（电力系统及其自动化专业论文）微机保护双重化配置的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a c c o r d i n gt o ”t w e n t y - f i v ei m p o r t a n tm e a s u r e so fp r e v e n t i n ge l e c t r i cp o w e r p r o d u c t i o nf r o mg r a v ea c c i d e n t a n d ”d e t a i l e di m p l e m e n t a t i o nr u l e so fp r o t e c t i o nr e l a y f o rt w e n t y f i v ei m p o r t a n tm e a s u r e so fp r e v e n t i n ge l e c t r i cp o w e rp r o d u c t i o nf r o mg r a v e a c c i d e n t ”w h i c ha r ei s s u e db yi n t e r n a t i o n a lp o w e rc o m p a n y , c o m b i n i n gw i 也”r e l a y p r o t e c t i o na n da u t o m a t i o ne q u i p m e n tt e c h n i c a lr e g u l a t i o n s ”，g e n e r a t o r - t r a n s f o r m e rs e t p r o t e c t i o na n dl i n ep r o t e c t i o ns h o u l db ea d o p t e db yr e d u n d a n tc o n f i g u r a t i o n t h i st h e s i s s u m m a r i z e sa n da n a l y z e st h ep r o b l e m sa n dt o u g hq u e s t i o n si ni m p l e m e n t a t i o no f r e d u n d a n t c o n f i g u r a t i o n , p r e s e n t sm u l t i l a t e r a ls o l u t i o n si n c l u d i n gc u r r e n tt r a n s f o r m e rc o n f i g u r a t i o n , v o l t a g et r a n s f o r m e rc o n f i g u r a t i o n , p r o t e c tp r i n c i p l ea n dp r o t e c t i o nc u b i c l e sm o d e 。t h e r e l i a b i l i t y , e c o n o m i ca n du s a b i l i t yi na p p l i c a t i o no fr e d u n d a n tp r o t e c t i o ni ss o l v e d s y s t e m a t i c a l l y p o w e rp l a n tc a ns u p p l ee l e c t r i c i t yp o w e rf o rp e o p l ei na l i e na r e aa n dc a l lm a k et h e e l e c t r i c a ln e t w o r km o r es t a b l e i tc a na l s oa d v a n c er e g i o ne c o n o m ya n dh e i g h t e nt h el e v e l o f p e o p l el i f e n l er e s e a r c hm a i n l yf o c u so nl a r g ec a p a c i t yg e n e r a t o r s t h er e s e a r c ho f r e l a y f o rm e d i u ma n ds m a l lc a p a c i t yg e n e r a t o r sh a sb e e nd r a w nl i t t l ea t t e n t i o n ，w h i c hb r i n g s m a n yp r o j e c t sp r o b l e m s o nt h eb a s i so fl o o k i n gb a c ke v o l v e m e n th i s t o r ya n da c t u a l 时o f g e n e r a t o rp r o t e c t i o n , t h i sp a p e re x p o u n d st h er e s e a r c hw o r ko ng e n e r a t o r sr e l a yw h i c hc a n b ca d a p t e dt ov a r y i n ga p p l i c a t i o no c c a s i o n sa n dh i 曲c o s tp e r f o r m a n c ef o rg e n e r a t o r s g e n e r a t o rr e l a yh a st e c h n i c a la n de c o n o m i cf e a t u r e s o nt h eb a s i so f a n a l y s i n gd e s i g n p r i n c i f l l e sa n df u n c t i o nr e q u i r e m e n t s ，a ne n s e m b l ep r o j e c td e s i g ni sp r o p o s e d ，a n d e s p e c i a l l yt h er e l a yh a st w oi n d e p e n d e n tp a r t s t h er e l a yh a sh i g hr e l i a b i l i t yb e c a u s et h e r a