葛洲坝电厂保护及安全自动装置介绍(大江)

1、葛洲坝电厂保护及安全葛洲坝电厂保护及安全自动装置介绍自动装置介绍2006年7月2日葛洲坝电厂保护分部目录目录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保护相关二次回路一、基本概念一、基本概念 1 继电保护装置的定义定义 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任务 将故

2、障的电力设备从电力系统中切除，使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。 3 对继电保护装置的基本要求基本要求： 选择性选择性：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。 快速性快速性：快速切除故障设备或线路，保证系统的稳定。 灵敏性灵敏性：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。二二 、 主接线图简介主接线图简介 1 大江电厂

3、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。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发 差发 差发 保励 磁测 量变 差 1变 差 2后 备测 量过 流21L H22L H1L H2L

7、 H3L H4L H过 流 测 量变 差 1变 差 2变 差 1变 差 2变 差 2测 量 ,过 负 荷短 差50086500867500861750106501067501061750126501267501261750146501467501461750166501667501661750186501867501861750206750115012501350215022502350315032503350415042504350515052505350615062506350111501125011175011275012150121750122501227501315013175013

8、250132750136501367501361750236502367502361750231502325023275023175022250222750221502217502125021275021150211750116501167501161750216502161750216750311503117503125031275031650316750316175032150321750322503227503315033175033650336750336175033250332750436504367504361750432504327504315043175042250422750

9、42150421750411504117504125041275041650416750416175051150511750512505127505215052175052250522750531505317505325053275053650536750536175063250632750631506317506365063675063617506225062275062150621750612506127506115061175061650616750516505167505161750616175227512751175217500K V500K V5013D K/p>

10、3D K 75013D K 27差过负荷动差 过 匝 失 测动 流 间 灵 量1W Y H2W Y H3W Y H4W Y H5W Y H6W Y H9W Y H10W Y H葛 凤 线 葛 双 I回 葛 双 II回 葛 常 株 葛 换 II回 葛 换 I回 5033D K 150336275033D K 75033D K 275043D K 275043D K 150436275043D K 7500K V II500K V I11L H12L H13L H123456123456123456失 灵测 量变 差 1短 差母 差 1母 差 2失 灵测 量变 差 1短 差线 保 1线 保 2失

11、灵测 量母 差 1母 差 2线 保 1线 保 27W Y H251B35B335过流335623356217335611733562733561251735K V220K V6K V来 自 二 江8W Y H252B36B336过流336623366217336611733662733661252735K V220K V6K V来 自 二 江零 序零 序测 量过 负 荷阻 抗纵 差纵 差差 动 1差 动 21-01:大江电厂电气主接线图差 动 1差 动 2差 动 1差 动 28111G8113G20022002年初华中电网年初华中电网地理接线图地理接线图葛洲坝葛洲坝隔河岩隔河岩换流站换流站华东

12、华东岗市岗市复兴复兴沙坪沙坪云田云田民丰民丰五强溪五强溪南昌南昌凤凰山凤凰山孝感孝感玉贤玉贤双河双河白河白河姚孟姚孟郑州郑州牡丹牡丹嵩山嵩山获嘉获嘉斗笠斗笠龙泉龙泉万县万县仓颉仓颉2 3/2接线方式的特点特点 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1701.03付丽华01.0301.0301.03姚 静邹功胜三、大江厂房保护三、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1 机组保护：主要主要故

13、障类型故障类型：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。不正常不正常工作状态工作状态：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，过励磁等机组保护机组保护配置情况配置情况 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，包括子一系统、子二系统、管理机及出口层。DL13.8KVL2L1L2L2L1L2L1L2L1L2L1L2X01X02341LH2LH7LH8LHLB1YH2YHF8000/5ASF125-96/156013.8KV 125MWCOS=0.8758000/5A600/5

14、A21LH22LHXQ发电机差动负序功率方向、失磁励磁至励磁测量过流发电机差动、定子过负荷、低压过流负序过流定子接地L1L1机组保护电气接线图子1系统负序方向定子接地U0PT断线匝间、相间失磁定子接地3 子2系统过电压负序过流负序过负荷低压过流定子过负荷子1系统发电机纵差DKHFMK转子过流转子接地串并变过流2ZH1ZHXQDL13.8KVLBL2L121LH22LHLB2LH1LH5LH3LH4LH8LH7LH6LH大江机组保护配置图表表1 8F21F机组保护配置机组保护配置保护配置保护配置动作后果动作后果子子一一系系统统纵差保护1BCJ：跳本DL、停机、灭磁、发信号 过电压 2BCJ：跳本

