葛洲壩電廠保護及安全自動裝置介紹(大江)

1、葛洲壩電廠保護及安全葛洲壩電廠保護及安全自動裝置介紹自動裝置介紹2006年7月2日葛洲壩電廠保護分部目錄目錄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(guān)站保護裝置5 安全自動裝置6保護相關(guān)二次回路一、基本概念一、基本概念 1 繼電保護裝置的定義定義 當(dāng)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(shè)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(shè)備及電力系統(tǒng)的正常運行，任何時候任何設(shè)備都不允許無保護狀態(tài)運行。 2 繼電保護裝置的任務(wù)任務(wù) 將故

2、障的電力設(shè)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(shè)備繼續(xù)正常運行。 反應(yīng)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基本要求： 選擇性選擇性：保護裝置選擇故障元件的能力。即只切除故障設(shè)備或線路，以保證無故障部分正常運行。 快速性快速性：快速切除故障設(shè)備或線路，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。 靈敏性靈敏性：對其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正常狀態(tài)的反應(yīng)能力。 可靠性可靠性：包括安全性（即不拒動）和可信賴性（即不誤動）。安全性是指應(yīng)該動作的故障不應(yīng)拒動；可信賴性是指不應(yīng)該動作的故障不應(yīng)誤動。二二 、 主接線圖簡介主接線圖簡介 1 大江電廠

3、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(guān)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。8F9F10F11F12F13F14F15

4、F16F17F18F19F20F21F8Z B9Z B10Z B11Z B12Z B13Z B14Z B15Z B16Z B17Z B18Z B19Z B20Z B21Z B8C B9C B10C B11C B12C B13C B14C B15C B16C B17C B18C B19C B80880981081181281381481581681781881982082182582682782883283125B26B27B28B80818082808380858087860882518091809280938095809781018102810381058107861083118111811

5、2811381158117812181228123812581278612826181318132813381358137814186148142814381458147815181528153815581578161816281638165816786168271817181728173817581778181818281838185818786188321819181928193819581978201820282038205820786208281821182128213821582171Y H2Y H3Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y

6、H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H3Y H3Y H3Y H3Y H3Y H3Y H8B10B12B14B16B18B20B508051005120514051605180520013.8K V13.8K V13.8K V13.8K V13.8K V13.8K V13.8K V732731零 序1L H2L H3L H4L H5L H6L H7L H8L H9L H 19L H 29L H 3L H 1發(fā) 差發(fā) 差發(fā) 保勵 磁測 量變 差 1變 差 2后 備測 量過 流21L H22L H1L H2L

7、 H3L H4L H過 流 測 量變 差 1變 差 2變 差 1變 差 2變 差 2測 量 ,過 負 荷短 差50086500867500861750106501067501061750126501267501261750146501467501461750166501667501661750186501867501861750206750115012501350215022502350315032503350415042504350515052505350615062506350111501125011175011275012150121750122501227501315013175013

8、250132750136501367501361750236502367502361750231502325023275023175022250222750221502217502125021275021150211750116501167501161750216502161750216750311503117503125031275031650316750316175032150321750322503227503315033175033650336750336175033250332750436504367504361750432504327504315043175042250422750

9、42150421750411504117504125041275041650416750416175051150511750512505127505215052175052250522750531505317505325053275053650536750536175063250632750631506317506365063675063617506225062275062150621750612506127506115061175061650616750516505167505161750616175227512751175217500K V500K V5013D K/p>

10、3D K 75013D K 27差過負荷動差 過 匝 失 測動 流 間 靈 量1W Y H2W Y H3W Y H4W Y H5W Y H6W Y H9W Y H10W Y H葛 鳳 線 葛 雙 I回 葛 雙 II回 葛 常 株 葛 換 II回 葛 換 I回 5033D K 150336275033D K 75033D K 275043D K 275043D K 150436275043D K 7500K V II500K V I11L H12L H13L H123456123456123456失 靈測 量變 差 1短 差母 差 1母 差 2失 靈測 量變 差 1短 差線 保 1線 保 2失

