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融汇公司继电保护的技术改造 摘要 融汇公司原有供电系统为电磁式继电保护，运行中故障较多。公司扩产后， 供电系统发生了很大的变化，原有电磁式继电保护和保护定值已不能满足供电 系统运行要求，供电系统技术改造已成为必然。微机保护作为性能可靠的成熟 产品，在供电系统中已广泛应用。 本文分析了融汇公司原有供电系统及电磁式保护的动作原理，分析了继电 保护运行中存在的问题和扩产后的供电系统构成。提出融汇公司供电系统微机 保护改造的方案，对微机保护的硬件和软件进行了合理的配置，阐述了变电 站自动化系统“遥信、遥控、遥测和遥脉”的实现，对供电系统的保护进行 了合理配置和整定计算。实现了区间变电所的无人值守，达到了安全、经济、 可靠运行的目标。 通过本文分析，以期对融汇电气的运行和更新提供一定的帮助，对大、中 型企业供电系统的改造，也有一定的参考价值。 关键词：融汇公司继电保护技术改造定值计算 p r o t e c t i o nt e c h n o l o g i c a lr e f o r m a t i o no fr o n g h u ic o m p a n y a b s t r a c t t h e r ea r eal o to fm a l f u n c t i o n si n r u n n i n gb e c a u s er o n g h u i c o m p a n yo r i g i n a lp o w e rs u p p l ys y s t e m sa r ee l e c t r o m a g n e t i cp r o t e c t i o n a f t e rt h e e x p a n s i o no ft h ec o m p a n y ，p o w e rs u p l ys y s t e mh a s b e e n c h a n g e dal o t ，t h eo r i g i n a le l e c t r o m a g n e t i s mr e l a ya n di t sp r o t e c t i o n v a l u ec a n ta c c o r dw i t ht h en e wp o w e rs u p p l ys y s t e m i ti sn e c e s s a r yf o r t e c h n o l o g i c a lr e f o r m a t i o no ft h ep o w e rs u p p l ys y s t e m a sat r u s t ya n d s t a b l i t yp r o d u c t ，c o m p u t e rp r o t e c t i sa b r o a du s e di n p o w e rs u p p l y s y s t e m t h i sa r t i c l ea n a l y s i sa b o u tt h eo r i g i n a lp o w e rs u p p l ys y s t e ma n d t h ea c t i o nt h e o r yo fe l e c t r o m a g n e t i cp r o t e c t i o ni nr o n g h u ic o m p a n y ， a l s oa n a l y s i st h ep r o b l e mi nr e l a yp r o t e c t i o na n dc o n s i s to ft h ep o w e r s u p p l ys y s t e ma f t e rt h ee x p a n s i o n t h i sa r t i c l eg i v e ss o m ea d v i c ea b o u t t h er e f o r mo ft h ec o m p u t e rp r o t e c t i o n ，a n di m p r o v ei t 、sh a r d w a r ea n d s o f t w a r e i td e s c r i b e st h e r e a l i z a t i o no f “f o u rr e m o t ec o n t r o l i n t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n ，a n dc a l c u l a t e st h e s e t t e dv a l u eo fp r o t e c t i o n i t e s t a b l i s ht h en ob o d yo nd u t yi nt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n i tc a r r yo u tt h e t a r g e to fs a f t ye c o n o m i cr e l i a b l i t yi