SEL保护装置在110kV线路保护中的应用.pdf

第2 7卷 2 0 0 7年第6期 湖 南电力 研究与试验 S E L保护装置在 1 1 0 k V线路保护中的应用 陈 辉 ( 1 湖南大学电气与信息工程学院，湖南 长沙4 1 0 0 8 2 ；2 巴陵石化热电事业部，湖南 岳阳4 1 4 0 1 4 ) 摘 要 ： 以巴陵石化热电事业部 1 i 0 k V线路保护为研究对象，阐述 了以S E I 保护装置为 重点的项 目的实施对局域电网可靠性的提 高所起的重要作用。 关键词 ：线路保护；可靠性 ；稳定；S E I 中图分类号 ： T M 7 7 3 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 8 一 O l 9 8 ( 2 0 0 7 ) 0 6 0 0 1 5 0 3 Ap pl i c a t i o n o f S EL p r o t e c t i o n e qu i pme n t o n 1 1 0 k V t r a n s mi s s i on l i n e CHEN Hui ( 1 ， El e c t r i c a n d I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g I n s t i t u t e ，Hu n a n Un i v e r s i t y，Ch a n g s h a 4 1 0 0 8 2 ，Ch i n a ； 2 ， Th e r ma l P o we r De p a r t me n t ，Ba l i n g P e t r o c h e mi c a l Co ， L t d，Yu e y a n g 4 1 4 0 1 4 ，Ch i n a ) A b s t r a c t ：B a s e d o n l l 0 k V t r a n s mi s s i o n l i n e p r o t e c t io n 。t h e i m p o r t a n c e o f p r o j e c t i mp l e me n t a t i o n f o c u s e d o n S E L p r o t e c t i o n e q u i p me n t t o r e l i a b i l i t y o f lo c a l p o we r g r i d wa s p r e s e n t e d Ke y wo r d sl i n e p r o t e c t i o n；r e l i a b i l i t y；s t a b i l i t y；S EL l 概 况 巴 陵 石 化 热 电 事 业 部 现 有 装 机 容 量 为 1 0 2 Mw。 电厂2 条1 1 0 k V线路与电网联结， 正常运 行方式 为一用一 备 。受化工工 艺 的影响 ，电厂机组 不能满发 ， 一般发电负荷在8 0 Mw 左右， 随着化工 装置规模的不断扩大，用 电负荷也 日益上升 ，用电 负荷最高已达1 2 0 Mw， 负荷缺额在3 0 4 0 Mw， 大 量的负荷还依赖电网的供给，因此公司内部电网的 安全对电力系统的依赖性很大 ，一旦电厂与电网的 1 1 0 k V联络线发生故障， 将对公司内部电网造成巨 大的影 响。 电厂历史上曾发生过由于 l 1 0 k V联络 线出线 故障而导致全厂停电的事故，其重要原因就是因为 电厂与电网解列后 由于功率缺额太大，电厂内部机 组振荡而造成全厂停电。 2 基本思路 根据国家电力公司颁发的 电力系统稳定导则 要求 ， 要求电力系统承受大扰动能力的安全稳定 性标准分为3级 ： 1 级标准 ： 保持稳定运行和正常供 收稿 日期 ：2 0 0 7 0 7 一 O 4 电。 2级标准 ： 保持稳定运行 ， 但允许损失部分负荷 ； 3级标准， 当系统不能稳定运行了， 必须防止系统崩 溃，并尽量减少负荷损失 。同时也提出了电力系统 安全稳定标准 ，正常情况下，对不同电力系统按功 能判据计算静态稳定储备系数要求在1 5 9 5 2 0 9 5 之 间，由于电力系统功率储备均有调频机组旋转备用 容量。而厂负荷容量远大于发电容量，储备容量无 法满 足要求 。 在当前电厂不具备扩容的条件下 ，要解决该公 司内部电网的可靠性问题 ， 首先要解决的是 1 1 0 k V 线路与电厂稳定性的关联问题 。 2 1 在 1 1 0 k V联络线发生故障时快速切除故障； 2 2 外 电网发生故障时 自备电厂向系统大量送有 功 ，造成内部电网同时低周时，在解列点迅速与系 统解列，避免故障扩大； 2 3 当 l 1 0 k V线路由于故障与系统解列时，迅速 投入备用线路， 如 自投不成功则本线路进行重合闸； 2 4由于正常运行时吸有功电量 比较大 ，因此在 l 1 0 k V线路解列后 ， 必须迅速实施负荷联切以达到 内部的功率平衡 ， 方能进行1 1 0 k V线路快速 自投或 重合 闸 ； 1 5 维普资讯 研究与试验 湖 南 电 力 第2 7卷 2 0 0 7 年第6 期 2 5 备用电源 自投或重合闸必须保证同期条件， 并 能确保同期时对电网的最小冲击。 