葛洲坝电厂保护及安全自动装置介绍

1、.,1,葛洲坝电厂保护及安全自动装置介绍,葛洲坝电厂保护分部,.,2,目录,1 基本概念 2 主接线图简介 3 大江厂房保护装置 4 500KV开关站保护装置 5 安全自动装置 6保护相关二次回路,.,3,一、基本概念,1 继电保护装置的定义 当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时，发出告警信号或跳闸命令，以终止这些事件发展的成套硬件设备。保护电力元件的称继电保护装置；保护电力系统的称安全自动装置。 为了保护电力运行设备及电力系统的正常运行，任何时候任何设备都不允许无保护状态运行。 2 继电保护装置的任务 将故障的电力设备从电力系统中切除，使

2、其损坏程度减少到最小，保证无故障电力设备继续正常运行。 反应不正常运行状态，发信号，在无人值班的变电所，保护可作用于减负荷或延时跳闸。,.,4,3 对继电保护装置的基本要求： 选择性：保护装置选择故障元件的能力。即只切除故障设备或线路，以保证无故障部分正常运行。 快速性：快速切除故障设备或线路，保证系统的稳定。 灵敏性：对其保护范围内发生故障和不正常状态的反应能力。 可靠性：包括安全性（即不拒动）和可信赖性（即不误动）。安全性是指应该动作的故障不应拒动；可信赖性是指不应该动作的故障不应误动。,.,5,二 、 主接线图简介,1 大江电厂主接线图简介 葛洲坝电厂共装机21台，大江电厂安装 14台机

3、组，二江电厂安装7台机组，总容量271.5万千瓦，年均发电量157亿千瓦时。 大江电厂为扩大单元接线方式，共4个扩大单元14台机组。500KV开关站采用3/2接线方式，六条进线六条出线，其中4条进线由大江厂房引入，2条进线通过联变从二江厂房引入，1条出线（葛凤线）送到武汉凤凰山，2条出线（葛双I、葛双II）送到荆门的双河变电站，再由姚双线与河南的姚孟电厂连接，1条出线（葛岗线）送到湖南的岗市变电站，2条出线（葛换I、葛换II）与换流站相连，再经超高压直流输电送到上海的兰桥换流站，与华东网相连。,.,6,.,7,2 3/2接线方式的特点 运行方式灵活多变，操作简便； 投资大，维护工作量大，占地面

4、积大。 3 断路器、隔刀、地刀的编号规律 厂房为8字头，以发电机为核心 开关站为50字头，以线路为核心 与线路有关的隔刀带6字 地刀带7，靠母线侧为7，另为17,.,8,.,9,三、大江厂房保护,厂房保护装置主要有 机组保护装置 主变单元保护装置 厂用变保护装置,.,10,1 机组保护： 主要故障类型：定子绕组相间短路，定子绕组同一相匝间短路，定子绕组接地故障，转子一点、两点接地故障，转子回路低励或失去励磁电流。 不正常工作状态：过负荷，定子绕组过电流，定子绕组过电压，三相电流不对称，失步，过励磁等 机组保护配置情况 大江电厂机组保护装置为能达公司生产的WYB-021型微机继电保护装置，包括子

5、一系统、子二系统、管理机及出口层。,.,11,.,12,.,13,表1 8F21F机组保护配置,.,14,.,15,保护的作用及原理 (1）纵差保护：反应发电机线圈及其引出线的相间短路。 (2）不对称保护：用于反应定子绕组同一相或分支短路。 （3）失磁保护：反应发电机端测量阻抗，作为发电机全失磁或部分失磁保护，三个判据 静稳阻抗判据 ；无功方向判据 ；变励磁电压判据。 （4）过电压保护：用于反应发电机突然甩掉负荷时引起定子绕组过电压。 （5）低压过流保护：用于反应发电机外部短路引起的过电流及负荷超过发电机额定容量引起的三相对称过负荷。,.,16,（6）负序过流保护：用于反应外部不对称短路或不对