15、DL 、灭磁、发信号 转子过流 2BCJ：跳本DL 、灭磁、发信号 串并变过流 2BCJ：跳本DL 、灭磁、发信号 低压过流 I3BCJ：跳开关站1DL、2DL、发信号 低压过流 II4BCJ：跳本DL 、灭磁，并启动主变保护跳整个单元、发信号 CT断线 发信号转子过负荷发信号 定子过负荷发信号 定子接地发信号 保护配置保护配置动作后果动作后果子子二二系系统统不对称故障 1BCJ：跳本DL、停机、灭磁、发信号失磁 2BCJ：跳本DL 、灭磁、发信号串并变过流 (2BCJ：跳本DL 、灭磁)发信号负序过流 I3BCJ：跳开关站1DL、2DL、发信号负序过流II 4BCJ：跳本DL 、灭磁，并启动

16、主变保护跳整个单元、发信号PT断线 发信号负序过负荷 发信号定子接地发信号出出口口层层水机事故 2BCJ：跳本DL 、灭磁、发信号励磁事故 2BCJ：跳本DL 、灭磁、发信号保护的保护的作用及原理作用及原理 (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

17、相对称过负荷。 （6）负序过流保护：用于反应外部不对称短路或不对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。发电机纵差保护发电机纵差保护（故障分量比率制动式）idWdWr1Wr2i1i2I1I2图图FC-1 比率制动式纵差保护原理接线比率制动式纵差保护原理接线 Id不平衡电流Ird.minId.kIr.minKr图FC-2 比率制动特性KrId.minIr.minId.kid不平衡电流ir图FC-3 故障分量比率制动特性图二二动作逻辑发电机纵差保护采用故障分量方式，

18、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。A相差动B相差动Id形成差动速断比例制动&+Ic1,Ic2,Ic3Ir形成CT断线出口图FC-4 发电机单相差动逻辑B相 差 动A相 差 动&1+出 口C相 差 动&2&3图FC-5 发电机相间纵差保护逻辑说明：1、图FC-4 中示出C相差动内部逻辑，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，

19、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。失磁保护动作逻辑失磁保护动作逻辑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-6W&1发信号或跳闸PT断线&2t/0Zj发信号图SC-6 失磁保护动作逻辑（1）2. 失磁保护动作判据（失磁保护动作判据（2）由无功方向、静稳阻抗、转子低压和PT断线构成，保护动作逻辑如图 SC-7 发信号PT断线Zj&1W&3发信号或跳闸t2/0Ufd&2t1/0+0.3s/0t/0励磁回路电压降低信号图SC-7 失磁保护动作逻辑（2）3 . 失磁保护动作判据（失磁保护动作判据（3）由

20、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-8UfdPT断线+0.3s/0发信号t/0ZjWUsU 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。OPU 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 . 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

21、，继电器不动作。 区外故障时，可见，U OP E F 3 ，继电器不动作。工频变化量方向继电器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。 DCOMZIZIUArg121212DZIUArg121212U12IDZCOMZ 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，将工频变化量电压电流分解为对称分量，则 正

22、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。SSSZIUUMUUZIUZIU121221122211DZ1800 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SZSSSZIUZIUZIU12122211DZ0

23、180 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。 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？NY通信插件（通信插件（COM）继电器出口继电器出口1插件（

24、插件（OUT1）本插件提供输出空接点，如下图所示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断线母线 序号 盘号厂家及型号名称母 86P 深圳南瑞 BP-2B型母线保护 87P 南京南瑞 RCS-915E型母线保护 母 88P 深圳南瑞 BP-2B型母线保护89P 南京南瑞 RCS-915E型母线保护 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 重合闸断路器厂家及型号名称1DL 2DL3DL四方公司 CSI123进线短引线保护 四方公司 CSI121A 数字式综合重合闸装置 四方公司 FCX-22J 分相操作箱 四方公司 CSFU-104选控及信

25、号扩展 6 联变保护的配置 WBZ-500H后备保护主要元件： 500KV侧阻抗 500KV 侧零序方向过流（、） 220KV 侧零序方向过流（、） 35KV 侧过流 500KV过激磁 零序功率方向母线序号型号名称251B 252B WBZ-500H 、PST1200 微机变压器保护 WBZ-500H微机变压器保护非电量保护7 电抗器保护的配置电抗器保护主要元件： 电流差动 匝间 分相过流 零序过流 中性点过流 过负荷母线序号型号名称DK51 DK52DK53 国电南自 WDK-600微机电抗器保护 国电南自 WDK-600微机电抗器保护非电量保护五、安全自动装置五、安全自动装置 电力系统安全