随着国际上新型多功能继电器的推广应用 ，其 强大的逻辑功能为解决以上问题提供了条件 ，经比 较 最 后 确 定 选 用 美 国 S E I 公 司 的 S E I 3 8 7 I ， SEL31 1 C， SEL3 51 。 3 实施方案 3 1 S E L 3 8 7 L装置 该产品主要实现线路差动保护 ，在线路的 2侧 各装设 1台同类型的产品，通过光纤通信来实现在 线路内部发生故障时瞬时切除线路 ，接线示意图如 图 1 。 图 1 双 端 差 动 保 护 连接电流互感器和预先编程的跳闸接点，选好 通道传送和接收地址，S E I 3 8 7 I 投入运行。在这 种配置情况下， 继电器可检测高达1 3 3 Q( 二次侧电 阻)的区内高阻接地故障，对大部分金属性故 障的 跳闸时间在1个周波之内。 在线路2 f TA变 比一致 时，继电器能提供 电流差动保护而无需整定。 当故障电流比较大时，最快能在 1 2 I n s 左右切 除故障线路 。 该部与电网联接的2条l 1 0 k V线路各 装设了 1 套该型号的保护装置，一侧安装在该部的 主控室内，另一侧分别装设在巴陵变和峡山变控制 室。2侧的T A变 比均为 o o o 5 ，整定值均为：6 A， 1 9 5 。 。 3 2 S E L 3 1 1 C装置 S E I 3 1 1 C继电器有 4 段独立的相间距离保护 。 I 段和 段 固定为正方向。段和I V 段可以整定为 正方 向或反方向。 相间距离元件采用正序电压极化 ， 可正确反映相间、相间接地和三相故障。 S E I 3 1 1 C继电器有4段独立的四边形接地距离 保护 。 I 段和 段是正方向元件 ，而 n T 段和IV段可 设置为正方向或反方向。接地距离元件采用正序电 压极化。 S E I 3 1 1 C继电器共有4段零序接地瞬时 定 】 6 时限过电流元件。 该 电厂 2条 l 1 0 k V 线 路在 本侧 各装设 1台 S E L3 1 1 C保护装置，实现相间距离 3段、接地距离 3段、零序电流4 段保护，来作为线路的后备保护。 当该部的l 1 0 k V线路或外电网发生故障时， 能有选 择性地快速切除故障点。 3 3 S E L 3 5 1装置 S E I 3 5 1装置主要用 于 l 1 O k V 线路 的关 口保 护，以实现负荷联切、低周逆功率、检同期 自投和 重合闸等功能。 3 3 1 负荷联切 由于公司在不同季节用电负荷不同，同时电厂 在冬季、夏季由于运行方式的变化发电能力的差异 也 较大 ，从 电网吸 电也 随着季节 的变化公 司生产装 置开车情况的不 同，相差甚远。 因此，在该部与系统解列后 ，由于功率缺额所 需切除负荷量应根据不同季节，运行方式不同而灵 活改变， 以保证解列后整体功率、 负荷大体平衡。 配 置 3 段负荷联切方式。 I 段： 当吸电负荷功率在1 0 2 0 Mw 时， 跳闸 联切 3 o 4 J 所及 3 0 4 M所 、石芦山降压站。冬季切除 负荷约 7 Mw，夏季约1 5 Mw 左右。 段 ： 当吸电负荷功率在2 0 3 0 Mw 时 ， 除 I 段联切负荷外再联切树脂事业部离子馍 A组 ，负荷 约 1 0 MW 。 n T 段 ：当吸电负荷功率 3 0 Mw 以上时，除 I， 段联切负荷外再联切树脂事业部离子馍B组，负 荷约 1 0 1 5 MW。 以上 3段负荷联切功能均通过 S E L一3 5 1保护 机箱逻辑组态完成。 通过S E L保护装置实现远方负 荷联切。具体逻辑见图2 。 联切眺闸赫竟控捌 一 L v 10 嘲 ” L v Il z z 逆 自 麟屯 r m 圃 奉 啦记倒 列0 P 0 ) 三瞳 t一咖 2 切 I循嘲 麟 广 Lsy-z 奉 搬 s舍 堑记 忆 a _l廿i)1 li丙 一 I ：二 !堡 ! I 图2 负荷联切逻辑图 维普资讯 2 0 0 7 NO 6 HUNAN EL ECTRI C P 0WER Vo 1 2 7 其动作条件 ： a 1 1 0 k V线路吸收三相功率达到启动值 ， 并经 过相应延时。 b 运行线路负荷电流到0 ，且断路器在断开位 置( 确认跳闸) 。 C 备用线路负荷 电流为 0( 避免正 常倒 闸误 动 ) 。 当以上 3个条件同时满足时，根据吸收电功率 大小不同， 启动相应段联切出口， 切除相对应负荷。 3 3 2 低周逆功率保护 低周逆功率保护功能在 S E L一3 5 1 机箱通过逻 辑组态实现。其动作条件 ： a 在系统故障周波缓慢 稳定下降 1J 4 8 5 H z ， 有功功率外送达2 6 4 MW 时， 运行1 1 0 k V线路开关跳闸， 自动与系统解列 ； b 频 率滑差加速 ， 即当频率滑差d f d t 大于设定值 ， 跳闸 频率分别提高到4 9 4 Hz 和4 9 Hz 。 具体逻辑图见图 3 苹跳罚出口 图3 低周逆 功率逻 辑 图 3 3 3 检同期备 自投 在1 1 0 k V运行线路故障跳闸后， 为使公 司电网 快速与系统并列，设置备用线路检同期 自投 ，具体 逻辑 图见 图 4 。 