葛洲壩電廠保護(hù)及安全自動(dòng)裝置介紹.ppt

葛洲壩電廠保護(hù)及安全自動(dòng)裝置介紹,葛洲壩電廠保護(hù)分部,目錄,1 基本概念 2 主接線圖簡(jiǎn)介 3 大江廠房保護(hù)裝置 4 500KV開關(guān)站保護(hù)裝置 5 安全自動(dòng)裝置 6保護(hù)相關(guān)二次回路,一、基本概念,1 繼電保護(hù)裝置的定義 當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件（如發(fā)電機(jī)、線路等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障或危及其安全運(yùn)行的事件時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)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(hù)電力元件的稱繼電保護(hù)裝置；保護(hù)電力系統(tǒng)的稱安全自動(dòng)裝置。 為了保護(hù)電力運(yùn)行設(shè)備及電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，任何時(shí)候任何設(shè)備都不允許無(wú)保護(hù)狀態(tài)運(yùn)行。 2 繼電保護(hù)裝置的任務(wù) 將故障的電力設(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(wú)故障電力設(shè)備繼續(xù)正常運(yùn)行。 反應(yīng)不正常運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)信號(hào)，在無(wú)人值班的變電所，保護(hù)可作用于減負(fù)荷或延時(shí)跳閘。,3 對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求： 選擇性：保護(hù)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(wú)故障部分正常運(yùn)行。 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：對(duì)其保護(hù)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：包括安全性（即不拒動(dòng)）和可信賴性（即不誤動(dòng)）。安全性是指應(yīng)該動(dòng)作的故障不應(yīng)拒動(dòng)；可信賴性是指不應(yīng)該動(dòng)作的故障不應(yīng)誤動(dòng)。,二 、 主接線圖簡(jiǎn)介,1 大江電廠主接線圖簡(jiǎn)介 葛洲壩電廠共裝機(jī)21臺(tái)，大江電廠安裝 14臺(tái)機(jī)組，二江電廠安裝7臺(tái)機(jī)組，總?cè)萘?71.5萬(wàn)千瓦，年均發(fā)電量157億千瓦時(shí)。 大江電廠為擴(kuò)大單元接線方式，共4個(gè)擴(kuò)大單元14臺(tái)機(jī)組。500KV開關(guān)站采用3/2接線方式，六條進(jìn)線六條出線，其中4條進(jìn)線由大江廠房引入，2條進(jìn)線通過(guò)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(diǎn) 運(yùn)行方式靈活多變，操作簡(jiǎn)便； 投資大，維護(hù)工作量大，占地面積大。 3 斷路器、隔刀、地刀的編號(hào)規(guī)律 廠房為8字頭，以發(fā)電機(jī)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17,三、大江廠房保護(hù),廠房保護(hù)裝置主要有 機(jī)組保護(hù)裝置 主變單元保護(hù)裝置 廠用變保護(hù)裝置,1 機(jī)組保護(hù)： 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(diǎn)、兩點(diǎn)接地故障，轉(zhuǎn)子回路低勵(lì)或失去勵(lì)磁電流。 不正常工作狀態(tài)：過(guò)負(fù)荷，定子繞組過(guò)電流，定子繞組過(guò)電壓，三相電流不對(duì)稱，失步，過(guò)勵(lì)磁等 機(jī)組保護(hù)配置情況 大江電廠機(jī)組保護(hù)裝置為能達(dá)公司生產(chǎn)的WYB-021型微機(jī)繼電保護(hù)裝置，包括子一系統(tǒng)、子二系統(tǒng)、管理機(jī)及出口層。