电力系统安全课件

电力系统安全课件第一章绿色能源转型下的新型电力系统安全挑战政策指引数字化风险习近平总书记年最新指示明确随着电力系统数字化、智能化程度不2024提出要推动新能源高质量发展构建断提高网络安全风险呈现爆发式增,,,清洁低碳、安全高效的能源体系这长黑客攻击、恶意软件、数据泄露为电力系统转型指明了方向同时也等威胁日益严峻对电网安全运行构,,带来了前所未有的安全挑战成重大隐患系统复杂性电力系统安全事故典型案例2023年某省大规模停电事智能设备故障连锁反应故智能电表、配电自动化终端等设备的软件漏洞或通信故障可能引发大范围设备该事故由变电站主变压器故障引发因继,,失控导致保护误动或拒动甚至触发连锁电保护配置不当导致故障扩散最终造成,,,跳闸事故区域性大面积停电事故暴露出设备老化、保护配置缺陷、应急处置能力不足网络攻击威胁等多重问题影响范围涉及个地市停电用户超过:3,50万户恢复时间主要区域小时内恢复偏远地:6,区超过小时12经济损失直接经济损失超过亿元:2电力系统安全的多维风险构成物理设备故障网络安全风险变压器、断路器、绝缘子等一次设备长期运行智能终端设备数量激增通信协议复杂多样网,,后出现老化、绝缘性能下降、机械磨损等问络边界模糊为黑客攻击提供了更多入口和攻,题导致故障率上升击面,设备平均服役年限超过年终端设备漏洞频发•20•绝缘老化导致击穿风险工控系统暴露在互联网••机械部件疲劳损伤数据传输缺乏加密••管理体系缺陷人为操作失误安全管理制度不健全、执行不到位、隐患排查运维人员操作不当、安全意识淡薄、应急处置不彻底、风险评估不科学等管理缺陷削弱了能力不足等人为因素仍是引发电力安全事故,,安全防护能力的重要原因制度执行流于形式误操作导致设备损坏••隐患整改不及时违章作业引发事故••应急响应迟缓•智能电网架构与安全防护体系现代智能电网采用分层分区的安全防护架构从发电端到用电端实现全链条安全管控系,统通过物理隔离、网络隔离、数据加密等多重手段构建纵深防御体系确保各层级、各,,环节的安全可控感知层网络层应用层智能传感器、测量装置实专用通信网络传输控制指时采集电网运行数据为令与数据采用加密技术,,安全监测提供基础信息保障通信安全第二章继电保护的定义与重要性继电保护是电力系统安全稳定运行的安全卫士在故障发生的瞬间做出正确判断并采取,有效行动防止事故扩大保障人员和设备安全,,快速检测故障自动隔离故障继电保护装置能够在毫秒级时间内检测一旦检测到故障保护装置立即发出跳闸,到系统故障识别故障类型和位置为后指令驱动断路器动作将故障区域从系,,,,续动作提供准确依据统中快速切除阻止故障蔓延,提高供电可靠性继电保护系统构成与工作原理系统构成工作原理测量元件电流互感器、电压互感器采集电气参继电保护系统的工作流程可分为四个阶段:CT PT:数信号采集测量元件持续监测电网运行状态采集电流、电压、频率等参数:,比较元件将测量值与整定值比较判断是否满足动作条件:,故障判断比较元件将实测值与预设整定值比较逻辑元件根据保护原理进行综合判断:,动作决策当满足保护动作条件时保护装置做出跳闸决策:,逻辑元件根据保护逻辑进行综合判断:执行操作执行元件向断路器发出跳闸指令断路器快速分闸切除故障:,,执行元件发出跳闸指令驱动断路器动作:,辅助元件信号、记录、监视等功能:继电保护的主要类型过电流保护距离保护当线路电流超过整定值时动作分为根据测量阻抗判断故障距离不受系,,定时限和反时限两种通过时间选择统运行方式影响通过设置三段式保性实现保护配合确保故障点最近端护范围实现快速、准确的故障切,,保护首先动作除适用于配电网和输电线路第一段瞬时动作保护线路••,80-整定简单动作可靠85%•,第二段延时动作保护全线路需合理配置时间级差•,•第三段作为后备保护•方向保护根据故障电流方向判断故障位置常与过电流保护配合使用在环网或双电源系统,中方向保护能