电力系统保护装置安全 （课件）

电力系统保护装置安全电力系统保护装置是确保电网安全稳定运行的核心设备，在现代电力工业中发挥着不可替代的作用随着电力系统规模不断扩大和技术复杂性日益增加，保护装置的安全性要求也在持续提升课程目标了解电力保护装置作用掌握主要保护原理与分及现状类掌握保护装置在电力系统中的深入理解各类保护装置的工作重要地位，了解当前行业发展原理、技术特性和应用场景水平和技术特点探析安全防护要求与技术趋势电力系统安全概述国家电力监管条例核心精系统安全是可靠供电的前神提按照国家相关法规要求，电力系电力系统安全直接关系到国家经统必须建立完善的安全管理体济建设和人民生活，任何安全事系，确保供电安全和系统稳定运故都可能造成严重后果建立健行监管条例强调预防为主、综全的保护体系是确保系统安全的合治理的安全理念基础电力事故影响重大电力事故不仅会造成直接经济损失，还会影响社会稳定和人民生活历史上多起重大停电事故都给社会带来了巨大冲击和深刻教训电力系统保护装置简介检测功能隔离功能自动化设备实时监测电力系统运行自动切断故障区域，防采用先进的电子技术和参数，快速识别异常状止故障扩散，保护系统智能算法，实现快速准态和故障征象其他部分正常运行确的自动化保护系统构成由测量元件、逻辑判断元件、执行元件和信号回路组成完整体系保护装置的工作原理理论基础检测机制保护装置基于基尔霍夫定律和法拉第电磁感应定律等基本物理原利用电流互感器和电压互感器采集一次系统的电气信息，经过信理工作通过检测电流、电压等电气量的变化，判断系统运行状号处理和逻辑判断，确定是否需要执行保护动作态现代数字化保护装置采用微处理器技术，能够进行复杂的算法计当系统发生故障时，电气量会出现异常变化，保护装置能够快速算和多重判据分析识别这些变化并做出相应动作保护装置工作流程故障检测信号判断动作执行信号反馈持续监测系统参数分析异常征象特征发出跳闸指令上报动作信息整个工作流程要求在毫秒级时间内完成，确保故障能够被快速隔离现代保护装置的响应时间通常在20-100毫秒之间，满足电力系统快速保护的要求主要分类方式发电机保护变压器保护保护发电机组安全运行，防止过载、短路等监护变压器运行状态，检测内部故障和异常故障按动作原理分类输电线路保护包括电流型、电压型、功率型、阻抗型等多保护输电线路免受短路、接地等故障影响种类型发电机保护装置过载保护监测发电机负荷情况，防止长时间过载运行导致设备损坏设定合理的过载系数和动作时限短路保护检测发电机内部短路故障，包括定子绕组相间短路和定子接地故障，要求动作迅速准确失磁保护监测励磁系统运行状态，当发电机失去励磁时及时动作，防止发电机变为异步运行失步保护检测发电机与系统间的同步状态，当失去同步时采取相应保护措施变压器保护装置差动保护主保护，检测变压器内部故障瓦斯保护检测内部故障产生的气体过载保护监测负荷和温度变压器保护采用三级保护配置，差动保护作为主保护具有最高的灵敏度和选择性瓦斯保护能够检测轻微的内部故障，过载保护则监测变压器的运行状态，确保设备在安全范围内运行输电线路保护装置自动重合闸纵联保护当线路发生瞬时性故障时，自动重新合闸距离保护利用通信通道传递线路两端信息的保护方恢复供电提高供电可靠性，减少停电时基于故障点阻抗测量的保护方式，是输电式，具有极高的速度和可靠性适用于重间和范围线路保护的主要手段具有良好的选择性要的输电线路保护和快速性，能够准确判断故障位置典型保护原理一过电流保护电流检测实时监测线路电流值阈值比较与设定值进行比较判断延时确认避免瞬时冲击误动作执行动作发出跳闸指令切断故障过电流保护是最基本也是应用最广泛的保护方式，具有原理简单、动作可靠的特点在配电网和低压系统中得到广泛应用，是电力系统保护的基础典型保护原理二距离保护阻抗测量距离判断计算故障点到保护安装处的阻抗值，利根据测量阻抗判断故障是否在保护范围用线路单位长度阻抗确定故障距离内，实现选择性保护动作动作确认分段延时满足动作条件后快速切除故障，恢复系设置多段保护范围，不同段采用不同的统正常运行状态动作时限，确保保护配合典型保护原理三差动保护