nr u n n i n g t h e a n a l y s e i nt h i sa r t i c a ln o t o n l yi m p r o v e s t h ee l e c t r i c e q u i p m e n tr u n n i n g ，b u t a l s o p r o v i d e s c o m p a n yf o rr e c o n s t r u c t i n gp o w e rs u p p l y s o m eu s e f u la d v i c et oo t h e r s y s t e m k e y w o r d s ：r o n g h u ic o m p a n y ，p r o t e c t i o ns y s t e m ，t e c h n o l o g i c a l r e f o r m a t i o n ，s e t t i n gc a l c u l a t i o n 插图清单 图2 1融汇公司原有供电主接线图一5 图2 2z c 2 3 型继电器构成的中央信号和事故信号接线图一8 图2 3 控制开关断路器不对应回路图一9 图3 1融汇公司供电主接线图1 3 图4 1微机保护构成框图l8 图4 2融汇公司变电所综合自动化系统组网图3 7 图5 1两段折线制动特性示意图4 6 表格清单 表2 1主变压器的继电器保护屏设备表1 1 表4 1融汇公司供电系统综合自动化系统配置清单3 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得 金里些厶堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签字：璃1 乍椒签字日期2 0 。8 年5 月9 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金胆工业太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权金旦巴王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：芜湖融汇化工有限公司 通讯地址：芜湖市长江北路2 4 3 号 名：曼队翩獬：多l 喇 签字日期：d 驴年多月歹日 电话：1 3 9 6 6 0 1 5 8 0 9 邮编：2 4 1 0 2 2 t 日 及厶 a叩莎 位r 口月 ，i ， 称哪 ： 匀 名豸獬稿 者 ： 文 期 论 日 位 字 学 签 致谢 本论文是在导师吴红斌副教授的精心指导和悉心关怀下完成的，从从论文 的选题、取材以及定值计算直至定稿，自始至终是在导师精心指导下完成的， 凝聚着导师的心血。论文的完成，使我在知识、能力和学术水平上都得到了很 大的提高。导师学识渊博、为人豁达、和蔼可亲，是我终身学习的楷模。值此 论文完成之际，学生要对敬爱的导师表示衷心的感谢和深深的敬意! 在求学过程中，要感谢班主任孟祥发老师对我的帮助和关心。 我还要感谢合肥工业大学，感谢她给我提供了学习的机遇和环境，帮我圆 了研究生梦，使我的学业迈上一个新台阶。 最后，我要感谢单位领导和家人对我的支持。论文的完成与他们的关怀和 鼓励密不可分。 作者：蒋作权 2 0 0 8 年5 月 第一章概论 1 1 研究融汇公司继电保护技术改造的目的和意义 安徽芜湖融汇化工有限公司系融汇集团成员企业之一，是安徽省第一家获得氯碱 危化品安全生产资格的企业，在安徽省氯碱行业中规模位居第二。生产介质有易燃、 易爆、强腐蚀等危险化学品。负荷特性为：二类负荷和部分一类负荷，连续性负荷和 少数可间断性负荷。 融汇公司原有供电系统系1 9 9 6 年建设并投入使用。继电保护装置为电磁式继电 保护，由许多单个继电器，通过二次线和电缆连接组成。继电保护装置至今已运行1 0 多年，运行中故障较多，严重影响到化工的安全生产。尤其是公司扩产后，供电系统 在原有基础上发生了很大的变化，供电系统原有的电磁式继电保护，已不能满足要求， 为保证主变压器和变电所安全运行，研究供电系统继电保护的技术改造势在必行。 针对原有继电保护的结构复杂、运行可靠性不高、调试内容多且质量难以保证等 诸多缺陷，改造的继电保护重点解决以下方面的问题： 1 、技术要先进、成熟，运行稳定可靠，具有很高的可靠性； 2 、工艺结构要先进、合理； 3 、调试维护简单，具有良好的自诊断功能； 4 、操作方便，具有良好的人机界面和全面的智能化功能； 5 、将原有的电磁式继电保护改为微机保护 6 、提供更多的供电系统的信息量； 7 、实现“遥控、遥信、遥测、遥脉 功能。 8 、增加主变过载自动减负荷功能 9 、增加低压低周解列保护。 由于融汇公司对供电供电可靠性的要求很高，如何根据融汇公司现有电磁式继电 保护的实际情况，根据扩建后供电系统的变化，确保安全、可靠供电，研究和总结融 汇公司供电系统微机保护的技术改造是本课题的主要任务。 本课题关于融汇公司供电系统继电保护技术改造的分析结果，对其它大、中型企 业供电系统电磁式继电保护的技术改造和保护定值计算、新建变电所的微机保护和无 人值守的实现，都具有一定的参考价值。 