准确识别故障区域,利用功率方向元件判别•防止保护误动•提高保护选择性•继电保护装置的选用与设计原则可靠性原则速动性原则保护装置应具有高可靠性正常运行时不误动故障时不保护装置应快速切除故障减小故障对系统的冲击防止,,,,拒动采用冗余设计、自检功能、容错技术提高可靠设备损坏扩大提高系统稳定性,性1234选择性原则灵敏性原则故障时应由距故障点最近的保护首先动作切除最小故在保护范围内发生故障时保护装置应有足够的灵敏度,,,障范围保证非故障部分继续运行能够可靠动作灵敏系数应满足规程要求,,现代数字继电保护优势采用微处理器技术的数字继电保护装置具有精度高、功能强、体积小、调试方便、自检能力强等优点已成为电力系统继电保护的主流产品,数字化保护还支持远程监控、故障录波、事件记录等高级功能电力系统故障类型详解短路故障故障危害短路故障产生的巨大电流会造成多方面危害:三相短路热效应:导体温度急剧上升,可能熔断或损坏绝缘三相导体同时短接,是最严重的对称故障短路电流最大,对设备威胁最大,但发生概率最低约电动力效应:产生巨大电磁力,可能损坏设备机械结构占5%电压骤降:故障点附近电压大幅下降,影响用户用电稳定性破坏:可能导致发电机失步,系统解列两相短路电弧烧伤:电弧高温可能引发火灾或爆炸两相导体之间短接,属于不对称故障短路电流约为三相短路的87%,发生概率约15-20%接地故障特点单相接地故障虽然电流较小,但会引起非故障相对地电压升高,可能导致绝缘击穿,演变为相间短路单相接地接地电流还会对通信线路产生干扰一相导体接地,是最常见的故障类型,占全部故障的70%以上在中性点不接地系统中可短时运行故障检测技术与定位方法电流电压测量信号处理技术电流互感器将一次侧大电流按比例变换为二次侧小电流电压采用傅里叶变换提取基波和谐波分量小波变换检测暂态信号突变CT,,互感器将高电压按比例变换为低电压为保护装置提供标准信特征数字滤波技术消除干扰提高信号质量采样频率通常为工PT,,号现代电子式互感器采用光学或电子技术具有更高精度和更宽频的倍确保信号还原精度,12-128,频带阻抗法定位行波法定位根据测量的故障阻抗计算故障距离单端阻抗法利用本端电气量利用故障产生的行波在线路中传播的时间差确定故障位置行波,双端阻抗法利用线路两端数据精度更高适用于输电线路故障定速度接近光速定位精度可达数十米特别适用于长距离输电线路,,位误差一般在和电缆线路故障定位,1-3%故障切除与隔离自动化策略故障检测保护装置持续监测电网参数,采用多重判据综合判断故障检测时间通常在10-20毫秒以内逻辑判断根据保护逻辑、整定值、闭锁条件进行综合判断,确定是否满足跳闸条件,避免误动跳闸执行断路器在接收跳闸指令后,通过电磁机构或液压机构驱动触头分离,切断故障电流动作时间20-60毫秒自动重合闸对于瞬时性故障,在断路器跳闸后延时自动重合若故障已消失,可快速恢复供电,提高供电可靠性断路器操作机构故障录波分析弹簧操作机构:通过预储能弹簧释放能量驱动触头,动作故障录波装置记录故障前后的电气量波形,采样频率可达可靠,维护简便10kHz以上通过波形分析可以准确判断故障类型、故液压操作机构:利用高压油驱动,分合闸速度快,适用于高障位置、保护动作情况,为事故分析提供重要依据现代录波装置支持远程访问和自动上传功能压断路器永磁操作机构:利用永磁体保持分合闸状态,功耗低,寿命长继电保护装置与工作流程装置硬件构成软件功能现代数字继电保护装置采用模块化设计保护装置软件实现多种保护算法和辅助,主要包括功能::处理模块高性能微处理器或主保护算法差动保护、距离保护等•CPU:DSP•:模拟量输入模块转换采样精度后备保护算法过流保护、低频减载等•:A/D,•:位以上16故障录波高速采样记录故障波形•:开关量输入输出模块接收开关信号•:,事件记录记录保护动作、开关变位•:输出跳闸指令等事件通信模块支持多种通信规约•:自检功能定期检查硬件和软件状态•:电源模块宽范围输入隔离输出•:,通信功能与调度中心、其他装置通信•:人机接口显示屏操作按键•:LCD,第三章智能化安全防护与未来趋势新型电力系统的智能化安全防护需求随着新能源大规模接入、电力电子装备广泛应用、信息通信技术深度融合电力系统正在向更加清洁、智能、高效的方向演进新型电力系统呈现出多,流融合的特征电力流、信息流、业务流相互交织安全防护面临全新挑战,,海量终端数字化平台智能电表、充电桩、分布式电源等终端设备数量呈爆发式增长设备种类繁多、厂家各异存在大量,,云计算、大数据平台成为电网运行的大脑平台,安全漏洞成为攻击者的重点目标,安全直接关系整个系统安全需要防范数据泄露、系统瘫痪、算法攻击等风险通信网络电力专网、公网、无线网络多种通信方式并存网络边界模糊传统的物理隔离防护措施失,,效需要构建新型网络安全防护体系,供应链安全数据安全芯片、操作系统、应用软件等关键设备和技术存在供应链安全隐患需要加强自主可控技术研发和,海量的运行数据、用户数据、控制数据在系统中应用流转数据的完整性、机密性、可用性面临威胁需,,要全生命周期的数据安全管理网络安全防护重点方案物理层防护加强关键设施物理安全实施门禁管理、视频监控、周界防护关键设备采用冗余配置提,,高容错能力建立物理隔离区防止未授权访问,网络层防护部署防火墙、入侵检测系统、入侵防御系统实施网络分区隔离采用虚拟IDS IPS,专用网络保障远程访问安全实时监测网络流量及时发现异常行为VPN,应用层防护加强应用系统身份认证和访问控制采用多因素认证、角色权限管理定期开展安,全审计和漏洞扫描及时修补安全漏洞关键应用采用加密通信,监测与响应建设安全运营中心实现小时安全监测部署安全信息与事件管理系SOC,7×24统实现安全事件关联分析制定应急预案定期开展演练SIEM,,动态链接库技术在继电保护中的应用DLLDLL技术优势应用案例模块化设计某厂家采用开发的数字继电保护软件系统采用技术实现以下功能模块C++,DLL:将保护算法、通信协议、数据处理等功能封装成独立的DLL模块,降低系统耦合算法模块DLL:封装各类保护算法,如差动保护、距离保护、零序保护等度,便于功能扩展和维护通信模块DLL:支持IEC

61850、Modbus、DNP3等多种通信规约数据处理实现故障录波、事件记录、统计分析等功能DLL:灵活升级人机交互提供图形化界面、参数设置、信息查询等功能DLL:当保护算法需要优化或新增功能时只需更换相应文件无需重新编译整个系,DLL,通过技术系统实现了算法库的标准化管理新算法的集成周期从原来的个月缩短至周系统稳定性DLL,,32,统大大缩短升级周期,和可维护性显著提升资源共享多个保护装置可共享同一文件节省内存空间文件可以动态加载和卸载DLL,DLL,优化系统资源利用代码复用通用功能模块可在不同型号的保护装置中重复使用提高开发效率降低维护成,,本技术提示在继电保护系统中应用技术时需要注意版本管理、接口标准化、异常处理等问题建议采用统一的接口规范建立严格的测试验证流程确保模块的可靠性和兼容性:DLL,,,DLL智能电网安全管理平台实时监控与故障预警大数据与AI辅助决策远程运维与自动化处理平台集成系统、保护装置、在线监测设利用大数据技术存储和分析海量历史数据挖掘设支持远程参数设置、远程控制、远程诊断等功能SCADA,,备等多源数据实现电网运行状态的全景可视化备故障规律和运行特征应用机器学习算法建立减少现场作业工作量故障发生时系统自动生成,,采用大屏显示技术直观展示电网拓扑、设备状故障预测模型提前发现潜在风险实现从被动响处置方案推送至运维人员移动终端指导快速处,,,,,态、负荷分布等信息应到主动预防的转变置电力安全生产管理体系建设安全文化建设树立安全第

