葛洲壩電廠保護及安全自動裝置介紹.ppt

葛洲壩電廠保護及安全自動裝置介紹,葛洲壩電廠保護分部,目錄,1 基本概念 2 主接線圖簡介 3 大江廠房保護裝置 4 500KV開關站保護裝置 5 安全自動裝置 6保護相關二次回路,一、基本概念,1 繼電保護裝置的定義 當電力系統(tǒng)中的電力元件（如發(fā)電機、線路等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障或危及其安全運行的事件時，發(fā)出告警信號或跳閘命令，以終止這些事件發(fā)展的成套硬件設備。保護電力元件的稱繼電保護裝置；保護電力系統(tǒng)的稱安全自動裝置。 為了保護電力運行設備及電力系統(tǒng)的正常運行，任何時候任何設備都不允許無保護狀態(tài)運行。 2 繼電保護裝置的任務 將故障的電力設備從電力系統(tǒng)中切除，使其損壞程度減少到最小，保證無故障電力設備繼續(xù)正常運行。 反應不正常運行狀態(tài)，發(fā)信號，在無人值班的變電所，保護可作用于減負荷或延時跳閘。,3 對繼電保護裝置的基本要求： 選擇性：保護裝置選擇故障元件的能力。即只切除故障設備或線路，以保證無故障部分正常運行。 快速性：快速切除故障設備或線路，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。 靈敏性：對其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正常狀態(tài)的反應能力。 可靠性：包括安全性（即不拒動）和可信賴性（即不誤動）。安全性是指應該動作的故障不應拒動；可信賴性是指不應該動作的故障不應誤動。,二 、 主接線圖簡介,1 大江電廠主接線圖簡介 葛洲壩電廠共裝機21臺，大江電廠安裝 14臺機組，二江電廠安裝7臺機組，總?cè)萘?71.5萬千瓦，年均發(fā)電量157億千瓦時。 大江電廠為擴大單元接線方式，共4個擴大單元14臺機組。500KV開關站采用3/2接線方式，六條進線六條出線，其中4條進線由大江廠房引入，2條進線通過聯(lián)變從二江廠房引入，1條出線（葛鳳線）送到武漢鳳凰山，2條出線（葛雙I、葛雙II）送到荊門的雙河變電站，再由姚雙線與河南的姚孟電廠連接，1條出線（葛崗線）送到湖南的崗市變電站，2條出線（葛換I、葛換II）與換流站相連，再經(jīng)超高壓直流輸電送到上海的蘭橋換流站，與華東網(wǎng)相連。,2 3/2接線方式的特點 運行方式靈活多變，操作簡便； 投資大，維護工作量大，占地面積大。 3 斷路器、隔刀、地刀的編號規(guī)律 廠房為8字頭，以發(fā)電機為核心 開關站為50字頭，以線路為核心 與線路有關的隔刀帶6字 地刀帶7，靠母線側(cè)為7，另為17,三、大江廠房保護,廠房保護裝置主要有 機組保護裝置 主變單元保護裝置 廠用變保護裝置,1 機組保護： 主要故障類型：定子繞組相間短路，定子繞組同一相匝間短路，定子繞組接地故障，轉(zhuǎn)子一點、兩點接地故障，轉(zhuǎn)子回路低勵或失去勵磁電流。 不正常工作狀態(tài)：過負荷，定子繞組過電流，定子繞組過電壓，三相電流不對稱，失步，過勵磁等 機組保護配置情況 大江電廠機組保護裝置為能達公司生產(chǎn)的WYB-021型微機繼電保護裝置，包括子一系統(tǒng)、子二系統(tǒng)、管理機及出口層。,表1 8F21F機組保護配置,保護的作用及原理 (1）縱差保護：反應發(fā)電機線圈及其引出線的相間短路。 (2）不對稱保護：用于反應定子繞組同一相或分支短路。 （3）失磁保護：反應發(fā)電機端測量阻抗，作為發(fā)電機全失磁或部分失磁保護，三個判據(jù) 靜穩(wěn)阻抗判據(jù) ；無功方向判據(jù) ；變勵磁電壓判據(jù)。 （4）過電壓保護：用于反應發(fā)電機突然甩掉負荷時引起定子繞組過電壓。 （5）低壓過流保護：用于反應發(fā)電機外部短路引起的過電流及負荷超過發(fā)電機額定容量引起的三相對稱過負荷。