1 2 供电系统对继电保护的基本要求 1 2 1 继电保护装置的基本任务 继电保护装置，是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并 动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。 继电保护装置的基本任务是： 1 ) 自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元年免于继 续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行。 2 ) 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件( 如有无经常值班 人员) ，而动作于发现信号、减负荷或跳闸。 1 2 2 继电保护的基本要求 动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、 灵敏性和可靠性。 l 、选择性 保护装置的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使得 停电范围尽量缩小，保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。 在要求继电保护动作有选择性的同时，还必须考虑继电保护或断路器有拒绝动作 的可能性，因而就需要考虑后备保护的的问题。后备保护是在远处实现的，称为远后 备保护。后备作用是在主保护安装处实现的，则称它为近后备保护。由于远后备的性 能是比较完善的，对相邻元件的保护装置、断路器、二次回路和直流电源所引起的拒 绝动作，均能起到后备作用，同时它的实现简单、经济，因此应优先采用远后备，只 当远后备不能满足要求时，才考虑采用近后备的方式。我公司采用远后备保护。 2 、速动性 快切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下 工作的时问，以及缩小故障元件的损坏程度。因此在发生故障时，就力求保护装置以 迅速动作切除故障。故障切除的总时| 、日j 等于保护装置和断路器动作时间之和。 3 、灵敏性 保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。 满足灵敏要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，不论短路点的位 置、短路的类型如何，以及短路是否有过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。保护装 置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，它主要决定于被保护元件和电力系统的参数和 运行方式。 4 、可靠性 保护装置的可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故 障时，它不应该拒绝动作，而在任何其它该保护不应该动作的情况下，则不应该误动 作。 1 3 本文研究的内容 本课题针对融汇公司继电保护存在的问题及扩产后供电系统对保护的新要求，对 继电保护系统进行分析，利用目前成熟的微机保护技术，结合工程实际，实行微机保 护改造，对保护定值进行重新计算，应用于供电系统的保护整定。 2 本课题主要工作如下： 1 、对原有电磁式继电保扩- 进行详细分析。 2 、对扩产后继电保护存在的问题进行研究。 3 、阐述了微机保护改造的实现 4 、对供电系统的保护定值进行整定计算 5 、继电保护改造后的运行分析。 通过在实际工程中应用本课题的研究成果，重新整定了保护定值，增加了变压器 过载联锁保护，保证了供电系统安全运行运行，为公司安全生产提供了可靠的电力保 障。 本课题关于融汇公司供电系统继电保护分析结果，为变电所保护定值提供了精确 的计算，直接应用于保护定值输入，对区间变电所的无人值守，对公司供电系统的安 全运行，对公司的安全生产，都具有现实的意义。 第二章融汇公司原有供电系统继电保护状况 2 1 原有供电系统的构成 一、i 1 10 k v 总变电所 融汇公司是芜湖供电公司的用电大户之一。公司原有1 1 0 k v 总变电所一座，其下 有区问变电所( 中心变电所) 一座。融汇公司1 1 0 k v 总变电所，从系统尖山变电所 引入1 1 0 k v 专线，架空线路长2 4 8 k m 。总变电所有三圈变压器一台，容量为 2 0 0 0 0 k v a ，油浸式无载调压，接线组别为y 0 y a ，电压等级为1 1 0 k v 3 5 k v 1 0 k v 。 主变3 5 k v 中压侧和1 0 k v 低压侧分别进入3 5 k v 开关室和1 0 k v 开关室。3 5 k v 开 关室有总柜一台，p t 柜一台、备用柜和隔离柜各一台，3 4 1 0 拌整流变压器馈线 柜一台。0 群整流变压器容量为7 6 3 8 k v a ，接线组别为y y + y ，电压为3 5 k v 2 3 8 5 v ，电流为1 2 6 a 2x5 7 2 7 a 。整流变压器低压侧经整流后，直流电最大为2 7 k a 4 5 0 v ，向2 0 k t a 离子膜烧碱电解装置供电。