,表1 8F21F機(jī)組保護(hù)配置,保護(hù)的作用及原理 (1）縱差保護(hù)：反應(yīng)發(fā)電機(jī)線圈及其引出線的相間短路。 (2）不對(duì)稱保護(hù)：用于反應(yīng)定子繞組同一相或分支短路。 （3）失磁保護(hù)：反應(yīng)發(fā)電機(jī)端測(cè)量阻抗，作為發(fā)電機(jī)全失磁或部分失磁保護(hù)，三個(gè)判據(jù) 靜穩(wěn)阻抗判據(jù) ；無(wú)功方向判據(jù) ；變勵(lì)磁電壓判據(jù)。 （4）過(guò)電壓保護(hù)：用于反應(yīng)發(fā)電機(jī)突然甩掉負(fù)荷時(shí)引起定子繞組過(guò)電壓。 （5）低壓過(guò)流保護(hù)：用于反應(yīng)發(fā)電機(jī)外部短路引起的過(guò)電流及負(fù)荷超過(guò)發(fā)電機(jī)額定容量引起的三相對(duì)稱過(guò)負(fù)荷。,（6）負(fù)序過(guò)流保護(hù)：用于反應(yīng)外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱故障引起的過(guò)電流及過(guò)負(fù)荷。 （7）轉(zhuǎn)子過(guò)流保護(hù)：用于反應(yīng)勵(lì)磁回路故障或強(qiáng)勵(lì)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起的轉(zhuǎn)子繞組過(guò)負(fù)荷。 （8）串并變過(guò)流保護(hù)：用于反應(yīng)勵(lì)磁用串并變發(fā)生故障引起的過(guò)電流。,發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)（故障分量比率制動(dòng)式）,圖FC-1 比率制動(dòng)式縱差保護(hù)原理接線,圖FC-2 比率制動(dòng)特性,圖FC-3 故障分量比率制動(dòng)特性圖,二,動(dòng)作邏輯 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)采用故障分量方式，分單相式差動(dòng)和互鎖式差動(dòng)（相間），邏輯框圖分別如圖FC-4，圖FC-5。,圖FC-4 發(fā)電機(jī)單相差動(dòng)邏輯,圖FC-5 發(fā)電機(jī)相間縱差保護(hù)邏輯,說(shuō)明： 1、圖FC-4 中示出C相差動(dòng)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(dòng)、B相差動(dòng)、C相差動(dòng)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(dòng)由保護(hù)控制字的D6位決定。當(dāng)D6=0時(shí)為單相式差動(dòng)；當(dāng)D6=1時(shí)為相間差動(dòng)，推薦投相間。 4、CT斷線閉鎖差動(dòng)由保護(hù)控制字的D0位決定，當(dāng)D0=0時(shí)，CT斷線不閉鎖差動(dòng)；當(dāng)D0=1時(shí)CT斷線閉鎖差動(dòng)。且只適用于單相式差動(dòng)。,失磁保護(hù)動(dòng)作邏輯 1. 失磁保護(hù)動(dòng)作判據(jù)（1） 由無(wú)功方向、靜穩(wěn)阻抗和PT斷線構(gòu)成，保護(hù)動(dòng)作邏輯如圖 SC-6,圖SC-6 失磁保護(hù)動(dòng)作邏輯（1）,2. 失磁保護(hù)動(dòng)作判據(jù)（2） 由無(wú)功方向、靜穩(wěn)阻抗、轉(zhuǎn)子低壓和PT斷線構(gòu)成，保護(hù)動(dòng)作邏輯如圖 SC-7,圖SC-7 失磁保護(hù)動(dòng)作邏輯（2）,3 . 失磁保護(hù)動(dòng)作判據(jù)（3） 由無(wú)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(hù)動(dòng)作邏輯如圖 SC-8,圖SC-8 失磁保護(hù)動(dòng)作邏輯（3）,2 主變保護(hù)： 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(guò)外殼發(fā)生的單相接地故障。 