,（6）負序過流保護：用于反應外部不對稱短路或不對稱故障引起的過電流及過負荷。 （7）轉(zhuǎn)子過流保護：用于反應勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負荷。 （8）串并變過流保護：用于反應勵磁用串并變發(fā)生故障引起的過電流。,發(fā)電機縱差保護（故障分量比率制動式）,圖FC-1 比率制動式縱差保護原理接線,圖FC-2 比率制動特性,圖FC-3 故障分量比率制動特性圖,二,動作邏輯 發(fā)電機縱差保護采用故障分量方式，分單相式差動和互鎖式差動（相間），邏輯框圖分別如圖FC-4，圖FC-5。,圖FC-4 發(fā)電機單相差動邏輯,圖FC-5 發(fā)電機相間縱差保護邏輯,說明： 1、圖FC-4 中示出C相差動內(nèi)部邏輯，A、B相內(nèi)部邏輯同虛框中C相。 2、圖FC-5 中A相差動、B相差動、C相差動內(nèi)部邏輯圖，同圖FC-4虛框中C相。 3、具體選擇單相式或相間式差動由保護控制字的D6位決定。當D6=0時為單相式差動；當D6=1時為相間差動，推薦投相間。 4、CT斷線閉鎖差動由保護控制字的D0位決定，當D0=0時，CT斷線不閉鎖差動；當D0=1時CT斷線閉鎖差動。且只適用于單相式差動。,失磁保護動作邏輯 1. 失磁保護動作判據(jù)（1） 由無功方向、靜穩(wěn)阻抗和PT斷線構(gòu)成，保護動作邏輯如圖 SC-6,圖SC-6 失磁保護動作邏輯（1）,2. 失磁保護動作判據(jù)（2） 由無功方向、靜穩(wěn)阻抗、轉(zhuǎn)子低壓和PT斷線構(gòu)成，保護動作邏輯如圖 SC-7,圖SC-7 失磁保護動作邏輯（2）,3 . 失磁保護動作判據(jù)（3） 由無功方向、靜穩(wěn)阻抗、轉(zhuǎn)子低壓、系統(tǒng)低壓和PT斷線構(gòu)成，保護動作邏輯如圖 SC-8,圖SC-8 失磁保護動作邏輯（3）,2 主變保護： 主要故障類型 內(nèi)部故障：各相繞組之間發(fā)生的相間短路，單相繞組部分線匝之間發(fā)生的匝間短路，單相繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障。 外部故障：絕緣套管閃絡或破碎而發(fā)生的單相接地短路，引出線之間發(fā)生的相間故障。 不正常工作狀態(tài)：外部短路或過負荷引起的過電流，油箱漏油造成的油面降低，變壓器中性點電壓升高，外加電壓過高或頻率降低引起的過激磁等。 機組保護配置情況 第一、四單元保護裝置為能達公司生產(chǎn)的WYB-3C型微機變壓器保護裝置，第二、三單元保護裝置為南自廠生產(chǎn)的WBZ-500H型微機變壓器保護裝置，具體保護配置情況如下表2、表3。,表3 WBZ-500H型變壓器保護配置表,表2 WYB-3C型變壓器保護配置表,保護的作用及原理 (1）差動保護：采用差電流原理。構(gòu)成：比例制動差動保護二次諧波制動五次諧波制動差速斷，反應變壓器繞組和引出線的多相短路，大接地電流電網(wǎng)側(cè)繞組和引出線接地短路以及繞組匝間短路。 為了避免由于各個電流互感器的飽和特性和勵磁電流不同及其他原因引起不平衡電流造成保護誤動而設置比例制動。 在變壓器空載投入或外部短路故障切除后，電壓恢復過程中，變壓器一側(cè)會產(chǎn)生激磁電流，此電流二次諧波分量含量多，此時設置二次諧波制動以防保護誤動。 由于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的誤操作或失調(diào)，或電力系統(tǒng)的不正常運行，激磁電流中五次諧波電流分量很大，所以取五次諧波制動以防保護誤動。 對于大型變壓器，為防止在較高的短路水平時，由于電流互感器飽和時高次諧波量增加，產(chǎn)生極大的制動力矩而使差動元件拒動，設置差速斷快速動作。,復合過流：由一個負序電壓繼電器和一個接在相間電壓上的低電壓繼電器共同組成的電壓復合元件，兩個繼電器只有一個動作，同時過電流繼電器也動作，裝置即啟動。 