。研究如何通过继电保护、自动装置等设备的动作配合躲过过电压的峰值并抑制过电压，以降低特高压系统建设时对设备绝缘的要求。4.研究特高压输电线路自适应快速重合与系统稳定的关系 研究区分输电线路瞬时性和永久性故障的自适应重合闸及加速故障点熄弧的方法，保证故障点电弧熄灭后自动重合闸动作使输电线路恢复正常供电。5.特高压系统补偿设备控制模式的研究 目前，国内超高压输电线路并联电抗器都是长期投入的运行方式，限制了输电线的最大传输功率。应研究灵活的补偿设备投切模式。即对特高压输电线，
38、为了提高输电线的传输功率，在输送额定功率时应将并联电抗器退出，在轻负荷时应将其投入以防止过电压，而在保护动作切除故障的同时将并联电抗器投入加速故障电弧的熄灭。应深入研究这种运行模式对目前我国一次系统运行方式、二次系统保护整定等影响。6.新原理保护的研究 特高压输电线路故障时暂态分量衰减的时间常数长，整次、非整次谐波分量含量大，较大的分布电容电流特征使得很多保护原理需增加补偿措施。目前继电保护原理基本还是基于稳态工频量，故障后暂态过程的延长与要求保护快速动作之间的矛盾进一步加深。因此，应研究新型保护原理及快速算法。7.研究特高压系统保护与控制装置的动作配合关系 在电力系统中，继电保护的作用基本局
39、限于切除故障元件，缩小事故影响范围。随着广域测量系统的应用，保护和控制装置可共享全系统的运行与故障信息，并为系统的稳定作出贡献。所以，研究保护和控制装置动作的配合及与系统稳定的关系也是目前重要的课题。第三部分第三部分 继电保护可靠性继电保护可靠性（一）继电保护的可靠性的概念（一）继电保护的可靠性的概念 美国东部时间美国东部时间2003年年8月月14日发生了有史以来最大日发生了有史以来最大的停电事故，的停电事故，100个发电厂（包括个发电厂（包括22个核电厂），个核电厂），几十条高压输电线停运，损失负荷达几十条高压输电线停运，损失负荷达61.8GW，停，停电时间持续小时，停电范围包括美国的个电时
40、间持续小时，停电范围包括美国的个州和加拿大的安大略省。受停电影响的人口约州和加拿大的安大略省。受停电影响的人口约5000万。经济损失达万。经济损失达300亿元。此次事故引起了全亿元。此次事故引起了全世界的关注。当前，我国的经济正高速发展，电世界的关注。当前，我国的经济正高速发展，电网规模越来越大，同样面临电力系统的可靠性问网规模越来越大，同样面临电力系统的可靠性问题。题。我国电力工业发展我国电力工业发展很快，到很快，到20042004年年5 5月，月，发电装机容量已突发电装机容量已突破破4 4亿千瓦，居世界亿千瓦，居世界第第2 2位。仍不能满足位。仍不能满足国民经济快速发展国民经济快速发展的要
41、求。的要求。20032003年已年已有有2222省市缺电。目省市缺电。目前已有前已有2424个省市缺个省市缺电。电。我国电网遵循我国电网遵循西电东送，全国联网西电东送，全国联网的发展方针的发展方针,已已建成六大区域电网建成六大区域电网,着手建设北、中、南三大西电东送着手建设北、中、南三大西电东送通道通道,逐步推进全国联网。逐步推进全国联网。我国电力系统发展现状我国电力系统发展现状超大型同步电网超大型同步电网u跨跨1414省、省、市、自治区市、自治区u装机容量装机容量超超1.41.4亿千亿千瓦，瓦，u距离超距离超46004600公里公里变电站变电站3000MW2500MW7200MW3000MW
42、9000MW10000MW1800MW2000MWHydro Power BaseThermal BaseACRegional Grids Interconnection in 2015-2020DCPossible International connection超大规模互联电网安全保障和超大规模互联电网安全保障和防御体系研究内容防御体系研究内容 防止大电力系统稳定破坏和因连锁性故障造成大面积停电的技术 基于广域相量测量技术的大电网监控系统 大规模电网互联的仿真分析技术和手段 电网调度自动化、控制保护、通信信息系统技术 可靠性是指一个元件、设备或系统在可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间
43、内，在规定的条件下完成规定功预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性工程涉及到元件失效数能的能力。可靠性工程涉及到元件失效数据的统计和处理，系统可靠性的定量评定，据的统计和处理，系统可靠性的定量评定，运行维护，可靠性和经济性的协调等各方运行维护，可靠性和经济性的协调等各方面。具体到继电保护装置，其可靠性是指面。具体到继电保护装置，其可靠性是指在该装置规定的范围内发生了它应该动作在该装置规定的范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒动作，而在任何其的故障时，它不应该拒动作，而在任何其它该保护不应动作的情况下，它不应误动它该保护不应动作的情况下，它不应误动作。作。继电保护装置的拒动和