1 0 k v 开关室有总柜一台，所用电变 压器柜一台，p t 柜和电容器柜各一台，备用柜柜若干台，1 1 2 中心变电所馈线柜 一台。所用变压器供1 1 0 k v 总变压器内部供电。量、 二、中心变电所 中心变电所有总柜和p t 柜各一台，出线柜4 台，分别控制、保护四台1 0 0 0 k v a 的油浸式变压器：中心变4 撑变压器和5 拌变压器向2 0 k t a 离子膜烧碱装置的动力设备 供电，1 2 k t a p v c 变压器向1 2 k t a p v c ( 1 2 k t a 聚氯乙烯) 供电，江边变压器向公司供 水系统供电，电压等级均为1 0 k v 4 0 0 v ，向上述3 8 0 v 低压系统供电。 4 融汇公司原有供电主接线图如图2 。l 所示。 i i i i l l = 2 4 8 0 m 1 一 1 6 0 0 k v a，0 0 0 k 泪1 0 0 0 k 溯1 0 0 0 k v a 5 8 碱一4 t3 蝴一4 3 一4 _ 图2 - i 融汇公司原有供电主接线图 5 三、负荷状况 化工的负荷接近恒负荷，其中整流负荷约5 6 0 0 k w ，动力负荷约1 4 0 0 k w ，1 1 0 k v 主变压器的实际负荷约7 0 0 0 k w 。考虑大工业用电执行两部制电价，为节约电费，我 们向供电公司申请了最大需量8 0 0 0 k w 。另外，公司有5 0 0 k v a 的保安变压器一台， 当主电源失电时，由保安电源向重要动力负荷供电。 2 2 继电器的种类和动作原理 变电所原有的保护都是电磁式继电保护，各个继电器通过原理图连接在一起，由 继电器的得电或失电来实现电力系统的保护功能。单个的继电器有：电流继电器、电 压继电器、中间继电器、时间继电器、差动继电器、负序电压继电器、绝缘监察继电 器、信号继电器等等。 1 、电流继电器 当电流继电器线圈通过电流时，在电磁铁中产生的磁通，力图使z 形的钢舌片向 凸出的磁极偏转。与此同时，轴上的反作用弹簧又力图阻止钢舌片偏转。当继电器线 圈中的电流增大到电磁铁使钢舌片所受的转矩，大于弹簧的阻力矩和轴承的摩擦力矩 时，钢舌片便被吸近磁极，使常开触点闭合，而常闭触点断开。继电器处于动作状态。 这种继电器的动作行为取决于网络电流，所以f j l 电流继电器。由于电流继电器通 过的电流较大，所以线圈导线较粗，而匝数较少。其线圈一般由两段组成，可以并联 也可以串联，从而使动作电流成倍地改变。常用电流继电器型号有：d l 一1 0 系列， d l 2 0 c 系列，d l 3 0 系列。 2 、电压继电器 电压继电器的线圈一般通过电压互感器接在网络电压上，可反应网络电压的大小。 继电器器动作与否取决于网络电压高低。电压继电器的结构的电流继电器相同，由于 它是并接在网络电压上的，所以其线圈的匝数多而导线细。 电压继电器有过电压继电器( 如d j 1 1 1 ) 和低电压继电器( 如d j 一1 2 1 ) ，如1 0 k v 电容器的过电压保护和低电压保护。常用电压继电器型号有：d j 1 0 0 系列，d y - 2 0 c 系列，d y - 3 0 系列。 3 、时间继电器 时间继电器的作用是使继电保护和自动装置获得一定的延时。 当线圈接入电压后，铁芯被瞬时吸入电磁线圈中，因而放松了附在铁芯上的曲柄 销在主弹簧的作用下，使扇形齿轮顺时针方向转动，并且传动齿轮、动触点及与它同 轴的摩擦离合器做逆时针方向转动，通过主齿轮传动钟表机构而控制了动触点轴的旋 转速度。由于动触点要经过一定行程去闭合静触点，因而需要一定的时问。改变静触 点的位置( 也就是改变动触点的行程) ，即可调整时间继电器的动作时间。常用的时 间继电器有d s 1 1 0 系列和d s 一1 2 0 系列，还有d s 2 0 a 和d s 3 0 系列时间继电器。 6 4 、中问继电器 若主继电器( 电流、电压继电器等) 的触点容量不足；或为了同时接通和断开几 个回路需要多对触点时；或一套装置有几套保护需要用共同的出口继电器等等，都要 采用中间继电器。中间继电器用途很广，由于用途不同，类型较多。 d z l 0 型中间继电器，当线圈加上7 0 以上电压时，衔铁被吸合，并使衔铁上的 动触点与静触点闭合；当失电后，衔铁受反作用弹簧的拉力而返回原位，衔铁上的动 触点与静触点断开。 d z s 型中间继电器带有延时动作或延时返回的触点，它与一般瞬时动作的d z 型 中问继电器的区别，仅在于其铁芯上套以若干片铜质阻尼环。当接通或断丌继电器线 圈的电源时，在铜环中将感应出涡流，并阻止线圈中电流的增大或减少，因此可稍为 延长继电器的动作时间和返回时间。 d z b 、z j 3 型的中间继电器都带有两种型式的线圈。其中一组为电压起动线圈， 另一组为一个或几个电流线圈，作为继电器的自保持线圈。不论哪组线圈有电，继电 器都能动作。 5 、信号继电器 信号继电器在继电保护和自动装置中是用来做动作指示器的。当信号继电器动作 后，一方面其本身有掉牌指示，以便于进行事故分析；另一方面其触点闭合，接通灯 光或音响信号回路，可引起值班员的注意。其任务完成后，由值班员手动复归。 d x 1 1 型 继电器在在正常运行情况下，继电器线圈中没有电流流过，衔铁被弹簧拉住，信 号牌在水平位置，这时衔铁的边缘支持着信号牌，并且使它保持在这个位置。