超时则闭锁自投 韧 防止两绸时台 s v l P U 要大干1 图4 自投逻 辑 图 备用线路检同期 自投条件 ： o 4 a 备用线路断路器在断开位置。 b 1 1 0 k V母联开关在合 闸位置。 C 同期检测具备并列条件 。 d 启动条件具备。 为避免备用线路在检修或其它状态下误动，在 保护屏增加备自投切换开关 。 3 3 4 检同期重合闸 在确认运行线路跳 闸、备用线路 自投不成功或 自投切换未投入的情况启动重合闸，具体逻辑见图 5。 图 5 重合 闸逻辑 图 启动条件 ： a 运行线路断路器非正常跳闸( 通过负荷电流、 断路器位置、操作开关位置判断) 。 b 备用线路断路器 自投不成功或自投未投入 ( 以断路器位置及负荷电流判断) 。 C 同期并列条件满足。 以上3个条件同时满足启动检同期重合闸。 检同期备 自投与重合闸的配合： 在重合闸与备 自投的配合上， 以备 自投为优先 ， 在自投未投入时启动重合 闸，即在启动备自投的时 间内， 重合闸延时等待。 自投成功后闭锁重合闸。 只 有在 自投不成功时启动重合闸，或在 自投未投入时 0 S 启动重合闸。 4 结 论 1 1 0 k V 线路保护改造首次在局域性电力系统 中将动态负荷联切、低周逆功率保护、检同期备 自 投与检同期重合闸等技术有机结合，提高了系统抗 ( 下转 第 2 1页) 1 7 r品 曲曲 m 率 呻 呻0 0 峭 一 维普资讯 2 0 0 7 No 6 HUNAN ELEC TRI C P OW ER Vo 1 2 7 由以上数据可计算出 一5 4 3 6 v H与计算值 - 基本吻合， 半一 1 7 0 8 ， 盯一 0 0 0 4 ， 最 大误差 I 厂 r I J 半 J =0 4 。 可见， 线圈互感成线性， 在 5 0 1 I 5 0 0 A之间用罗哥夫斯基线圈感应出的电压误差 相当小， 测量精度很高。 丌 整 个 电 流 测 量 系 统 的 一 0 0 2 9 4 6 ， 一 0 0 0 0 3 2 ， 平均误差约为 1 9 5 ， 最大误差不超过 2 ， 在加人相位比较环节后 ， 相位偏差不超过 2 0 。 另外 ， 试验中考虑到实际中线圈有可能偏移中 心或线 圈 面不垂 直 于导 线 ， 因此 在 以下 2种情 况 下 加了一系列不同电流进行试验： a 线圈截面与导线成 6 0 。 ， 此时整个电流测量系 丌 统的 一 0 0 2 9 4 2 ； b 线圈截面偏移中心距离 x 一 7 mm， 此 时整个 电流测 量系统 的 一 0 0 2 9 3 6 。 可见 ，罗哥夫斯基线圈两端 的感应 电压受位置 影响很小 ，可以很好的适应条件有限的各种电流测 量情 况 。 因试验中采用的积分器是由运放及电阻电容组 成的模拟电路，若采用单片机为核心的数字积分电 路 ，测量准确度可进一步提高，误差不超过0 5 9 5 。 7 结 论 夫斯基线圈与合适的积分器相连 ，并加人相位补偿 环节组成的电流测量系统可还原电流的波形 ，并较 为准确的测量 出工频电流的幅值，平均误差约为 1 9 6 ， 相角差不超过2 0 。 通过调节积分的参数可改变 ，r 的大小 ， 适应各种不同范围的电流测量。 在线圈 两端连接放 电管能有效防止线路遭受雷击时，感应 产生的过电压击坏积分器。 参 考 文 献 1 Yu z o Yos h i d a，At s u n o r i Ta y a i k a Pr e c i s e c u r r e n t s e n s o r b y me a ns o f s ma l l a n g l e ma g n e t i z a t io n r o t a t i o n u s i n g a mo r p h o u s wi r e a n d i t s i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n C J I EE t r a n s a c t i o n s o n ma g n e t ic s ，1 9 9 3 ，2 9 ( 6 ) 2 Wa r d，DAEx on J La t Us i n g Ro g o ws k i c oil f o r t r a n s ie n t c u r r e n t me a s u r e me n t C J E ng i n e e r i n g s c i e n c e a n d e d u c a t i o n j o u r n a 1 1 9 3 3 ( 6 )：1 O 5 1 1 3 C 3 3康华光，陈大钦电子技术基础 ( 模拟部分 )C M 北京：高等 教育出版社 ，i 9 9 6 4 Ra y， W F He ws o n CRHi g h p e r f o r ma n c e Ro g o ws ki c u r r e n t t r a n s d u c e r s C J I EEE o n Po we r El e c t r o nic M e a s u r e me n t Lt d 2 0 0 0： 3 0 8 3 3 0 9 0 作者 简介 ：