44、误动都会给电继电保护装置的拒动和误动都会给电力系统造成严重危害。但提高其不拒动和力系统造成严重危害。但提高其不拒动和提高其不误动作的可靠性的措施往往是互提高其不误动作的可靠性的措施往往是互相矛盾的。由于相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性电力系统的结构和负荷性质的不同，拒动和误动所造成的危害往往质的不同，拒动和误动所造成的危害往往不同不同。例如当系统中有充足的旋转备用容。例如当系统中有充足的旋转备用容量，输电线路很多，各系统之间和电源与量，输电线路很多，各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时由于继电保护装置负荷之间联系很紧密时由于继电保护装置的误动作，使发电机变压器或输电线路切的误动作，使发电
45、机变压器或输电线路切除而给电力系统造成的影响可能很小；但除而给电力系统造成的影响可能很小；但如果发电机变压器或输电线路故障时继电如果发电机变压器或输电线路故障时继电保护装置拒动作，将会造成设备的损坏或保护装置拒动作，将会造成设备的损坏或系统稳定的破坏，损失是巨大的。在此情系统稳定的破坏，损失是巨大的。在此情况下提高继电保护装置不拒动的可靠性比况下提高继电保护装置不拒动的可靠性比提高其不误动的可靠性更为重要。提高其不误动的可靠性更为重要。但在系统中旋转备用容量很少及各系统之但在系统中旋转备用容量很少及各系统之间和负荷和电源之间联系比较薄弱的情况间和负荷和电源之间联系比较薄弱的情况下，继电保护装置
46、的误动作使发电机变压下，继电保护装置的误动作使发电机变压器或输电线切除时，将会引起对负荷供电器或输电线切除时，将会引起对负荷供电的中断甚至造成系统稳定的破坏，损失是的中断甚至造成系统稳定的破坏，损失是巨大的。而当某一保护装置拒动时，其后巨大的。而当某一保护装置拒动时，其后备保护仍可以动作而切除故障，因此在这备保护仍可以动作而切除故障，因此在这种情况下提高继电保护装置不误动的可靠种情况下提高继电保护装置不误动的可靠性比提高其不拒动的可靠性更为重要。性比提高其不拒动的可靠性更为重要。目前常用的评价统计指标有：目前常用的评价统计指标有：1.正确动作率正确动作率 即一定期限内（例如一年）被统计的继电即
47、一定期限内（例如一年）被统计的继电保护装置的正确动作次数与总动作次数之保护装置的正确动作次数与总动作次数之比。用公式表示为：比。用公式表示为：正确动作率正确动作率=（正确动作次数（正确动作次数/总动作总动作次数）次数）100%用正确动作率可以观测某一电压等级继用正确动作率可以观测某一电压等级继电保护装置动作每年的变化趋势，也可以电保护装置动作每年的变化趋势，也可以反映不同电压等级的继电保护装置（如反映不同电压等级的继电保护装置（如220kv与与500kv）之间的对比情况，从中找）之间的对比情况，从中找出薄弱环节出薄弱环节。对于正确动作率指标，还可。对于正确动作率指标，还可以将其细分，按不同的引
48、起误动作的责任，以将其细分，按不同的引起误动作的责任，可分为属于：制造质量，安装问题，设计可分为属于：制造质量，安装问题，设计部门，调试部门，运行人员和整定计算人部门，调试部门，运行人员和整定计算人员等；按引起误动作的原因，可分为：原员等；按引起误动作的原因，可分为：原理缺陷，元件损坏和特性变化，接线错误，理缺陷，元件损坏和特性变化，接线错误，抗干扰能力薄弱和误碰等。正确动作率是抗干扰能力薄弱和误碰等。正确动作率是目前主要的评价指标。目前主要的评价指标。正确动作率指标的分析正确动作率指标的分析 由于正确动作率是实际中应用最广的，因此由于正确动作率是实际中应用最广的，因此以下主要分析正确动作率指
49、标。以下主要分析正确动作率指标。正确动作率指标能大体反映某些继电保护装正确动作率指标能大体反映某些继电保护装置的运行情况，但不可否认的是，该指标置的运行情况，但不可否认的是，该指标并不能完全反映继电保护装置的实际情况。并不能完全反映继电保护装置的实际情况。例如：例如：（1）在区外或反方向发生故障时，保护装）在区外或反方向发生故障时，保护装置未误动，此时应该也算作该保护装置正置未误动，此时应该也算作该保护装置正确动作。因为区外短路或反方向短路不动确动作。因为区外短路或反方向短路不动作也是对该保护装置选择性考验的重要组作也是对该保护装置选择性考验的重要组成部分。而现有的统计方法是将区外和反成部分。
50、而现有的统计方法是将区外和反方向短路时的误动作计入不正确动作，但方向短路时的误动作计入不正确动作，但不计入其正确动作的次数，显然这种统计不计入其正确动作的次数，显然这种统计方法是有缺陷的。比如，设某一保护装置方法是有缺陷的。比如，设某一保护装置一年内在其保护区内未发生过内部故障，一年内在其保护区内未发生过内部故障，但发生了但发生了100次外部故障和反方向故障，其次外部故障和反方向故障，其中有一次误动，则从统计数据看正确动作中有一次误动，则从统计数据看正确动作率为率为0，这显然是不符合实际的。，这显然是不符合实际的。从上可以看出，当被保护对象的故障频率从上可以看出，当被保护对象的故障频率很低，或