6、称故障引起的过电流及过负荷。 （7）转子过流保护：用于反应励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷。 （8）串并变过流保护：用于反应励磁用串并变发生故障引起的过电流。,.,17,发电机纵差保护（故障分量比率制动式）,图FC-1 比率制动式纵差保护原理接线,.,18,图FC-2 比率制动特性,.,19,图FC-3 故障分量比率制动特性图,.,20,二,动作逻辑 发电机纵差保护采用故障分量方式，分单相式差动和互锁式差动（相间），逻辑框图分别如图FC-4，图FC-5。,图FC-4 发电机单相差动逻辑,.,21,图FC-5 发电机相间纵差保护逻辑,.,22,说明： 1、图FC-4 中示出C相差

7、动内部逻辑，A、B相内部逻辑同虚框中C相。 2、图FC-5 中A相差动、B相差动、C相差动内部逻辑图，同图FC-4虚框中C相。 3、具体选择单相式或相间式差动由保护控制字的D6位决定。当D6=0时为单相式差动；当D6=1时为相间差动，推荐投相间。 4、CT断线闭锁差动由保护控制字的D0位决定，当D0=0时，CT断线不闭锁差动；当D0=1时CT断线闭锁差动。且只适用于单相式差动。,.,23,失磁保护动作逻辑 1. 失磁保护动作判据（1） 由无功方向、静稳阻抗和PT断线构成，保护动作逻辑如图 SC-6,图SC-6 失磁保护动作逻辑（1）,.,24,2. 失磁保护动作判据（2） 由无功方向、静稳阻抗

8、、转子低压和PT断线构成，保护动作逻辑如图 SC-7,图SC-7 失磁保护动作逻辑（2）,.,25,3 . 失磁保护动作判据（3） 由无功方向、静稳阻抗、转子低压、系统低压和PT断线构成，保护动作逻辑如图 SC-8,图SC-8 失磁保护动作逻辑（3）,.,26,2 主变保护： 主要故障类型 内部故障：各相绕组之间发生的相间短路，单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路，单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障。 外部故障：绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地短路，引出线之间发生的相间故障。 不正常工作状态：外部短路或过负荷引起的过电流，油箱漏油造成的油面降低，变压器中性点电压升高，外加电压过高或频率

9、降低引起的过激磁等。 机组保护配置情况 第一、四单元保护装置为能达公司生产的WYB-3C型微机变压器保护装置，第二、三单元保护装置为南自厂生产的WBZ-500H型微机变压器保护装置，具体保护配置情况如下表2、表3。,.,27,.,28,.,29,.,30,表3 WBZ-500H型变压器保护配置表,.,31,.,32,.,33,表2 WYB-3C型变压器保护配置表,.,34,保护的作用及原理 (1）差动保护：采用差电流原理。构成：比例制动差动保护二次谐波制动五次谐波制动差速断，反应变压器绕组和引出线的多相短路，大接地电流电网侧绕组和引出线接地短路以及绕组匝间短路。 为了避免由于各个电流互感器的饱

10、和特性和励磁电流不同及其他原因引起不平衡电流造成保护误动而设置比例制动。 在变压器空载投入或外部短路故障切除后，电压恢复过程中，变压器一侧会产生激磁电流，此电流二次谐波分量含量多，此时设置二次谐波制动以防保护误动。 由于发电机励磁系统的误操作或失调，或电力系统的不正常运行，激磁电流中五次谐波电流分量很大，所以取五次谐波制动以防保护误动。 对于大型变压器，为防止在较高的短路水平时，由于电流互感器饱和时高次谐波量增加，产生极大的制动力矩而使差动元件拒动，设置差速断快速动作。,.,35,复合过流：由一个负序电压继电器和一个接在相间电压上的低电压继电器共同组成的电压复合元件，两个继电器只有一个动作，同