外部故障：絕緣套管閃絡(luò)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(guò)負(fù)荷引起的過(guò)電流，油箱漏油造成的油面降低，變壓器中性點(diǎn)電壓升高，外加電壓過(guò)高或頻率降低引起的過(guò)激磁等。 機(jī)組保護(hù)配置情況 第一、四單元保護(hù)裝置為能達(dá)公司生產(chǎn)的WYB-3C型微機(jī)變壓器保護(hù)裝置，第二、三單元保護(hù)裝置為南自廠生產(chǎn)的WBZ-500H型微機(jī)變壓器保護(hù)裝置，具體保護(hù)配置情況如下表2、表3。,表3 WBZ-500H型變壓器保護(hù)配置表,表2 WYB-3C型變壓器保護(hù)配置表,保護(hù)的作用及原理 (1）差動(dòng)保護(hù)：采用差電流原理。構(gòu)成：比例制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)二次諧波制動(dòng)五次諧波制動(dòng)差速斷，反應(yīng)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(gè)電流互感器的飽和特性和勵(lì)磁電流不同及其他原因引起不平衡電流造成保護(hù)誤動(dòng)而設(shè)置比例制動(dòng)。 在變壓器空載投入或外部短路故障切除后，電壓恢復(fù)過(guò)程中，變壓器一側(cè)會(huì)產(chǎn)生激磁電流，此電流二次諧波分量含量多，此時(shí)設(shè)置二次諧波制動(dòng)以防保護(hù)誤動(dòng)。 由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的誤操作或失調(diào)，或電力系統(tǒng)的不正常運(yùn)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(dòng)以防保護(hù)誤動(dòng)。 對(duì)于大型變壓器，為防止在較高的短路水平時(shí)，由于電流互感器飽和時(shí)高次諧波量增加，產(chǎn)生極大的制動(dòng)力矩而使差動(dòng)元件拒動(dòng)，設(shè)置差速斷快速動(dòng)作。,復(fù)合過(guò)流：由一個(gè)負(fù)序電壓繼電器和一個(gè)接在相間電壓上的低電壓繼電器共同組成的電壓復(fù)合元件，兩個(gè)繼電器只有一個(gè)動(dòng)作，同時(shí)過(guò)電流繼電器也動(dòng)作，裝置即啟動(dòng)。 過(guò)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(dāng)U/f增加時(shí)，工作磁密B增加，當(dāng)鐵心飽和后，勵(lì)磁電流急劇增大，造成變壓器過(guò)激磁，此時(shí)應(yīng)裝設(shè)過(guò)激磁保護(hù)。 重瓦斯：變壓器的主要保護(hù)，能有效反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障,3 廠用變保護(hù)： 差動(dòng)、速斷、過(guò)流、過(guò)激磁、瓦斯保護(hù)等,四、500KV開關(guān)站保護(hù)裝置,500KV開關(guān)站保護(hù)裝置主要有 線路保護(hù) 母線保護(hù) 斷路器保護(hù) 聯(lián)變保護(hù) 電抗器保護(hù),1 500KV繼電保護(hù)配置原則雙重化 雙重化必須滿足： 工作電源獨(dú)立 出口回路獨(dú)立 測(cè)量回路獨(dú)立 高頻通道獨(dú)立,斷路器一體化保護(hù)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(hù)裝置, 主要適用與 220KV及以上電壓等級(jí)的一個(gè)半斷路器接線方式.裝置包括綜合重合 閘、失靈保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、三相不一致保護(hù)等功能元件。 CSC123A為數(shù)字式短引線保護(hù)裝置。當(dāng)一串?dāng)嗦菲髦幸粭l線路停 用，則該線路側(cè)的隔離開關(guān)將斷開，此時(shí)線路主保護(hù)停用，沒(méi)有快 速保護(hù)切除故障，為此設(shè)置了短引線縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。