葛洲坝电厂保护及自动装置介绍

1、葛洲坝电厂保护及自动葛洲坝电厂保护及自动装置介绍装置介绍2005年9月20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 将故障的电力设备从电力系统中

2、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 大江电厂主接线图简介 葛洲坝电厂

3、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。8F9F10F11F12F13F14F15F16F17F18F19

4、F20F21F8Z 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 B80880981081181281381481581681781881982082182582682782883283125B26B27B28B80818082808380858087860882518091809280938095809781018102810381058107861083118111811281138115811

5、7812181228123812581278612826181318132813381358137814186148142814381458147815181528153815581578161816281638165816786168271817181728173817581778181818281838185818786188321819181928193819581978201820282038205820786208281821182128213821582171Y H2Y H3Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y

6、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 H3L H4L H过

7、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50086500867500861750106501067501061750126501267501261750146501467501461750166501667501661750186501867501861750206750115012501350215022502350315032503350415042504350515052505350615062506350111501125011175011275012150121750122501227501315013175013250132750136

8、501367501361750236502367502361750231502325023275023175022250222750221502217502125021275021150211750116501167501161750216502161750216750311503117503125031275031650316750316175032150321750322503227503315033175033650336750336175033250332750436504367504361750432504327504315043175042250422750421504217504

9、11504117504125041275041650416750416175051150511750512505127505215052175052250522750531505317505325053275053650536750536175063250632750631506317506365063675063617506225062275062150621750612506127506115061175061650616750516505167505161750616175227512751175217500K V500K V5013D K 150136275013D K 75013D

10、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 灵测 量母 差 1母 差

11、 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 2差 动 1差 动 2差 动 1差 动 28111G8113G2 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

12、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。DL13.8KVL2

13、L1L2L2L1L2L1L2L1L2L1L2X01X02341LH2LH7LH8LHLB1YH2YHF8000/5ASF125-96/156013.8KV 125MWCOS=0.8758000/5A600/5A21LH22LHXQ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2ZH1ZHXQDL13.8KVLBL2L121LH22LHLB2LH1LH5LH

14、3LH4LH8LH7LH6LH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

15、、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

16、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。 （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。2 主变保护：主要主要故障类型故障类型 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

17、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。不正常不正常工作状态工作状态：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降低引起的过激磁等。机组保护机组保护配置情况配置情况 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。 3YHP2P1短变差差线43P1P2变短线差差341DL2DL3DL11LH12LH1G2G3G4G1G2G1G2GDLL1L23LH4LH8000/1ADLL23

18、LH4LH3YHDLL1L23LH4LHDLL1L23LH4LHDLDL2#母1#母测量测量变差变差变差变差短线差短线差LH2 测量300/5A300/5A9LH2500/12500/19LH123123300MVA550(525)/13.8KVuk:(1516)%LH18GLH2 测量600/1A600/1ALH18G8B(12B/16B/20B)(14B/18B)10B6G7G零序零序8F9F10F11F(12F/16F/20F)(13F/17F/21F)(14F/18F)(15F/19F)(14B无)至厂用变25B(26B/27B/28B)至制动电阻TPY/TPY8000/1A8000/

19、1A出线3LH4LH3LH4LHL1L22500/12500/1L1L1L2过激磁主变保护电气接线图300MVA零序过压零序过压+A2CPU2差动保护ACIBNBANICACINBABNIC过流保护CT断线（闭锁）启动通风过负荷过负荷CT断线（闭锁）过流保护差动保护过负荷CT断线（闭锁）过流保护差动保护差动保护过流保护CT断线（闭锁）零差保护ULBNCAI0过激磁保护PT断线闭锁零差保护零序过流保护过负荷8LH6LH7LH4LH3LH5LH8000/18000/1600/1LH1LH23LH4LH8000/18000/15LH3LH4LH8LH7LH6LH2500/19LH132零差保护零序过

20、流保护零差保护I0PT断线闭锁过激磁保护ACNULB过负荷CT断线（闭锁）过流保护差动保护差动保护过流保护CT断线（闭锁）过负荷差动保护过流保护CT断线（闭锁）过负荷过负荷启动通风CT断线（闭锁）过流保护差动保护CPU1A+A1CBANICNABIIBNCBAINC至厂用变27B3YH16BDL16FDL17FDL8G7GL2L1L2L1L1L2L1L2P1P21#母线P2P1P1P1P1P2P2P2300MVA300MVACPU2+C2BCNIBNCIAA差动速断比率制动差动BNCIBNCIAAACNIBACNIBACNIB1232500/19LH2500/19LH321111LH24356