11、靈測 量母 差 1母 差 2線 保 1線 保 27W Y H251B35B335過流335623356217335611733562733561251735K V220K V6K V來 自 二 江8W Y H252B36B336過流336623366217336611733662733661252735K V220K V6K V來 自 二 江零 序零 序測 量過 負 荷阻 抗縱 差縱 差差 動 1差 動 21-01:大江電廠電氣主接線圖差 動 1差 動 2差 動 1差 動 28111G8113G20022002年初華中電網(wǎng)年初華中電網(wǎng)地理接線圖地理接線圖葛洲壩葛洲壩隔河巖隔河巖換流站換流站華東

12、華東崗市崗市復(fù)興復(fù)興沙坪沙坪云田云田民豐民豐五強溪五強溪南昌南昌鳳凰山鳳凰山孝感孝感玉賢玉賢雙河雙河白河白河姚孟姚孟鄭州鄭州牡丹牡丹嵩山嵩山獲嘉獲嘉斗笠斗笠龍泉龍泉萬縣萬縣倉頡倉頡2 3/2接線方式的特點特點 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(guān)站為50字頭，以線路為核心 與線路有關(guān)的隔刀帶6字 地刀帶7，靠母線側(cè)為7，另為1701.03付麗華01.0301.0301.03姚 靜鄒功勝三、大江廠房保護三、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：主要主要故

13、障類型故障類型：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。不正常不正常工作狀態(tài)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，過勵磁等機組保護機組保護配置情況配置情況 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。DL13.8KVL2L1L2L2L1L2L1L2L1L2L1L2X01X02341LH2LH7LH8LHLB1YH2YHF8000/5ASF125-96/156013.8KV 125MWCOS=0.8758000/5A600/5

14、A21LH22LHXQ發(fā)電機差動負序功率方向、失磁勵磁至勵磁測量過流發(fā)電機差動、定子過負荷、低壓過流負序過流定子接地L1L1機組保護電氣接線圖子1系統(tǒng)負序方向定子接地U0PT斷線匝間、相間失磁定子接地3 子2系統(tǒng)過電壓負序過流負序過負荷低壓過流定子過負荷子1系統(tǒng)發(fā)電機縱差DKHFMK轉(zhuǎn)子過流轉(zhuǎn)子接地串并變過流2ZH1ZHXQDL13.8KVLBL2L121LH22LHLB2LH1LH5LH3LH4LH8LH7LH6LH大江機組保護配置圖表表1 8F21F機組保護配置機組保護配置保護配置保護配置動作后果動作后果子子一一系系統(tǒng)統(tǒng)縱差保護1BCJ：跳本DL、停機、滅磁、發(fā)信號 過電壓 2BCJ：跳本

15、DL 、滅磁、發(fā)信號 轉(zhuǎn)子過流 2BCJ：跳本DL 、滅磁、發(fā)信號 串并變過流 2BCJ：跳本DL 、滅磁、發(fā)信號 低壓過流 I3BCJ：跳開關(guān)站1DL、2DL、發(fā)信號 低壓過流 II4BCJ：跳本DL 、滅磁，并啟動主變保護跳整個單元、發(fā)信號 CT斷線 發(fā)信號轉(zhuǎn)子過負荷發(fā)信號 定子過負荷發(fā)信號 定子接地發(fā)信號 保護配置保護配置動作后果動作后果子子二二系系統(tǒng)統(tǒng)不對稱故障 1BCJ：跳本DL、停機、滅磁、發(fā)信號失磁 2BCJ：跳本DL 、滅磁、發(fā)信號串并變過流 (2BCJ：跳本DL 、滅磁)發(fā)信號負序過流 I3BCJ：跳開關(guān)站1DL、2DL、發(fā)信號負序過流II 4BCJ：跳本DL 、滅磁，并啟動

16、主變保護跳整個單元、發(fā)信號PT斷線 發(fā)信號負序過負荷 發(fā)信號定子接地發(fā)信號出出口口層層水機事故 2BCJ：跳本DL 、滅磁、發(fā)信號勵磁事故 2BCJ：跳本DL 、滅磁、發(fā)信號保護的保護的作用及原理作用及原理 (1）縱差保護：反應(yīng)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(yīng)定子繞組同一相或分支短路。 （3）失磁保護：反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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

17、相對稱過負荷。 （6）負序過流保護：用于反應(yīng)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(yīng)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(yīng)勵磁用串并變發(fā)生故障引起的過電流。發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護（故障分量比率制動式）idWdWr1Wr2i1i2I1I2圖圖FC-1 比率制動式縱差保護原理接線比率制動式縱差保護原理接線 Id不平衡電流Ird.minId.kIr.minKr圖FC-2 比率制動特性KrId.minIr.minId.kid不平衡電流ir圖FC-3 故障分量比率制動特性圖二二動作邏輯發(fā)電機縱差保護采用故障分量方式，