由隔離開關(guān)的 輔助觸點(diǎn)控制，在隔離開關(guān)合上時(shí)短引線保護(hù)停用。 南京南瑞的 RCS-922、美國(guó)SEL的SEL551也為短引線保護(hù)裝置。,RCS-925為過(guò)壓遠(yuǎn)跳保護(hù)裝置。500kV的長(zhǎng)線路主要聯(lián)接電廠到遠(yuǎn)方的系統(tǒng)，送出大量的電力。當(dāng)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?yàn)榫€路的電容效應(yīng)而升高，有可能超過(guò)1.3倍的最高運(yùn)行電壓，嚴(yán)重考驗(yàn)設(shè)備的電壓耐受水平和電力設(shè)備絕緣水平。此時(shí)如果電廠側(cè)斷路器跳閘，將使斷路器在超過(guò)要求的條件下切斷線路，后果難以預(yù)料。電廠側(cè)電壓升高隨著水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速飛升，相對(duì)繼電保護(hù)快速動(dòng)作來(lái)說(shuō)是一個(gè)緩慢過(guò)程。所以當(dāng)線路受端側(cè)斷路器斷開的同時(shí)，發(fā)出遙切命令將電廠側(cè)線路隨即斷開，此時(shí)機(jī)組尚處于額定轉(zhuǎn)速，電壓也在允許條件下。美國(guó)SEL的SEL351-7也能實(shí)現(xiàn)過(guò)壓遠(yuǎn)跳功能。,2 線路保護(hù)的配置,3 微機(jī)線路保護(hù)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(hù)，由工頻變化量距離元件構(gòu)成的快速段保護(hù)，有三段式相間和接地距離及二個(gè)延時(shí)段零序方向過(guò)流作為后備的全套后備保護(hù)。 軟件 圖4 保護(hù)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(jìn)入采樣程序，在采樣程序中進(jìn)行模擬量采集與濾波，開關(guān)量的采集、裝置硬件自檢、交流電流斷線和起動(dòng)判據(jù)的計(jì)算，根據(jù)是否滿足起動(dòng)條件而進(jìn)入正常運(yùn)行程序或故障計(jì)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(yùn)行程序中進(jìn)行采樣值自動(dòng)零漂調(diào)整、及運(yùn)行狀態(tài)檢查，運(yùn)行狀態(tài)檢查包括交流電壓斷線、檢查開關(guān)位置狀態(tài)、變化量制動(dòng)電壓形成、重合閘充電、通道檢查、準(zhǔn)備手合判別等。不正常時(shí)發(fā)告警信號(hào)，信號(hào)分兩種，一種是運(yùn)行異常告警，這時(shí)不閉鎖裝置，提醒運(yùn)行人員進(jìn)行相應(yīng)處理；另一種為閉鎖告警信號(hào)，告警同時(shí)將裝置閉鎖，保護(hù)退出。 故障計(jì)算程序中進(jìn)行各種保護(hù)的算法計(jì)算，跳閘邏輯判斷以及事件報(bào)告、故障報(bào)告及波形的整理。,硬件 圖5 硬件模塊圖,微機(jī)保護(hù)硬件系統(tǒng)通常包括五個(gè)部分 數(shù)據(jù)處理單元，主要指數(shù)字信號(hào)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(hào)插件等 通信接口，包括通信插件、人機(jī)對(duì)話模塊、打印等 電源插件,保護(hù)原理簡(jiǎn)介 工頻變化量距離繼電器 電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，其短路電流、電壓可分解為故障前負(fù)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(cè)量工作電壓的工頻變化量的幅值，其動(dòng)作方程為： U Z 對(duì)相間故障： U OP =U I Z ZD = AB, BC,CA 對(duì)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(dòng)作門坎，取故障前工作電壓的記憶量。