過激磁：大型變壓器的額定工作磁密和它的飽和工作磁密相差不大，據(jù)B=KU/f，當U/f增加時，工作磁密B增加，當鐵心飽和后，勵磁電流急劇增大，造成變壓器過激磁，此時應裝設過激磁保護。 重瓦斯：變壓器的主要保護，能有效反應變壓器內(nèi)部故障,3 廠用變保護： 差動、速斷、過流、過激磁、瓦斯保護等,四、500KV開關站保護裝置,500KV開關站保護裝置主要有 線路保護 母線保護 斷路器保護 聯(lián)變保護 電抗器保護,1 500KV繼電保護配置原則雙重化 雙重化必須滿足： 工作電源獨立 出口回路獨立 測量回路獨立 高頻通道獨立,斷路器一體化保護由北京四方公司的 CSC-121A+CSC-123A組成. CSC-121A為數(shù)字綜合重合閘及斷路器輔助保護裝置, 主要適用與 220KV及以上電壓等級的一個半斷路器接線方式.裝置包括綜合重合 閘、失靈保護、死區(qū)保護、三相不一致保護等功能元件。 CSC123A為數(shù)字式短引線保護裝置。當一串斷路器中一條線路停 用，則該線路側(cè)的隔離開關將斷開，此時線路主保護停用，沒有快 速保護切除故障，為此設置了短引線縱聯(lián)差動保護。由隔離開關的 輔助觸點控制，在隔離開關合上時短引線保護停用。 南京南瑞的 RCS-922、美國SEL的SEL551也為短引線保護裝置。,RCS-925為過壓遠跳保護裝置。500kV的長線路主要聯(lián)接電廠到遠方的系統(tǒng)，送出大量的電力。當系統(tǒng)一側(cè)的斷路器因故斷開以后，電廠側(cè)的母線電壓將因為線路的電容效應而升高，有可能超過1.3倍的最高運行電壓，嚴重考驗設備的電壓耐受水平和電力設備絕緣水平。此時如果電廠側(cè)斷路器跳閘，將使斷路器在超過要求的條件下切斷線路，后果難以預料。電廠側(cè)電壓升高隨著水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速飛升，相對繼電保護快速動作來說是一個緩慢過程。所以當線路受端側(cè)斷路器斷開的同時，發(fā)出遙切命令將電廠側(cè)線路隨即斷開，此時機組尚處于額定轉(zhuǎn)速，電壓也在允許條件下。美國SEL的SEL351-7也能實現(xiàn)過壓遠跳功能。,2 線路保護的配置,3 微機線路保護的介紹（RCS-901A型為例） RCS-901A包括以縱聯(lián)變化量方向和零序方向元件為主體的快速主保護，由工頻變化量距離元件構(gòu)成的快速段保護，有三段式相間和接地距離及二個延時段零序方向過流作為后備的全套后備保護。 軟件 圖4 保護程序結(jié)構(gòu)框圖,主程序按固定的采樣周期接受采樣中斷進入采樣程序，在采樣程序中進行模擬量采集與濾波，開關量的采集、裝置硬件自檢、交流電流斷線和起動判據(jù)的計算，根據(jù)是否滿足起動條件而進入正常運行程序或故障計算程序。硬件自檢內(nèi)容包括RAM、E2PROM、跳閘出口三極管等。 正常運行程序中進行采樣值自動零漂調(diào)整、及運行狀態(tài)檢查，運行狀態(tài)檢查包括交流電壓斷線、檢查開關位置狀態(tài)、變化量制動電壓形成、重合閘充電、通道檢查、準備手合判別等。不正常時發(fā)告警信號，信號分兩種，一種是運行異常告警，這時不閉鎖裝置，提醒運行人員進行相應處理；另一種為閉鎖告警信號，告警同時將裝置閉鎖，保護退出。 故障計算程序中進行各種保護的算法計算，跳閘邏輯判斷以及事件報告、故障報告及波形的整理。