一、预防为主、综合治理的安全理念,营造人人讲安全、事事讲安全、时时讲安全的文化氛围开展安全文化宣传活动,提高全员安全意识建立安全激励和问责机制培训与资质管理制定分层分类的培训计划,确保运维人员掌握必要的专业知识和技能实施持证上岗制度,定期开展考核评估加强新技术、新设备的培训,提升人员综合能力建立专家人才库,发挥技术引领作用标准化操作规程编制覆盖各类作业场景的标准化操作规程和作业指导书,明确操作步骤、安全措施、应急处置推行两票三制工作票、操作票,交接班制、巡回检查制、设备定期试验轮换制,规范现场作业行为风险评估与隐患排查建立风险分级管控机制,定期开展风险辨识和评估实施隐患排查治理制度,明确责任、措施、资金、时限、预案五落实运用风险矩阵、故障树分析等方法,科学评估风险等级,制定针对性管控措施应急预案与演练编制综合应急预案、专项应急预案、现场处置方案,形成完整的应急预案体系定期组织综合演练、专项演练、桌面推演,检验预案可行性建立应急物资储备库,配备应急通信装备,提升应急响应能力未来电力系统安全技术趋势AI驱动的故障预测与自愈深度学习算法分析设备运行数据预测设备健康状态和剩余寿命提前安排检修计划强化学习技术优化保护定值适应系统运行方式变化故障发生时系统自动制定隔离方案和恢复,,,,AI策略实现秒级自愈,区块链保障数据不可篡改利用区块链的去中心化、不可篡改特性保障电力交易数据、计量数据、保护动作记录的真实可信智能合约实现自动化的电力交易结算分布式账本技术提高数据透明度和可追溯,性5G与物联网提升通信能力网络的高带宽、低时延、大连接特性满足电力系统海量终端接入和实时控制需求边缘计算技术将数据处理下沉到网络边缘减少时延提高响应速度物联网平台实现设备的智能5G,,,感知和协同控制量子通信增强信息安全量子密钥分发技术提供理论上无条件安全的密钥分配方案有效抵御未来量子计算机的破解威胁在电力系统调度控制、重要数据传输等场景应用量子通信构建量子经典混合安全,,+体系数字孪生技术构建电网的数字孪生模型实时映射物理电网的运行状态在虚拟空间进行仿真推演验证控制策略的有效性数字孪生支持故障预演、应急演练、人员培训等多种应用场景提升电网,,,管理水平智能电网未来愿景未来的智能电网将是一个清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动的新型电力系统风光水火核等多种能源形式协同互补源网荷储各环节,智能协调能源生产和消费深度融合电力系统与交通、建筑、工业等领域跨界融合形成能源互联网生态体系,,,清洁化数字化市场化新能源装机占比超过电能在终端能源消费全面感知、泛在连接、智能决策数字技术与建立完善的电力市场机制实现资源优化配置激70%,,,,中占比达到以上实现碳达峰碳中和目标电力技术深度融合构建数字孪生电网发市场主体活力促进新技术新业态发展50%,,,典型案例:某省智能电网安全防护实践项目背景1该省电网覆盖面积广,新能源装机容量大,面临电网运行复杂性高、网络安全威胁增加、传统保护手段不足等挑战2022年启动智能电网安全防护提升工程2建设目标构建纵向深入、横向扩展、内外兼顾的立体化安全防护体系,提升故障快速处置能力,增强网络安全防护水平,保障新能源安全消纳主要措施3部署新一代智能继电保护装置500余套,建设省级安全管控平台,实施网络安全分区防护,开展全员安全培训,建立应急指挥体系4实施效果故障识别准确率提升至