18、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。A相差動B相差動Id形成差動速斷比例制動&+Ic1,Ic2,Ic3Ir形成CT斷線出口圖FC-4 發(fā)電機單相差動邏輯B相 差 動A相 差 動&1+出 口C相 差 動&2&3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(dāng)D6=0時為單相式差動；當(dāng)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，

19、當(dāng)D0=0時，CT斷線不閉鎖差動；當(dāng)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-6W&1發(fā)信號或跳閘PT斷線&2t/0Zj發(fā)信號圖SC-6 失磁保護動作邏輯（1）2. 失磁保護動作判據(jù)（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 發(fā)信號PT斷線Zj&1W&3發(fā)信號或跳閘t2/0Ufd&2t1/0+0.3s/0t/0勵磁回路電壓降低信號圖SC-7 失磁保護動作邏輯（2）3 . 失磁保護動作判據(jù)（失磁保護動作判據(jù)（3）由

20、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-8UfdPT斷線+0.3s/0發(fā)信號t/0ZjWUsU 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。OPU 為保護區(qū)內(nèi)外各點金屬性短路時的電壓分布，設(shè)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

21、，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(dāng)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。 DCOMZIZIUArg121212DZIUArg121212U12IDZCOMZ 當(dāng)正方向故障時，如圖，并假設(shè)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

22、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(shè)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。SSSZIUUMUUZIUZIU121221122211DZ1800 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(shè)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SZSSSZIUZIUZIU12122211DZ0

23、180 1. 應(yīng)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(guān)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？NY通信插件（通信插件（COM）繼電器出口繼電器出口1插件（

24、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斷線母線 序號 盤號廠家及型號名稱母 86P 深圳南瑞 BP-2B型母線保護 87P 南京南瑞 RCS-915E型母線保護 母 88P 深圳南瑞 BP-2B型母線保護89P 南京南瑞 RCS-915E型母線保護 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 重合閘斷路器廠家及型號名稱1DL 2DL3DL四方公司 CSI123進線短引線保護 四方公司 CSI121A 數(shù)字式綜合重合閘裝置 四方公司 FCX-22J 分相操作箱 四方公司 CSFU-104選控及信

25、號擴展 6 聯(lián)變保護的配置 WBZ-500H后備保護主要元件： 500KV側(cè)阻抗 500KV 側(cè)零序方向過流（、） 220KV 側(cè)零序方向過流（、） 35KV 側(cè)過流 500KV過激磁 零序功率方向母線序號型號名稱251B 252B WBZ-500H 、PST1200 微機變壓器保護 WBZ-500H微機變壓器保護非電量保護7 電抗器保護的配置電抗器保護主要元件： 電流差動 匝間 分相過流 零序過流 中性點過流 過負荷母線序號型號名稱DK51 DK52DK53 國電南自 WDK-600微機電抗器保護 國電南自 WDK-600微機電抗器保護非電量保護五、安全自動裝置五、安全自動裝置 電力系統(tǒng)安全

26、自動裝置，是指防止電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定性和避免電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電的自動保護裝置 。 安全自動裝置主要有 QWD-96型交流切機穩(wěn)定裝置 QWD直流切機穩(wěn)定裝置 自動重合閘 備自投 1 交直流切機裝置介紹PP00ba電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定等面積法則 基本原理 電力系統(tǒng)正常運行時，原動機供給發(fā)電機的功率總是等于發(fā)電機送給系統(tǒng)供負荷消耗的功率。如圖所示，當(dāng)電力系統(tǒng)突然受到某種擾動后，系統(tǒng)運行點由特性曲線上的a點突變到曲線上的b點，由于動力慣性，轉(zhuǎn)子加速，若加速面積小于減速面積，系統(tǒng)保持穩(wěn)定，反之，系統(tǒng)則失去穩(wěn)定。這時，我們有幾種改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定的途徑： 切機 進行直流調(diào)制 投制動電阻設(shè)備序號盤號型號研制單