11、时过电流继电器也动作，装置即启动。 过激磁：大型变压器的额定工作磁密和它的饱和工作磁密相差不大，据B=KU/f，当U/f增加时，工作磁密B增加，当铁心饱和后，励磁电流急剧增大，造成变压器过激磁，此时应装设过激磁保护。 重瓦斯：变压器的主要保护，能有效反应变压器内部故障,.,36,3 厂用变保护： 差动、速断、过流、过激磁、瓦斯保护等,.,37,四、500KV开关站保护装置,500KV开关站保护装置主要有 线路保护 母线保护 断路器保护 联变保护 电抗器保护,.,38,1 500KV继电保护配置原则双重化 双重化必须满足： 工作电源独立 出口回路独立 测量回路独立 高频通道独立,.,39,.,4

12、0,断路器一体化保护由北京四方公司的 CSC-121A+CSC-123A组成. CSC-121A为数字综合重合闸及断路器辅助保护装置, 主要适用与 220KV及以上电压等级的一个半断路器接线方式.装置包括综合重合 闸、失灵保护、死区保护、三相不一致保护等功能元件。 CSC123A为数字式短引线保护装置。当一串断路器中一条线路停 用，则该线路侧的隔离开关将断开，此时线路主保护停用，没有快 速保护切除故障，为此设置了短引线纵联差动保护。由隔离开关的 辅助触点控制，在隔离开关合上时短引线保护停用。 南京南瑞的 RCS-922、美国SEL的SEL551也为短引线保护装置。,.,41,RCS-925为过

13、压远跳保护装置。500kV的长线路主要联接电厂到远方的系统，送出大量的电力。当系统一侧的断路器因故断开以后，电厂侧的母线电压将因为线路的电容效应而升高，有可能超过1.3倍的最高运行电压，严重考验设备的电压耐受水平和电力设备绝缘水平。此时如果电厂侧断路器跳闸，将使断路器在超过要求的条件下切断线路，后果难以预料。电厂侧电压升高随着水轮发电机的转速飞升，相对继电保护快速动作来说是一个缓慢过程。所以当线路受端侧断路器断开的同时，发出遥切命令将电厂侧线路随即断开，此时机组尚处于额定转速，电压也在允许条件下。美国SEL的SEL351-7也能实现过压远跳功能。,.,42,2 线路保护的配置,.,43,.,4

14、4,3 微机线路保护的介绍（RCS-901A型为例） RCS-901A包括以纵联变化量方向和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速段保护，有三段式相间和接地距离及二个延时段零序方向过流作为后备的全套后备保护。 软件 图4 保护程序结构框图,.,45,主程序按固定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采样程序中进行模拟量采集与滤波，开关量的采集、装置硬件自检、交流电流断线和起动判据的计算，根据是否满足起动条件而进入正常运行程序或故障计算程序。硬件自检内容包括RAM、E2PROM、跳闸出口三极管等。 正常运行程序中进行采样值自动零漂调整、及运行状态检查，运行状态检查包括交流

15、电压断线、检查开关位置状态、变化量制动电压形成、重合闸充电、通道检查、准备手合判别等。不正常时发告警信号，信号分两种，一种是运行异常告警，这时不闭锁装置，提醒运行人员进行相应处理；另一种为闭锁告警信号，告警同时将装置闭锁，保护退出。 故障计算程序中进行各种保护的算法计算，跳闸逻辑判断以及事件报告、故障报告及波形的整理。,.,46,硬件 图5 硬件模块图,.,47,微机保护硬件系统通常包括五个部分 数据处理单元，主要指数字信号处理器DSP； 数据采集单元，包括低通滤波、A/D变换器等 数字量输入输出接口，包括外部开入接口、光隔插件、出口跳闸插件、信号插件等 通信接口，包括通信插件、人机对话模块、

16、打印等 电源插件,.,48,保护原理简介 工频变化量距离继电器 电力系统发生短路故障时，其短路电流、电压可分解为故障前负荷状态的电流电压分量和故障分量， 工频变化量距离继电器测量工作电压的工频变化量的幅值，其动作方程为： U Z 对相间故障： U OP =U I Z ZD = AB, BC,CA 对接地故障： U OP =U ( I + K 3 I 0 ) Z ZD = A, B,C Z ZD为整定阻抗，一般取0.80.85 倍线路阻抗； U Z为动作门坎，取故障前工作电压的记忆量。,.,49,为保护区内外各点金属性短路时的电压分布，设故 障前系统各点电压一致，即各故障点故障前电压为U Z .