当信号 继电器线圈中通过电流时，电磁力吸引衔铁而释放信号牌，信号牌由于自身的重量而 下落，并且停留在垂直位置，这时从信号继电器外面的玻璃孔上，便可看见带颜色标 志的信号牌。在信号牌下落时，固定信号牌的轴同时转动9 0 。，则固定在这个轴上的 动触点和静触点将分别接通灯光或者音响信号回路。 信号继电器按其接入电路的方式，通常可分为两种：串联信号继电器( 即电流型 信号继电器) 和并联信号继电器( 即电压型信号继电器) 。 2 3 中央信号装置及其动作原理 2 3 1 中央信号装置 根据用途，信号装置可分为位置信号、中央信号和其它一些信号装置。 在变电所中，位置信号的主要任务是指示断路器的跳、合闸和隔离开关的分、合 闸位置，位置信号通过灯光来显示。断路器的数目一般是比较多的，如果只有指示断 路器的灯光信号，那么当发生事故而使某一断路器跳闸时，值班人员可能不会及时发 现。因此，除了灯光信号以外，还必须有音响信号。音响信号不是每个断路器都装的 而是全所只有一套。中央信号装置设在主控室内的中央信号屏上。 7 中央信号装置分为事故信号和预告信号两种。事故音响信号的主要任务是，在断 路器发生事故跳闸时，能及时发出音响信号，并使相应的断路器灯光位置信号闪光。 预告信号的主要任务是在运行设备发生异常现象时，发出音响信号，并使光字自 慰牌湿示出异常状况的内容( 如绝缘不良、过负荷、温度过高等) 。 事故音响信号使用的是蜂鸣器( f m ) ，预告音响信号使用的是警铃( j l ) 。 2 3 2 中央复归能重复动作的事故信号装置 事故信号有两种：灯光信号和音响信号。红、绿两色的信号灯装在每个断路器控 制开关的两边。当断路器与控制开关的位置不对应时，信号灯即被接至闪光母线，并 发出闪光，它告诉值班员是那个断路器发生了跳闸。事故音响信号装置，按其使用对 象的接线繁简，分为中央复归不能重复动作的事故信号和中央复归能重复动作的事故 信号两种装置。本公司使用的是中央复归能重复动作的事故信号装置。所谓中央复归 能重复动作的事故信号，是指当断路器自动跳闸后，为了使值班人员不受音响信号长 期干扰而影响事故处理，可以留灯光信号而将音响信号立即解除。当信号解除后，第 一台断路器的控制开关和断路器的不对应回路尚未复归前，如第二台断路器又发生了 事故跳闸，音响信号仍能再次发出。 音响复归重复动作是利用冲击继电器( 亦称信号脉冲继电器) 来实现的。在信号 回路中，广泛采用z c 2 3 型继电器构成事故信号装置，如图2 2 所示。 图2 2z c 2 3 型继电器构成的中央信号和事故信号接线图 8 图中b l 为微分变流器，g h j 为干簧继电器，作执行元件用；z j 为出口中间继 电器。串联在直流信号回路中的微分变流器b l ，将同路中持续的电流脉冲去起动灵 敏元件g h j ，由灵敏元件再起动出口中间继电器z j 动作。二极管d 2 和电容器c 起 抗干扰作用。二极管d 1 可旁路掉因一次回路电流突然减少而产生反方向电势引起的 二次电流，使其不流入g h j 的线圈。因为干簧继电器本身没有极性，任何方向的电流 都能使它动作。 装置动作原理如下： 当某一台断路器事故跳闸后，事故音响小母线s y m 与- x m 之间的“不对应 回 路接通，于是微分变流器b l 一次线圈中有电流流过。因为此电流是由零值值突变增 高到一定数值的，所以在二次线圈中就感应出脉冲电流，使执行元件g h j 动作。g h j 动作后，其常开触点g h j 动作，起动中间继电器z j ，触点z j l 闭合，实现自保持， 经弥补g h j 继电器在b l 二次线圈中的脉冲电流消失后，即自行返回之不足；触点 z j 2 闭合，起动蜂鸣器，发出音响；触点z j 3 闭合，起动时间继电器l s j 。时间继电 器1 s j 经整定的时限后，其延时触点闭合，又起动了中间继电器1 z j ，1 z j 的常闭触 点切断了中问继电器z j 的线幽回路，使其返回，于是音响停止，整套装置又复归至 原来的状态。自动解除音响用的时间继电器l s j 和中间继电器1 z j 是事故信号和预告 信号公用的，中间继电器2 z j 的触点就是由预告信号回路引来的。 图中1 y j 为试验按钮，亦能起动事故音响信号：y j a 为手动解除按钮，它能切断 中间继电器z j 的自保持回路，使音响停止。 事故信号装置中的“重复动作 是利用不对应回路中的附加电阻r 来实现的，如 图所示： 图2 3控制开关断路器不对应回路图 当第一台断路器事故跳闸，音响信号己解除，而该不对应回路尚未复归前，此时 在一x m 与s y m 之间是经一个电阻1 r 相连接，故在冲击继电器1 x m j 一次线圈中有 一个稳定电流流过。因为稳定电流不会在冲击继电器二次线圈中产生感应电势，故冲 击继电器1 x m j 不会动作。再发生一台断路器事故跳闸，当辅助触点2 d l 所在的不对 9 r d 应同路接通后，即与辅助触点2 d l 所在的不对应回路相并联，实质上就是电阻1 r 和 电阻2 r 相并联，使总回路中的电阻减小，引起冲击继电器1 x m j 一次线圈中电流突 然增加，故在二次线圈中产生感应电势，使干簧继电器g h j 再次动作，蜂鸣器二次发 出音响。 2 3 3 中央复归能重复动作的预告信号装置 预告信号装置是当设备发生故障或某种不不正常情况时自动发出音响，并同时点 亮光字牌的报警装置。