26、自动装置，是指防止电力系统失去稳定性和避免电力系统发生大面积停电的自动保护装置 。 安全自动装置主要有 QWD-96型交流切机稳定装置 QWD直流切机稳定装置 自动重合闸 备自投 1 交直流切机装置介绍PP00ba电力系统暂态稳定等面积法则 基本原理 电力系统正常运行时，原动机供给发电机的功率总是等于发电机送给系统供负荷消耗的功率。如图所示，当电力系统突然受到某种扰动后，系统运行点由特性曲线上的a点突变到曲线上的b点，由于动力惯性，转子加速，若加速面积小于减速面积，系统保持稳定，反之，系统则失去稳定。这时，我们有几种改善电力系统稳定的途径： 切机 进行直流调制 投制动电阻设备序号盘号型号研制单

27、位系统稳定切机、切负荷 套84PQWD-96交流安全稳定控制装置 华中科技大学电力系 套85P QWD-96 交流安全稳定控制装置华中科技大学电力系 智能切机执行盘 套51FPQWD-96执行机A、B 华中科技大学电力系交、直流稳定控制 套95PQWD交直流混合安全稳定控制装置 华中科技大学电力系QWD96区域稳定控制装置的输入量包括葛凤线等六条500KV线路以及大江电厂、二江电厂发电机的交流量和部分其它开入量，输出量包括直流调制令，投切制动电阻、切机令及相应的中央信号。其中，发电机交流量和绝大多数控制量的控制对象在大江厂房，线路交流量、保护动作量和远切信号采集点则在开关站。葛洲坝电厂500K

28、V开关站距大江厂房约有3公里（电缆距离）。为了减少大江厂房与开关站之间的电缆连接，以及使控制屏不致过于拥挤和便于维护，提高装置的可靠性，整个装置分为决策机和执行机两部分。决策机完成开关站500KV出线的故障检测、识别、查策略表，将总的切机量传给大江厂房的执行机。执行机根据现场运行状况进行优化，而后具体决定和执行投切制动电阻及切机。 QWD交直流混合电力系统稳控装置主要功能包括： 当葛-南线直流系统因极闭锁导致潮流突变时，自动识别其对系统的影响程度，在葛洲坝电厂就地采取切机措施，以抑制华中系统的动态频升，特别是防止发生稳定事故。当华中系统发生短路或类似故障，导致葛州坝水电厂发电机组频率升高，则对

29、葛-南线的功率进行快速调节，减少或避免在交流系统切机。当华中系统大电源丢失时，如果华东电网频率正常，则利用葛-南线实现紧急功率支援。当葛州坝电厂出线短路，则利用葛-南线实现直流制动，进行暂态稳定控制，减少交流系统的切机量。交直流切机原理框图华中网调华中网调HWD上层系统主站上层系统主站自动决策及在线专家系统自动计算、自动生成控制策略表电网运行方式自动识别通讯接口 通讯接口QWD型安全稳定型安全稳定直流切机装置直流切机装置A机机QWD型安全稳定型安全稳定直流切机装置直流切机装置B机机切机、切负荷、制动、解列中央信号：启动、动作、异常、直流消失(双通道)葛洲坝交直流切机原理框图葛洲坝交直流切机原理

30、框图500KV开关站开关站QWD型安全稳定控制决型安全稳定控制决策装置策装置90P、94P打印机 隔离变换隔离变换 光电隔离 葛 洲 坝 回 线 状 态 量光隔驱动双重隔离及出口中间 隔离变换 隔离变换 光电隔离 葛 洲 坝 回 线 状 态 量大江电厂大江电厂QWD型安全稳定控制执型安全稳定控制执行装置行装置(A机机, B机机)50P123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:12-Jun-2002Sheet of File:E:LHJMAINDJ.SCHDrawn By:葛洲坝大江电厂葛洲坝二江电厂葛洲坝换流站葛换一葛换二清换清江电厂南桥换流站2002年6月4日13时17分57秒，葛南线发生双极紧急关机。故障发生前，葛换、回线共送出有功功率587MW，故障发生后，清江倒送有