17、 区内故障时， 可见，U OP E F1 ， 继电器动作。 反方向故障时， 可见，U OP E F 2 ， 继电器不动作。 区外故障时， 可见，U OP E F 3 ， 继电器不动作。,.,50,工频变化量方向继电器 RCS-901A由工频变化量方向和零序功率方向继电器,经通道交换信号构成全线路快速跳闸的方向保护。变化量方向继电器测量电压、电流故障分量的相位，当测量相角反相位时动作。 其正方向元件测量相角为 其反方向元件测量相角为 其中 为电压、电流变化量的正负序综合分量，无零序分量； 为模拟阻抗； 为补偿阻抗。,.,51,当正方向故障时，如图，并假设系统的负序阻抗等于正序阻抗，将工频变化量电

18、压电流分解为对称分量，则 正方向经过渡电阻故障计算图 其中M为转换因子，根据不同的故障类型，装置可选择不同的转换因子，以提高灵敏度。 设系统阻抗角与 的阻抗角一致，则正方向元件测量相角为 反方向元件测量相角为 可见，正方向故障时，正方向元件可靠动作，反方向元件可靠不动。,.,52,反方向故障时，如图， 为线路至对侧系统的正序阻抗，将电压电流分解为对称分量有： 图 反方向故障计算用图 设系统阻抗角与 的阻抗角一致，则正方向元件测量相角为 反方向元件测量相角为 可见，正方向故障时，正方向元件可靠动作，反方向元件可靠不动,.,53,1. 应用范围 RCS931系列装置为由微机实现的数字式超高压线路成

19、套快速 保护装置，可用作220KV及以上电压等级输电线路的主保护及后备 保护。 2. 保护配置 RCS931系列保护包括以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速I段保护，由三段式相间和接地距离及多个零序方向过流构成的全套后备保护，RCS931系列保护有分相出口，配有自动重合闸功能，对单或双母线接线的开关实现单相重合、三相重合和综合 重合闸。,.,54,3.保护程序结构 保护程序结构框图如图所示,主程序,采样程序,故障计算程序,正常运行程序,起动？,N,Y,.,55,.,56,.,57,.,58,.,59,.,60,.,61,通信插件（COM）,.,62,继

20、电器出口1插件（OUT1）,本插件提供输出空接点，如下图所示,.,63,.,64,.,65,.,66,.,67,.,68,.,69,.,70,.,71,4 母线保护的配置 母线保护主要元件： 电流差动 失灵保护 CT断线,.,72,.,73,5 断路器保护的配置 断路器保护主要元件： 失灵 三相不一致 死区 充电 重合闸,.,74,.,75,五 安全自动装置,葛洲坝大江电厂决策机与双河变、葛洲坝大江电厂执行机通过光纤通信组成稳控系统。 葛洲坝大江电厂决策机按双套配置组成，双柜并列运行。葛洲坝大江电厂执行机按双套配置组成，双柜主辅运行 葛洲坝大江电厂决策机稳定控制装置检测葛双双回、葛玉线、备用元件1、备用元件2的故障，查找策略表切除机组。接收双河变发送的切机容量，切除机组。检测500kV母线，高周切除机组。 葛玉线故障时，将故障信息发送到双河变。 葛洲坝大江电厂执行机稳定控制装置采集14台机组电气量，判断机组跳闸。接收决策机发送的切机容量，切机台数，切除机组。,.,76,.,