各种预告信号都由其相应的继电器发出的，如过负荷信号由过 负荷保护的继电器发出，绝缘损坏由绝缘监察继电器接点发出等。 用z c 2 3 型冲击继电器构成的中央复归能重复动作的预告信号装置，其动作原理 和事故音响信号装置相同，所不同的只是用光字牌内的灯泡代替事故音响装置不对应 回路的电阻r ，并用警铃代替蜂呜器。不再叙述。 2 4 主变压器的继电器保护 1 1 0 k v 变电所主变压器是油浸式的，其高、低压线圈均在油箱内。变压器常见的 内部故障是匝问短路。常见的外部故障是绝缘套管闪络或击穿，这种故障可能引起出 线端相间相间短路或单相碰接外壳。此外，主变压器还可能出现漏油及过负荷等不正 常的工作状况。主变压器装设如下保护装置： l 、重瓦斯和轻瓦斯保护。压力释放保护 2 、纵联差动保护。 在正常运行和外部短路故障时，三罔变压器电流向量和( 归算到同一电压等级) 为零，它可以从一侧流入，另两侧流出；也可以从两侧流入，而从另一侧流出。因此， 如果先将任何两侧电流相加，再去和第三侧电流相比较，就和双圈变压器的情况相似， 这就构成了三罔变压器差动保护的皋础。 为了保证在正常运行和外部短路故障时，流入差动继电器的电流接近于零，对于 三圈变压器的差保护，应注意如下几点： 1 ) 三圈变压器的各侧电流互感器的变比，不能按各侧容量来确定，而要统一按最 大额定容量来选择。 2 ) 三圈变压器差动保护的不平衡电流要比双圈变压器的大。为了提高差动保护的 灵敏度，宜采用带制动特性的b c h 1 型差动继电器。为了保证变压器i 、i i 、i i i 侧 中每两侧绕组之间的平衡，要将两个平衡线圈分别接在二次电流较小的两侧。 3 、复合电压闭锁的过电流保护。 复合电压闭锁的过电流保护装置由如下继电器组成：3 只电流继电器，1 只负序电 压继电器，1 只欠电压继电器，1 只时i 、开j 继电器，1 只信号继电器。电流继电器是用来 来反应短路电流的。负序电压继电器由一个负序电压过滤器f y g 和一个电压继电器 组成，欠电压继电器的电压线圈经电压继电器的常闭点，接到相间电压上。负序电压 继电器是用来反应不对称称短路的；而欠电压继电器是用来反应三相对称短路的。 4 、过负荷保护 主变压器过负荷时，发出告告警信号，提醒值班人员降负荷。 l o 主变压器保护屏设备如下表： 标2 一l主变压器的继电器保护屏设备表 符号名称型号技术特性数量 l 7 l j 电流继电器 d l 2 1 c 1 07 9 l j ，b z j ，l d j 电流继电器 d l ，2 l c 6 3 1 2 b c j 中间继电器 d z b 1 2 b2 2 0 v ，1 a2 y z j 中问继电器d z s 1 2 b2 2 0 vl y j 电压继电器j y - 1 2 a2 2 0 vl z j 3 中间继电器 d z 5 l2 2 0 v l 1 s j ，5 s j 时间继电器 d s 2 3 c2 2 0 v2 2 4 s j 时间继电器 d s 2 l2 2 0 v3 1 3 c j 差动继电器b c h 23 f y j 负序电压继电器 b f y - 1 2 a2 2 0 v ，1 0 0 vl x j l 3 信号继电器 d x 82 2 0 v3 l 8 x j 信号继电器d x 8o 0 5 a8 9 1 3 x j 信号继电器d x 8 l a 5 1 3 t w j 中问继电器 z j 3 2 a2 2 0 v3 1 t b j ，3 t b j 中间继电器 z j 3 5 a1 a ，2 2 0 v2 2 t b j 中间继电器 z j 3 5 a2 a ，2 2 0 vl 以上继电器数量合计 4 6 第三章扩产后供电系统的变化和存在的问题 3 1 扩产后供电系统的变化 扩产后，公司生产规模和生产能力翻了几番。离子膜烧碱由原来的2 0 k t a 增加到 7 0 k t a ，聚氯乙烯由原来的1 2 k t a 增加到6 2 k t a 。供电系统也发生了很大的变化。 一、自备热电厂和1 10 k v 总变电所 在原有供电系统的基础上，新增了自备热电厂一座。热电厂有1 5 m w 的发电机两 台，分别由6 3 k v 经1 8 m v a 升压变压器，升压到3 5 k v 母线，然后经长1 2 5 k m 的 3 5 k v 电缆线路，接到11 0 k v 总变电所的3 5 k v 母线与系统并网，3 5 k v 为单母线分 段接线，3 5 k v 母联3 0 0 # 开关为解列点。3 5 k v 开关室在原来基础上，新增3 5 k v 馈 线一条，经3 5 k v 电缆线路向5 0 k t a 烧碱的两台整流变压器供电。 1 1 0 k v 总变电所1 0 k v 丌关室在原来基础上，新增1 0 k v 电容柜一台，控制2 4 0 0 k v a 电容器的投切；新增1 0 k v 电缆馈线6 条，分别向烧碱变电所、循环水变电所、p v c ( 聚氯乙烯) 变电所和新区变压器供电。 融汇公司供电主接线图如图3 1 所示。 1 2 1 匝 匝螺鞲州母越旧冬辣蘧 二、烧碱变电所 烧碱变电所向5 0 k t a 离子膜烧碱装置供电，有3 5 k v 开关室和1 0 k v 丌关室。3 5 k v 开关室有总柜一台，p t 柜一台，1 和2 整流变压器柜各一台。