,硬件 圖5 硬件模塊圖,微機保護硬件系統(tǒng)通常包括五個部分 數(shù)據(jù)處理單元，主要指數(shù)字信號處理器DSP； 數(shù)據(jù)采集單元，包括低通濾波、A/D變換器等 數(shù)字量輸入輸出接口，包括外部開入接口、光隔插件、出口跳閘插件、信號插件等 通信接口，包括通信插件、人機對話模塊、打印等 電源插件,保護原理簡介 工頻變化量距離繼電器 電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，其短路電流、電壓可分解為故障前負荷狀態(tài)的電流電壓分量和故障分量， 工頻變化量距離繼電器測量工作電壓的工頻變化量的幅值，其動作方程為： U Z 對相間故障： U OP =U I Z ZD = AB, BC,CA 對接地故障： U OP =U ( I + K 3 I 0 ) Z ZD = A, B,C Z ZD為整定阻抗，一般取0.80.85 倍線路阻抗； U Z為動作門坎，取故障前工作電壓的記憶量。,為保護區(qū)內(nèi)外各點金屬性短路時的電壓分布，設故 障前系統(tǒng)各點電壓一致，即各故障點故障前電壓為U Z . 區(qū)內(nèi)故障時， 可見，U OP E F1 ， 繼電器動作。 反方向故障時， 可見，U OP E F 2 ， 繼電器不動作。 區(qū)外故障時， 可見，U OP E F 3 ， 繼電器不動作。,工頻變化量方向繼電器 RCS-901A由工頻變化量方向和零序功率方向繼電器,經(jīng)通道交換信號構(gòu)成全線路快速跳閘的方向保護。變化量方向繼電器測量電壓、電流故障分量的相位，當測量相角反相位時動作。 其正方向元件測量相角為 其反方向元件測量相角為 其中 為電壓、電流變化量的正負序綜合分量，無零序分量； 為模擬阻抗； 為補償阻抗。,當正方向故障時，如圖，并假設系統(tǒng)的負序阻抗等于正序阻抗，將工頻變化量電壓電流分解為對稱分量，則 正方向經(jīng)過渡電阻故障計算圖 其中M為轉(zhuǎn)換因子，根據(jù)不同的故障類型，裝置可選擇不同的轉(zhuǎn)換因子，以提高靈敏度。 設系統(tǒng)阻抗角與 的阻抗角一致，則正方向元件測量相角為 反方向元件測量相角為 可見，正方向故障時，正方向元件可靠動作，反方向元件可靠不動。,反方向故障時，如圖， 為線路至對側(cè)系統(tǒng)的正序阻抗，將電壓電流分解為對稱分量有： 圖 反方向故障計算用圖 設系統(tǒng)阻抗角與 的阻抗角一致，則正方向元件測量相角為 反方向元件測量相角為 可見，正方向故障時，正方向元件可靠動作，反方向元件可靠不動,1. 應用范圍 RCS931系列裝置為由微機實現(xiàn)的數(shù)字式超高壓線路成套快速 保護裝置，可用作220KV及以上電壓等級輸電線路的主保護及后備 保護。 2. 保護配置 RCS931系列保護包括以分相電流差動和零序電流差動為主體的快速主保護，由工頻變化量距離元件構(gòu)成的快速I段保護，由三段式相間和接地距離及多個零序方向過流構(gòu)成的全套后備保護，RCS931系列保護有分相出口，配有自動重合閘功能，對單或雙母線接線的開關實現(xiàn)單相重合、三相重合和綜合 重合閘。,3.保護程序結(jié)構(gòu) 保護程序結(jié)構(gòu)框圖如圖所示,主程序,采樣程序,故障計算程序,正常運行程序,起動？,N,Y,通信插件（COM）,繼電器出口1插件（OUT1）,本插件提供輸出空接點，如下圖所示,4 母線保護的配置 母線保護主要元件： 電流差動 失靈保護 CT斷線,5 斷路器保護的配置 斷路器保護主要元件： 失靈 三相不一致 死區(qū) 充電 重合閘,五 安全自動裝置,葛洲壩大江電廠決策機與雙河變、葛洲壩大江電廠執(zhí)行機通過光纖通信組成穩(wěn)控系統(tǒng)。 葛洲壩大江電廠決策機按雙套配置組成，雙柜并列運行。葛洲壩大江電廠執(zhí)行機按雙套配置組成，雙柜主輔運行 葛洲壩大江電廠決策機穩(wěn)定控制裝置檢測葛雙雙回、葛玉線、備用元件1、備用元件2的故障，查找策略表切除機組。接收雙河變發(fā)送的切機容量，切除機組。檢測500kV母線，高周切除機組。 葛玉線故障時，將故障信息發(fā)送到雙河變。 葛洲壩大江電廠執(zhí)行機穩(wěn)定控制裝置采集14臺機組電氣量，判斷機組跳閘。接收決策機發(fā)送的切機容量，切機臺數(shù)，切除機組。,六 保護相關二次回路,二次設備是指