99.9%20ms保护可靠性动作速度差动保护具有极高的可靠性和选择性快速切除内部故障，保护设备安全5%误动率采用先进算法大幅降低误动概率差动保护基于基尔霍夫电流定律，通过比较被保护设备两端的电流差值来判断是否存在内部故障正常运行时，流入和流出的电流基本相等，差值为零当发生内部故障时，会产生明显的差流信号，保护装置据此快速动作二次回路及其安全意义二次回路构成安全影响分析二次回路包括保护装置、测量仪表、控制开关、信号灯等设备及二次回路故障可能导致保护装置误动或拒动，严重威胁电力系统其连接电缆是保护装置正常工作的重要基础设施安全常见故障包括接线错误、绝缘劣化、接触不良等二次回路的可靠性直接影响保护装置的正确动作，必须按照相关国家标准对二次回路的检验周期和内容都有明确规定，必须严格标准进行设计、安装和维护执行定期检验制度自动化保护发展趋势无人值守运行发电厂和变电站逐步实现无人值守，依靠自动化系统进行监控和保护自诊断技术高压GIS设备配备智能自诊断系统，实时监测设备健康状态智能化升级采用人工智能技术提升保护装置的智能化水平和决策能力可靠性提升通过冗余配置和容错设计，持续提升系统整体可靠性继电保护装置检验要求检验类型检验周期主要内容执行标准年度检验1年全面功能测试、参数校验DL/T995-2016季度巡检3个月运行状态检查、信号测试企业标准月度巡检1个月外观检查、指示灯状态运行规程特殊检验按需故障后检验、改造后试验技术规范检验工作必须由具备相应资质的人员进行，检验不合格的设备必须及时整改，确保保护装置始终处于良好的工作状态保护装置安全的法规要求电力监管条例网络安全法明确电力企业在设备安全管理对关键信息基础设施提出网络方面的法律责任，要求建立完安全保护要求，电力保护装置善的安全管理制度和应急预案作为重要组成部分必须符合相关规定强制合规审查建立强制性合规审查机制，定期评估保护装置的安全防护水平和合规性电力监控系统安全防护规定安全分区原则专用安全产品按照安全分区、网络专用、横向采用经过认证的专用安全产品，隔离、纵向认证的总体要求，将建设独立运行的专用网络，确保监控系统划分为不同的安全区关键信息基础设施的安全可靠运域，实施分级防护措施行统一管理体系国家电力调控中心实施统一管理，建立完善的安全监督和应急响应机制，确保全网安全协调运行电力调度自动化系统与安全核心数据保护网络攻击防范安全审计调度数据和控制指令具面临日益严峻的网络安定期开展安全审计和渗有极高的敏感性，需要全威胁，必须建立完善透测试，及时发现和修采用多层加密和访问控的入侵检测和防护体系复安全漏洞制措施实时监控建立7×24小时安全监控机制，实时监测系统运行状态新型电力系统安全建设指南高效防御体系1构建多层次、全方位的安全防御体系设备安全认证强化设备本体安全认证和准入管理多层防护实施网络、物理、管理多层防护措施新型电力系统安全建设要求采用先进的防护理念和技术手段，构建适应新能源大规模接入、数字化转型等新形势的安全防护体系，确保电力系统在新的发展阶段仍能保持高度的安全可靠性数字化转型与保护安全智能二次系统采用数字化技术升级传统二次系统，提升保护装置的智能化水平和故障处理能力通信协议加密对保护装置间的通信协议进行集中加密，建立完整的溯源追踪机制智能运维工具新型智能运维工具不断涌现，提升保护装置的维护效率和故障诊断能力常见保护装置失灵案例线路保护拒动变压器误动某330kV线路距离保护在故障时拒绝动某省变压器差动保护发生误动事故，造2作，导致故障扩大成大面积停电设备老化问题网络攻击影响保护装置硬件老化导致参数漂移，影响网络攻击导致监控信号异常，影响保护保护性能装置正常工作故障分析传感器失效传感器故障类型影响与对策电流互感器（CT）和电压互感器（PT）的二次断线是常见故障传感器失效直接影响保护装置的准确度和动作逻辑现代保护装类型当传感器失效时，保护装置无法获得准确的电气量信息置配备了传感器故障检测功能，能够及时发现并报警建立完善的传感器状态监测系统，定期进行精度校验，确保传感传感器故障可能导致保护装置判断错误，出现误动或拒动现象，器始终处于良好工作状态严重影响电力系统的安全稳定运行故障分析误动与拒动参数设置问题保护装置定值参数与实际运行工况不匹配，导致保护性能下降二次回路劣化二次回路绝缘劣化、接触不良等问题影响信号传输质量误判机制外部干扰或内部算法缺陷导致保护装置对故障信号产生误判改进措施优化保护算法，加强设备维护，提升保护装置可靠性故障分析软件漏洞漏洞识别系统存在安全薄弱环节协议安全性2通信协议存在安全风险更新机制风险OTA更新