l 存和2 撑整流变压器容 量为1 2 0 0 0 k v a ，调变移相角分别为+ 7 5 。和7 5 。；l 2 7 级有载调压，容量依次为 4 8 8 9 1 1 9 8 5 k v a ，额定电压依次为3 5 k v 1 9 2 2 4 7 1 1 v ，额定电流依次为8 0 7 1 9 7 7 a 2 7 3 4 4 a 。整流变压器低压侧经整流后，直流电最大为2 9 k 5 3 0 v ，向两套2 5 k t a 离子膜烧碱供电。1 0 k v 开关室有总柜一台，p t 柜一台，三条馈出线，其中两条出线 向5 0 k t a 离子膜烧碱装置的动力供电，为两台s g l 0 型1 0 0 0 k v a 干变压器供电，一条 出线为1 6 0 0 k v a 油浸式变压器。 三、循环水变电所和中心变电所 循环水变电所为1 0 k v 单母线分段接线，由11 0 k v 变电所两路1 0 k v 电缆线路， 分别接到1 0 k vi 段和i i 段，母联开关正常情况下断开。由于新建了循环水变电所， 考虑就近供电，中心变电所原来向供水系统供电的一台1 0 0 0 k v a 变压器，改由循环 水变电所供电，中心变电所其它供电范围不变。循环水变电所向循环水站两台6 3 0 k v a 的干式变压器供电，向循环水站两台2 0 0 k w 、两台5 0 0 k w 和一台2 2 0 k w 的1 0 k v 电动机供电。 四、p v c 变电所 p v c 变电所为1 0 k v 单母线分段接线，由1 1 0 k v 变电所两路1 0 k v 电缆线路，分 别接到1 0 k vi 段和i i 段，母联开关正常情况下断开。p v c 变电所向p v c 车间两台 2 5 0 0 k v a 的干式变压器供电，向冷冻工段两台5 0 0 k w 和三台5 6 0 k w 的1 0 k v 电动 机供电。 五、用电负荷 扩产后用电负荷也翻了几番。3 5 k v 负荷由于新增了两台1 2 0 0 0 k v a 整流变压器， 由扩产前的5 6 0 0 k w 增加到2 0 0 0 0 k w 。1 0 k v 负荷由于新增了3 座变电所，由扩产前 的1 4 0 0 k w 增加到7 0 0 0 k w 。1 1 0 k v 主变压器也取消了8 0 0 0 k w 的最大需量。融汇 公司的用电负荷接近恒负荷，总负荷为2 7 0 0 0 k w 。另外，由于扩产后重要动力负荷 增多，原有5 0 0 k v a 的保安变压器己不能满足要求，更换为1 6 0 0 k v a 干式变压器， 当主电源失电时，向公司重要负荷供电。 3 2 原有继电保护存在的问题 融汇公司原有供电系统系。继电保护装置为电磁式继电器保护，由许多单个继电 器，通过二次线和电缆连接组成。自1 9 9 6 年建设并投入使用以来，继电保护装置至 今已运行1 0 多年，；尤其是公司扩产后，供电系统在原有基础上发生了很大的变化， 原有的电磁式继电保护也逐步被微机保护所替代。原有的电磁式继电保护已不能满足 要求，主要表现在：设备设备老化，可靠性差，可操作性不强，维护不便，调试工作 量大，运行中故障较多，严重影响到化工的安全生产。另外，由于新装置的扩建和老 1 4 装置的生产同时进行，在不影响正常生产的情况下，进行扩建和继电保护改造，新增 设备都是微机保护，暴露了原有保护保护失效的情况。具体分析如下： 一、中心变所 l 、开关柜设备老化，柜体锈蚀，1 0 k v 电流互感器表面放电严重，湿气、灰尘容 易造成短路事故，严重影响着变电所的安全运行，威胁着化工的生产安全。 2 、断路器为s n l 0 1 0i 型和i i 型少油断路，放油螺栓和动触头拐臂处经常渗油， 甚至漏油，当油面下降到最低油位时，需要加油或者解体检修，更换密封罔。断路器 断开l 2 次短路故障后，灭弧室内变压器油，因高温碳化而变黑变质，经常要解体检 修，清洗灭弧室，更换合格的变压器油。维护工作量大。 3 、断路器操动机构为c d l 0 型电磁式操动机构，c d l 0 i 型合闸电流为9 0 a ， c d l 0 一i i 型合闸电流为1 2 0 a ，合闸时会产生较大的振动，容易造成继电保护的接点或 接线端子松动，而且需要容量较大的直流电源；合闸后，合闸铁芯有时因卡住，不能 下落，导致第二次不能合闸，需解体检修。 4 、继电保护采用的是传统的继电器模式，继电器多，回路及电气元件经常出现 故障，如继电器线圈烧毁或断线，接点接触不良或烧熔不能断开，接线松动，加之现 场环境恶劣，接线端子锈蚀，导致回路不通等情况经常发生，每一个小问题都开关柜 动或误动。 5 、变电所间没有计算机监控系统和通讯网络，不利于运行值班人员及时掌握变 电所间的运行情况，需要运行人员2 4 小时就地值班，不能实现中心变电所的无人值 守。 二、1 1o k v 总变电所 l 、由于1 1 0 k v 原有保护均是电磁式继电器保护，继电器种类多、数量多，接点 更多，柜内及柜间接线复杂，柜间连线较多，维护不便，由于接线松动，继电器误动 作，经常导致变电所的预告信号和事故信号误发生。 2 、3 5 k v 老开关柜为手车式移动开关柜，断路为3 5 k v 少油断路，操动机构为 c d 2 型电磁操动机构。存在着和1 0 k v 少油断路器相同的故障。