,為保護(hù)區(qū)內(nèi)外各點(diǎn)金屬性短路時(shí)的電壓分布，設(shè)故 障前系統(tǒng)各點(diǎn)電壓一致，即各故障點(diǎn)故障前電壓為U Z . 區(qū)內(nèi)故障時(shí)， 可見(jiàn)，U OP E F1 ， 繼電器動(dòng)作。 反方向故障時(shí)， 可見(jiàn)，U OP E F 2 ， 繼電器不動(dòng)作。 區(qū)外故障時(shí)， 可見(jiàn)，U OP E F 3 ， 繼電器不動(dòng)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(hào)構(gòu)成全線路快速跳閘的方向保護(hù)。變化量方向繼電器測(cè)量電壓、電流故障分量的相位，當(dāng)測(cè)量相角反相位時(shí)動(dòng)作。 其正方向元件測(cè)量相角為 其反方向元件測(cè)量相角為 其中 為電壓、電流變化量的正負(fù)序綜合分量，無(wú)零序分量； 為模擬阻抗； 為補(bǔ)償阻抗。,當(dāng)正方向故障時(shí)，如圖，并假設(shè)系統(tǒng)的負(fù)序阻抗等于正序阻抗，將工頻變化量電壓電流分解為對(duì)稱分量，則 正方向經(jīng)過(guò)渡電阻故障計(jì)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(cè)量相角為 反方向元件測(cè)量相角為 可見(jiàn)，正方向故障時(shí)，正方向元件可靠動(dòng)作，反方向元件可靠不動(dòng)。,反方向故障時(shí)，如圖， 為線路至對(duì)側(cè)系統(tǒng)的正序阻抗，將電壓電流分解為對(duì)稱分量有： 圖 反方向故障計(jì)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(cè)量相角為 反方向元件測(cè)量相角為 可見(jiàn)，正方向故障時(shí)，正方向元件可靠動(dòng)作，反方向元件可靠不動(dòng),1. 應(yīng)用范圍 RCS931系列裝置為由微機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式超高壓線路成套快速 保護(hù)裝置，可用作220KV及以上電壓等級(jí)輸電線路的主保護(hù)及后備 保護(hù)。 2. 保護(hù)配置 RCS931系列保護(hù)包括以分相電流差動(dòng)和零序電流差動(dòng)為主體的快速主保護(hù)，由工頻變化量距離元件構(gòu)成的快速I段保護(hù)，由三段式相間和接地距離及多個(gè)零序方向過(guò)流構(gòu)成的全套后備保護(hù)，RCS931系列保護(hù)有分相出口，配有自動(dòng)重合閘功能，對(duì)單或雙母線接線的開關(guān)實(shí)現(xiàn)單相重合、三相重合和綜合 重合閘。,3.保護(hù)程序結(jié)構(gòu) 保護(hù)程序結(jié)構(gòu)框圖如圖所示,主程序,采樣程序,故障計(jì)算程序,正常運(yùn)行程序,起動(dòng)？,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(diǎn)，如下圖所示,4 母線保護(hù)的配置 母線保護(hù)主要元件： 電流差動(dòng) 失靈保護(hù) CT斷線,5 斷路器保護(hù)的配置 斷路器保護(hù)主要元件： 失靈 三相不一致 死區(qū) 充電 重合閘,五 安全自動(dòng)裝置,葛洲壩大江電廠決策機(jī)與雙河變、葛洲壩大江電廠執(zhí)行機(jī)通過(guò)光纖通信組成穩(wěn)控系統(tǒng)。 葛洲壩大江電廠決策機(jī)按雙套配置組成，雙柜并列運(yùn)行。葛洲壩大江電廠執(zhí)行機(jī)按雙套配置組成，雙柜主輔運(yùn)行 葛洲壩大江電廠決策機(jī)穩(wěn)定控制裝置檢測(cè)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(jī)組。接收雙河變發(fā)送的切機(jī)容量，切除機(jī)組。檢測(cè)500kV母線，高周切除機(jī)組。 葛玉線故障時(shí)，將故障信息發(fā)送到雙河變。 葛洲壩大江電廠執(zhí)行機(jī)穩(wěn)定控制裝置采集14臺(tái)機(jī)組電氣量，判斷機(jī)組跳閘。接收決策機(jī)發(fā)送的切機(jī)容量，切機(jī)臺(tái)數(shù)，切除機(jī)組。,六 保護(hù)相關(guān)二次回路,二次設(shè)備是指