过程易受攻击某变电站在进行远程固件更新时遭受网络攻击，攻击者利用更新通道植入恶意代码，导致保护装置功能异常此案例暴露了传统保护装置在网络安全防护方面的不足，提醒我们必须加强软件安全管理和更新机制的安全防护电力系统事故教训事故经过回顾2015年某电厂发生全厂停电事故，起因是主保护装置异常动作事故发生时，调差保护系统未能正确识别故障性质，导致保护范围扩大扩展性影响分析由于保护装置配合不当，故障从局部迅速扩展到整个电厂，造成全厂停运事故影响了周边地区的电力供应，暴露了保护系统设计的缺陷深度复盘总结事故调查显示，保护定值配置不合理、设备维护不到位、应急预案不完善是导致事故扩大的主要原因此次事故为行业敲响了警钟保护装置设计安全要点冗余配置分层防护自诊断能力采用双重化或多重化保建立多层次的防护体具备完善的自我诊断功护配置，确保单一设备系，每一层都有明确的能，能够及时发现内部故障不影响整体保护功保护范围和动作逻辑故障和异常状态能自恢复机制在条件允许的情况下，能够自动恢复正常工作状态，减少人工干预安全区域及分级管理设备分区功能分区根据设备重要性和功能特点进行分区管理，按照功能模块划分安全区域，不同功能区域核心设备采用最高安全等级间实施严格的访问控制分级管理网络分区高敏感区域与普通区域采用不同的安全管理建立多层次的网络安全架构，实现网络层面3标准和防护措施的有效隔离和防护网络安全与防入侵措施边界防护系统终端安全管理部署工业级防火墙、网络隔离设实施严格的终端权限管理制度，备和入侵检测系统，构建坚固的对所有接入设备进行身份认证和网络边界防线采用深度包检测授权管理建立完善的技术审计技术，识别和阻断恶意网络流体系，记录所有操作行为量威胁情报分析建立网络安全威胁情报收集和分析机制，及时掌握最新的安全威胁动态，主动防范潜在的网络安全风险横向隔离纵向认证技术横向隔离1在网络层面实施严格的横向隔离措施，不同网段间采用物理隔离或逻辑隔离技术，防止横向移动攻击纵向认证建立多级纵向认证体系，每个层级都需要进行身份验证和权限确认，确保访问的合法性权限控制实施基于角色的访问控制，严格限制用户权限范围，防止超越权限进行非法操作行为审计对所有网络访问行为进行实时监控和审计，建立完整的操作日志记录物理层安全保护物理访问控制设备防护措施主控制室和重要设备间配备先进的门禁系统，采用多重身份验证重要的端子箱和控制柜采用专用锁具进行封闭管理，防止未经授技术安装高清监控摄像头，实现24小时不间断监控权的人员进行误操作或恶意破坏建立严格的人员出入管理制度，所有进入关键区域的人员都必须定期检查物理防护设施的完整性，及时更换损坏的安全装置，确经过授权和登记保物理安全防护措施始终有效人因安全管理权限分级建立分级权限管理体系技能培训定期开展专业培训安全教育强化安全意识教育违规处罚严厉处罚违规行为人因素是影响保护装置安全的重要因素建立完善的人员管理制度，通过权限控制、技能培训、安全教育和违规处罚等手段，最大限度地降低人为因素对保护装置安全的不利影响法规与强制标准速览标准类型发布机构主要内容实施要求国家强制标准国家标准委基本安全要求强制执行行业技术标准国家能源局技术规范细则行业遵循企业内控标准各电力企业具体操作规程内部执行国际标准IEC等组织国际通用规范参考采用目前现行的强制性国家标准和行业标准共计27项，涵盖了保护装置设计、制造、安装、运行维护等各个环节的安全要求电力保护装置主要技术指标100ms95%动作时限灵敏度保护装置从检测到故障到发出动作指令的时间能够检测到的最小故障电流与额定电流的比值

99.9%

99.99%选择性可靠性准确识别故障区域，避免误动和越级动作在规定条件下正常工作的概率指标这些技术指标共同构成了保护装置的性能评价体系，严禁出现误动和拒动现象，确保电力系统的安全稳定运行技术创新方向自学习技术AI基于人工智能的自学习算法能够自动识别和过滤误报信号，大幅提升保护装置的智能化水平通过机器学习技术，系统能够不断优化保护策略边缘计算应用在保护装置中集成边缘计算能力，实现实时数据分析和快速决策边缘计算技术能够减少网络延迟，提升保护动作的实时性模块化设计采用模块化、可重构的设计理念，支持远程配置和功能升级模块化设计提高了系统的灵活性和可维护性新一代智能保护终端集成技术光纤通信IED智能电子设备融合多种保护和控制功标准配置