21、12LH456321差动速断CT断线（闭锁）比率制动差动CPU1A+C1CBNI16B18B6G7G3G1G1DL2G1G2DL500kV表表2 WYB-3C2 WYB-3C型变压器保护配置表型变压器保护配置表 保护配置 动作后果 8B（20B）保护盘10B保护盘 变压器差动保护 跳八侧，启动1DL、2DL失灵，发信号 复合过流 跳八侧，启动1DL、2DL失灵，发信号 过激磁 跳八侧，启动1DL、2DL失灵，发信号 零序过流 跳八侧，启动1DL、2DL失灵，发信号 过负荷、绝缘监视 发信号 重瓦斯 跳八侧，不启动1DL、2DL失灵，发信号 轻瓦斯、小电抗瓦斯、油温升高、冷却器故障发信号 8B、

22、10B保护盘 八侧差动保护（大差） 跳八侧，启动1DL、2DL失灵，发信号短线差动保护 跳八侧，启动1DL、2DL失灵，发信号表表3 WBZ-500H3 WBZ-500H型变压器保护配置表型变压器保护配置表 保护配置 动作后果 12B保护盘14B保护盘16B保护盘18B保护盘 变压器差动保护 跳八侧，启动1DL、2DL失灵，发信号 零差差动保护（退出） 跳八侧，启动1DL、2DL失灵，发信号 过流保护 跳八侧，启动1DL、2DL失灵，发信号 过激磁 跳八侧，启动1DL、2DL失灵，发信号 零序过电压 发信号重瓦斯 跳八侧，不启动1DL、2DL失灵，发信号 轻瓦斯、小电抗瓦斯、油温升高、冷却器故

23、障 发信号进线保护盘 短线差动保护 跳八侧，启动1DL、2DL失灵，发信号 保护的保护的作用及原理作用及原理 (1）差动保护差动保护：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

24、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。 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 3 厂用变保护：差动

25、、速断、过流、过激磁、瓦斯保护等四、四、500KV500KV开关站保护装置开关站保护装置 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500kV II母线 保 2P2S2S1母 差 2线 保 1S2S1S2S1S2测 量S1S2S2S1P1失 灵S1母 差 1613LH451235043DLP1测 量失 灵S1S2S2S1S15042DL12线 保 1短 线 差S2S1S1S2线 保 2P2S2S1S2P212LH546变 差3S2S1S2S1S1S1S2

26、S1S2P1S2S146511LH3215041DL500kV I母 线S2V.T.3/2V.T.3/1V.T.1/1V.T.1/210WYH9WYH4WYHV.T.2/2V.T.2/1母 线PT母 线PT线 路PT母 差 2母 差 1短 线 差变 差测 量失 灵断 路 器 失 灵 保 护JDB-500REL521高 频 距 离 保 护RCS-925A短 引 线 保 护过 压 远 跳 保 护RCS-901A高 频 方 向 保 护RCS-925A过 压 远 跳 保 护短 引 线 保 护JCH-500重 合 闸断 路 器 失 灵 保 护JDB-500重 合 闸JCH-500断 路 器 失 灵 保

27、护JDB-500短 引 线 保 护DL-24C4WYH4WYHRCS-922BRCS-922B2 线路保护的配置 线路序号盘号型号名称葛凤线套29PLFP-901(包含SEL-551、SEL-351) 高频距离方向微机保护（短引线、过压远跳）套30PSEL-321(包含SEL-551、SEL-351)高频距离微机保护（短引线、过压远跳）葛双回套39PLFP-901(包含SEL-551、SEL-351）高频距离方向微机保护（短引线、过压远跳）套40PSEL-321(包含SEL-551、SEL-351)高频距离微机保护（短引线、过压远跳）葛双回套47P(36P)SEL-321(RCS-922、RC

28、S-925)高频距离微机保护（短引线、过压远跳）套49PRCS-901(包含RCS-922、RCS-925)高频距离方向微机保护（短引线、过压远跳）线路序号盘号型号名称葛岗线套56P(37P)REL-521(RCS-922、RCS-925) 高频距离方向微机保护（短引线、过压远跳）套57PRCS-901(包含RCS-922、RCS-925)高频距离微机保护（短引线、过压远跳）葛换 回套64PRCS-931(包含RCS-922、RCS-925)高频距离微机保护（短引线、过压远跳）套74PRCS-931(包含RCS-922、RCS-925)高频距离微机保护（短引线、过压远跳）葛换回套66PRCS-

29、931(包含RCS-922、RCS-925)高频距离微机保护（短引线、过压远跳）套75PRCS-931(包含RCS-922、RCS-925)高频距离微机保护（短引线、过压远跳）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。软件软件 图4 保护程序结构框图 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

30、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。硬件 图5 硬件模块图 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，

31、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、打印等 电源插件保护原理简介 工频变化量距离继电器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

32、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 ，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

33、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SZSSSZIUZIUZIU12122211DZ01804 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