更为为严重的是手车 隔弧绝缘板，因受潮而爬电严重，绝缘板绝缘下降而击穿，3 4 1 o j f 整流变压器 3 5 k v 开关发生过短路事故，3 0 4 5 叫t 柜曾发生过母线短路事故。 3 、1 0 k v 为g g d 型高压开关柜，开关柜分为母线侧隔离开关、断路器、负荷侧 隔离开关。负荷侧隔离开关的套管和相间绝缘板，也曾经因绝缘板受潮，导致绝缘性 能下降，发生飞弧短路，造成速断跳闸。另外，由于g g d 型开关柜为敞开式，母排 和出线隔离丌关电缆接头处，容易被鼠、猫等动物爬入，造成母线或出线电缆短路， 影向变电所安全运行，严重危及化工安全生产。 4 、由于新建设备都是微机保护，主变压器的3 5 k v 中压侧和1 0 k v 低压侧总柜， 也更换为微机保护的新开关柜，而1 1 0 k v 高压侧仍为电磁式继电器保护。这样，一 段时间内，主变压器三圈变压器原有的差动保护电流回路被切断，主变压器失去 1 5 差动保护，不能实现差动保护动作，主变压器三侧开关同时跳闸，主变压器因缺少一 个主保护差动保护，处于不安全运行状态。 5 、由于热电厂在3 5 k v 母线并网，主变压器增加了电源点，负荷也发生了很大 变化，主变压器原有的继电器保护装置及其保护定值均不能满足要求，为保证主变压 器的安全运行，主变压器微机保护改造和整定值计算迫在眉睫。 6 、由于变电所间没有计算机监控系统和通讯网络，运行值班人员不能及时掌握 分变电所间的运行情况，更不能实现“遥控、遥测、遥信、遥脉”，不能实现四个分 变电所的无人值守。 三、原有设备发生的电气事故 1 、在新建5 0 k t a 离子膜烧碱装置施工现场，一辆来生产区域装运硫酸的货车车 轮，碾过马路上3 8 0 v 施工电源v v 2 2 1 3 1 8 5 + 1 9 5 的铠装电缆，将带电的电缆绝 缘轧坏，造成电缆三相短路。保护该电缆线路的低压开关未跳闸，该低压开关的上一 级开关变压器低压侧总开关未跳闸，保护该变压器的高压侧断路器未跳闸，直至 该断路器的上一级中心变电所的进线断路器才发生跳闸，使中心变电所的四台运 行的变压器全部失电。保护可靠性差，越级跳闸造成全厂事故停车。 2 、1 1 0 k v 总变电所的1 0 k v 开关柜为g g d 型，母线和出线均为敝开式。有一只 猫从电缆沟，钻进所1 0 k v 用电柜负荷侧隔离开关与出线电缆的接头处，造成1 0 k v 电缆三相短路，1 0 k v 母线电压急剧降低，使各变压器低压侧3 8 0 v 电压也瞬时降低， 使空气断路器因欠电压而脱扣，造成全厂失电而使全厂停车。1 0 k v 中心变电所馈线 开关柜，因为负荷侧隔离开关的瓷套管和相间绝缘板受潮，三相发生飞弧短路，由于 同样原因，造成全厂停车。 3 、11 0 k v 总变电所3 5 k v 一台老开关柜为少油断路器，由于手车的动触头与静 触头接触不良，开关柜因连阴雨天气而受潮，3 5 k v 三相短路，使少油断路器烧毁， 造成因整流停车而使全厂停车。3 5 k v p t 柜因隔弧板受潮爬电，进而使隔弧板绝缘击 穿，发生三相短路，造成热电厂发电机事故跳闸。 综上所述，由于原有供电系统运行期间，故障率高，可靠性差，维护频繁，经常 发生跳闸而使全厂停车，如不及时对原有继电保护进行改造，将严重影响化工的安全 生产和主变压器的安全运行。 1 6 第四章供电系统微机保护的改造 原有的电磁式继电保护已不能适应化工化工安全产，更不适应扩建后供电系统的 的安全运行。微机保护以其高可靠性、较好的网络通信功能，在电力系统中己得到广 泛应用，融汇公司供电系统的电磁式继电保护，改造成微机保护己成为必然。另外， 对g g d 型敞开的固定式开关柜更改为k y n 2 8 型全封闭的手车式开关柜，将少油断路 器更换为真空断路器，将c d l 0 型电磁式操动机构更改为弹簧操动机构。 4 1 微机保护的的概述 4 1 1 微机保护的发展过程 自2 0 世纪初，第一台机电型感应式过电流继电器在电力系统应用经来，电力系 统继电保护的发展已经经历了一个世纪。在最初的2 0 多年里，各种继电保护原理相 继出现，主要有：电流保护，差动保护，距离保护，高频保护等等。这些保护都是利 用故障后的电气量来检测故障的。基于上述原理的继电保护装置，在实现手段上，经 历了机电型、电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型的发展过程，但保护 原理尚未发生质的改变。常规继电保护的基本原理，仍主导着电力系统的继电保护领 域。 利用计算机实现继电保护的设想，早在2 0 世纪6 0 年代就已提出来，但是，由于 受当时的技术和经济条件的限制，把计算机用于继电保护领域的研究，主要是做理论 探索。到了7 0 年代初期，计算机的制造技术出现了重大的突破，具体表现在体积缩 小、价格大幅度下降、工作可靠性和计算速度等多方面有了大幅度的提高，带来了微 机继电保护的研究高潮。在国内外学者的辛勤努力下，到了9 0 年代中年期，微机保 护装置已经在电力系统得到广泛的应用。 我国微机保护的研究起步较晚。自1 9 8 4 年，由华北电力大学杨奇逊教授研制的 第一代微机高压输电线路保护装置投入现场运行起，我国的电力系统微机保护的研制 得到了迅速地发展。在输电线路保护、元件保护、变电