高速光纤通信接口，支持大容能，实现一体化解决方案量数据传输和实时通信智能算法安全加密采用先进的保护算法和故障识别技术，内置高级加密算法，确保通信数据的安提升保护性能全性和完整性保护数据的完整性与可追溯性全过程日志记录关键操作视频留存现代保护装置配备完善的数据记录系统，能够详细记录所有操作对重要的现场操作和维护工作进行视频记录，建立完整的操作档过程、参数变化和动作事件日志数据采用时间戳技术，确保记案视频数据与电子记录相互印证，提升数据的可信度录的准确性和连续性采用区块链等新技术确保数据的不可篡改性，建立可追溯的数据数据记录包括故障录波、事件记录、参数修改记录等多个维度，链条，满足监管部门的审计要求为事故分析和设备维护提供可靠的数据支撑典型智能变电站案例全光纤架构IEC61850110kV智能变电站采用IEC61850标准的全光纤保护系统，实现设备间的高速数字化通信故障自愈功能系统具备强大的故障自愈能力，能够自动识别故障区域并快速恢复供电毫秒级快速切换保护动作时间控制在10毫秒级别，大幅提升了保护速度和系统稳定性运行效果显著投运以来，系统运行稳定可靠，保护动作准确率达到

99.9%以上能源互联网与保护安全挑战分布式电源接入大量分布式电源接入使电网潮流方向和保护配合关系变得复杂，传统保护方案需要重新设计微网保护挑战微网系统在并网和孤岛运行模式间切换，对保护装置的适应性提出更高要求自愈保护需求需要开发新型的自愈保护方案，实现故障快速隔离和系统自动恢复协调控制策略建立分布式资源与保护装置的协调控制机制，确保系统整体安全大型新能源场站保护装置光伏并网保风电保护方跨区联动机护案制针对光伏电站考虑风电机组建立多个新能的特殊运行特的动态特性，源场站间的联性，开发专用设计适应性强动保护机制，的并网保护策的保护算法和实现区域协调略和装置参数控制云端参数设定支持通过云平台进行远程参数设置和保护策略优化运维管理与应急预案应急响应快速故障处置系统自动定位智能故障定位技术设备台账详细设备档案管理巡检计划精细化巡检制度建立完善的运维管理体系，细化设备台账和巡检制度，配备自动化故障定位系统制定详细的应急预案，确保在紧急情况下能够快速响应和有效处置，最大限度减少故障影响范围和时间大数据与智能诊断云边协同及远程维护云端管理平台统一的云端管理和远程升级系统远程补丁更新安全的远程补丁推送和升级机制边缘节点部署在现场部署智能边缘计算节点自动隔离保护4边缘节点具备自我隔离和保护能力云边协同架构结合了云计算的集中管理优势和边缘计算的实时响应能力系统支持远程升级补丁和集中管理，同时边缘节点具备自我隔离机制，在检测到安全威胁时能够自动切断网络连接，确保现场设备安全安全事件通报与信息共享1事件发现建立多层次的安全监测体系，及时发现各类安全威胁和异常事件2快速通报建立高效的事件通报机制，确保重要安全信息能够快速传递到相关单位联合响应建立跨单位的联合防御机制，共同应对重大安全威胁和突发事件国际趋势与中国实践国际发展趋势中国实践经验欧盟发布的NIS2指令对关键基础设施网络安全提出了更严格的我国在关键信息基础设施保护方面积累了丰富的实践经验，建立要求，美国也在不断完善电力系统网络安全标准体系了完善的法规体系和技术标准国际上越来越重视电力系统的网络安全防护，各国都在加大投通过实施网络安全等级保护、关键信息基础设施安全保护等制入，提升关键基础设施的安全防护能力度，有效提升了电力系统的整体安全水平电力保护装置未来挑战巨量设备高并发异构系统兼容性随着电力系统规模不断扩大，保不同厂商、不同年代的保护装置护装置数量急剧增长，如何实现需要实现互联互通，异构系统的海量设备的高并发管理和协调控兼容性和自适应能力成为关键技制成为重大挑战需要研发新的术难题标准化和协议统一是解架构和算法来应对这一挑战决这一问题的重要途径安全性评估AI人工智能技术在保护装置中的应用越来越广泛，但AI算法的安全性评估和标准制定仍然滞后，存在潜在的安全风险和标准缺失问题能力提升与学科发展电气工程传统电气专业知识通信技术现代通信协议和网络信息安全网络安全和数据保护人工智能机器学习和智能算法现代电力保护装置安全需要跨学科的综合知识，强调电气工程、通信技术、信息安全和人工智能的深度融合高等院校应增设相关专业课程，培养复合型人才，建立持续的人才培养机制，满足行业发展需求。