27、位系統(tǒng)穩(wěn)定切機、切負荷 套84PQWD-96交流安全穩(wěn)定控制裝置 華中科技大學(xué)電力系 套85P QWD-96 交流安全穩(wěn)定控制裝置華中科技大學(xué)電力系 智能切機執(zhí)行盤 套51FPQWD-96執(zhí)行機A、B 華中科技大學(xué)電力系交、直流穩(wěn)定控制 套95PQWD交直流混合安全穩(wěn)定控制裝置 華中科技大學(xué)電力系QWD96區(qū)域穩(wěn)定控制裝置的輸入量包括葛鳳線等六條500KV線路以及大江電廠、二江電廠發(fā)電機的交流量和部分其它開入量，輸出量包括直流調(diào)制令，投切制動電阻、切機令及相應(yīng)的中央信號。其中，發(fā)電機交流量和絕大多數(shù)控制量的控制對象在大江廠房，線路交流量、保護動作量和遠切信號采集點則在開關(guān)站。葛洲壩電廠500K

28、V開關(guān)站距大江廠房約有3公里（電纜距離）。為了減少大江廠房與開關(guān)站之間的電纜連接，以及使控制屏不致過于擁擠和便于維護，提高裝置的可靠性，整個裝置分為決策機和執(zhí)行機兩部分。決策機完成開關(guān)站500KV出線的故障檢測、識別、查策略表，將總的切機量傳給大江廠房的執(zhí)行機。執(zhí)行機根據(jù)現(xiàn)場運行狀況進行優(yōu)化，而后具體決定和執(zhí)行投切制動電阻及切機。 QWD交直流混合電力系統(tǒng)穩(wěn)控裝置主要功能包括： 當(dāng)葛-南線直流系統(tǒng)因極閉鎖導(dǎo)致潮流突變時，自動識別其對系統(tǒng)的影響程度，在葛洲壩電廠就地采取切機措施，以抑制華中系統(tǒng)的動態(tài)頻升，特別是防止發(fā)生穩(wěn)定事故。當(dāng)華中系統(tǒng)發(fā)生短路或類似故障，導(dǎo)致葛州壩水電廠發(fā)電機組頻率升高，則對

29、葛-南線的功率進行快速調(diào)節(jié)，減少或避免在交流系統(tǒng)切機。當(dāng)華中系統(tǒng)大電源丟失時，如果華東電網(wǎng)頻率正常，則利用葛-南線實現(xiàn)緊急功率支援。當(dāng)葛州壩電廠出線短路，則利用葛-南線實現(xiàn)直流制動，進行暫態(tài)穩(wěn)定控制，減少交流系統(tǒng)的切機量。交直流切機原理框圖華中網(wǎng)調(diào)華中網(wǎng)調(diào)HWD上層系統(tǒng)主站上層系統(tǒng)主站自動決策及在線專家系統(tǒng)自動計算、自動生成控制策略表電網(wǎng)運行方式自動識別通訊接口 通訊接口QWD型安全穩(wěn)定型安全穩(wěn)定直流切機裝置直流切機裝置A機機QWD型安全穩(wěn)定型安全穩(wěn)定直流切機裝置直流切機裝置B機機切機、切負荷、制動、解列中央信號：啟動、動作、異常、直流消失(雙通道)葛洲壩交直流切機原理框圖葛洲壩交直流切機原理

30、框圖500KV開關(guān)站開關(guān)站QWD型安全穩(wěn)定控制決型安全穩(wěn)定控制決策裝置策裝置90P、94P打印機 隔離變換隔離變換 光電隔離 葛 洲 壩 回 線 狀 態(tài) 量光隔驅(qū)動雙重隔離及出口中間 隔離變換 隔離變換 光電隔離 葛 洲 壩 回 線 狀 態(tài) 量大江電廠大江電廠QWD型安全穩(wěn)定控制執(zhí)型安全穩(wěn)定控制執(zhí)行裝置行裝置(A機機, B機機)50P123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:12-Jun-2002Sheet of File:E:LHJMAINDJ.SCHDrawn By:葛洲壩大江電廠葛洲壩二江電廠葛洲壩換流站葛換一葛換二清換清江電廠南橋換流站2002年6月4日13時17分57秒，葛南線發(fā)生雙極緊急關(guān)機。故障發(fā)生前，葛換、回線共送出有功功率587MW，故障發(fā)生后，清江倒送有