99.8%,故障隔离时间缩短50%,停电范围减小60%,年均停电时间下降30%,网络安全事件零发生,综合效益显著继电保护与智能安全防护的协同发展融合趋势综合方案继电保护从单纯的设备保护向系统安全构建涵盖物理层、设备层、网络层、平综合防护演进网络安全从领域向领台层、应用层的全方位安全防护体系,IT OT:域延伸两者融合形成物理安全网络安+物理防护设施加固、环境监测、容灾备:全的协同防护体系份保护装置嵌入网络安全功能•设备防护智能继电保护、在线监测、故:网络安全系统监测保护装置状态障自愈•统一安全管理平台协同调度网络防护安全隔离、入侵检测、加密通•:信数据共享实现联动响应•平台防护身份认证、权限管理、安全审:计管理防护制度建设、人员培训、应急演:练电力系统安全的政策与标准支持国家政策国家能源局发布《电力安全生产监督管理办法》《电力系统网络安全管理办法》等政策文件明确安全生产责任规范安全管理行为《十四五现代能源体,,系规划》提出提升能源安全保障能力的战略目标行业标准系列标准规范变电站通信网络和系统《电力系统继电保护及安全自动装置设计规范》指导继电保护设计IEC61850,DL/T5003-2021GB/T22239-2019《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》适用于电力系统网络安全合规要求电力企业需建立完善的安全管理体系通过网络安全等级保护测评和电力行业关键信息基础设施认定定期开展安全检查和隐患排查及时整改发现的问题,,建立安全生产责任制落实各级人员安全职责,最新政策动态年国家能源局发布《新型电力系统安全稳定导则》针对高比例新能源、高比例电力电子装备的新型电力系统提出新的安全稳定标准和技术要求为电力系2024,,,统安全运行提供政策和技术支撑电力安全人才培养与技术创新专业课程体系实训基地建设高校开设电气工程、继电保护、电力系统自动化、网络安全等专业课建设继电保护实训室、变电站仿真实训基地、网络安全攻防实验室为,程培养复合型人才实验教学与工程实践相结合提升学生实践能力学生和在职人员提供实战化训练平台引入虚拟仿真技术降低培训成,,,产学研合作培养应用型人才本提高培训效果,技术研发平台行业交流合作组建电力系统安全技术研发中心开展关键技术攻关建立企业、高举办电力安全技术论坛、继电保护学术会议促进经验交流和技术分,,校、科研院所协同创新机制推动科技成果转化加大研发投入支持前享加强国际合作引进先进技术和管理经验建立专家咨询机制为企,,,,沿技术探索业提供技术支持总结电力系统安全的核心要点:继电保护是电力安全的基石继电保护系统是保障电网安全稳定运行的第一道防线必须确保保护装置配置合理、整定正确、动作可靠随着电网结构日益复杂继电保护技术需要不断创新,,适应新形势下的保护需求数字化、智能化是继电保护技术发展的必然方向智能化与网络安全是未来重点新型电力系统的数字化转型带来巨大机遇同时也带来新的安全挑战网络安全,已成为电力安全不可分割的组成部分必须建立物理安全与网络安全协同防护的体系运用人工智能、大数据等新技术提升安全防护能力构建主动防御、智能预,,警、快速响应的安全体系持续创新与规范管理保障安全稳定电力系统安全是一项系统工程需要技术创新与管理提升并重要加强人才培养,,提升从业人员专业素质完善标准规范落实安全责任强化监督检查严格考核,,问责通过技术进步和管理创新构建本质安全型电力系统为经济社会发展提供,,坚强的电力保障致谢感谢各位专家学者在电力系统安全领域的卓越贡献感谢电力企业在安全生产实践中的不懈探索感谢广大电力工作者的辛勤付出正是有了你们的努力电力系统安全,,,水平不断提升为经济社会发展提供了坚强保障,特别鸣谢交流与合作中国电力科学研究院专家团队欢迎各界同仁交流探讨电力系统安全技术共同推动行业进步我们期待与您在技•,术研发、项目实施、人才培养等方面开展深入合作携手构筑电力安全防线为建设国家电网公司技术支持,,•新型电力系统贡献力量南方电网公司案例提供••各高校科研机构学术支持让我们共同努力,守护电力系统安全,照亮美好未来!继电保护设备制造企业•网络安全解决方案提供商•QA欢迎提问共同探讨电力系统安全的未来,如何应对新能源大规模接入带来的继网络安全防护的投入产出比如何评估电保护挑战人工智能技术在电力安全领域的应用前景如何感谢您的聆听期待与您深入交流共同为电力系统安全贡献智慧和力量!,。