t i o n a lf u n c t i o nc o n f i g u r a t i o nr e d u n d a n c es o m ep a r t so f r e d a n d a n c e t h i sp a p e rd e t a i l e d l y i l l u s t r a t e do fa l lf u n c t i o n so ft h er e l a ya n dl i s t st h el o g i cc h a r to fe v e r yf u n c t i o na n d i n t r o d u c e st h ea l g o r i t h mu s e di nt h er e l a y k e y w o r d s ：d u a l - d i s p o s i t i o ni n d e p e n d e n tc o m p l e t i o n c u r r e n td i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n c u r r e n tt r a n s f o r m e r r o t o r - e a r t h i n gp r o t e c t i o n d cp o w e rp r o t e c t i o n e x p o r t c u b i c l e sm o d e 独创性声明 y 1 0 1 7 1 2 9 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对 本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：讨甥 刎年f ，月佃日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 保密口，在年解密后适用本授权数。 不保密z ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：对勇 指导教师签名：杰，以i 乏 一么i t 月 ，矿日 2 矿夕乡年f 月日 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 本章综述了保护双重化配置的必要性，阐明了保护双重化配置的发展以及现状， 最后说明论文的主要工作与章节安排。 随着我国电力工业快速发展和电力工业体制改革的不断深化，高参数、大容量机 组不断投运和高电压、跨区电网逐步形成，尤其是现代计算机技术不断应用于电力生产， 在安全生产方面出现了一些新的情况，对安全生产管理工作也提出了新的要求。有些事 故已大大减少，但有些频发性事故至今仍时有发生，并且有的变得越来越突出，新的事 故类型也不断出现。为了进一步落实中共中央关于国有企业改革和发展若干重大问题 的决定中关于“坚持预防为主，落实安全措施，确保安全生产”的要求，更好地推动 安全生产工作有目标、有重点地防止重大恶性事故，国家电力公司在原能源部防止电 力生产重大事故的二十项重点要求的基础上，增加了防止枢纽变电所全停、重大环境 污染、分散控制系统失灵、热工保护拒动、锅炉尾部再次燃烧、锅炉满水和缺水等事故 的重点要求，制定了防止电力生产重大事故的二十五项重点要求“1 。 为贯彻落实国电公司防止电力生产重大事故的二十五项重点要求( 国电发 2 0 0 0 5 8 9 号文) ，做好防止电力生产重大事故的措施，保障电网运行安全，特制定“防 止电力生产重大事故的二十五项重点要求”继电保护实施细则( 以下简称实施细 则) 。继电保护双重化配置是防止因保护装置拒动而导致系统事故的有效措施，同时 又可大大减少由于保护装置异常、检修等原因造成的一次设备停运现象，但继电保护 的双重化配置也增加了保护误动的机率。因此，在考虑保护双重化配置时，应选用安 全性高的继电保护装置，并遵循相互独立的原则。1 。 1 1 保护双重化配置及二次接线 3 0 0 1 唧以上大型发电机变压器组和2 2 0 k 7 以上线路，由于单机机组容量大、线路 电压等级高，且价格昂贵，在电力系统中地位重要，其安全运行对系统稳定及机组的 安全都起着至关重要的作用。由于发电机变压器组保护、线路保护的原理和构成复杂， 华中科技大学硕士学位论文 牵涉面广，因保护拒动或误动造成设备损害或故障停机、停线将造成巨大的直接和间 接损失，为了减少保护设备自身造成发电机变压器组、线路的停运或损坏，对发电机 变压器组保护、线路保护的配置和性能提出了更高的要求。目前实施细则己经成 为发电机变压器组继电保护、线路继电保护制造、设计、安装、调试和运行的重要指 导性文件，即将颁布实施的新版国家标准继电保护和安全自动装置技术规程( 以 下简称规程) 也采纳了实施细则的建议。自实施细则颁布实施以来，保 护设备制造厂、设计院和运行单位对如何在实际工程中实现机组保护配置、线路保护 配置的双重化进行了很多有益的探索和实践，但是对双重化配置的含义和实施细则 有关条款的理解和执行还存在着一些分歧。 1 2实施细则对发变组保护配置的主要规定 由于大型机组、重要电厂的发电机变压器保护对系统和机组的安全、稳定运行至 关重要嘲，加之发电机变压器保护的原理构成复杂，牵涉面广，且与机、炉和热控等 专业联系密切，在运行中发生问题也难以处理，所以实施细则规定i o o m w 及以上 容量的发电机变压器组微机保护应按双重化配置( 非电气量保护除外) 保护。大型发 电机组和重要发电厂的启动变保护宜采用保护双重化配置。同时还规定： ( 1 ) 双重化配置的保护装置之间不应有任何电气联系。 ( 2 ) 每套保护装置的交流电压、交流电流应分别取自电压互感器和电流互感器 互相独立的绕组，其保护范围应交叉重迭，避免死区。 ( 3 ) 每套保护均应含完整的差动及后备保护，能反应被保护设备的各种故障及 异常状态，并能动作于跳闸或给出信号。 ( 4 ) 两套完整的电气量保护和非电量保护的跳闸回路应同时作用于断路器的两 个跳闸线圈。 ( 5 ) 发电机变压器组非电量保护应设置独立的电源回路( 包括直流空气小开关 及其直流电源监视回路) ，出口跳闸回路应完全独立，在保护柜上的安装位置也应相 对独立。 ( 6 ) 保护装置双重化配置还应充分考虑到运行和检修时的安全性，当运行中的 华中科技大学硕士学位论文 一套保护因异常需要退出或需要检修时，应不影响另一套保护正常运行。 ( 7 ) 为与保护双重化配置相适应，5 0 0 k v 发电机变压器高、中压侧和2 2 0 k v 变 压器高压侧必须选用双跳线圈机构的断路器，断路器和隔离刀闸的辅助接点、切换回 路、辅助变流器以及其他与保护配合的相关回路亦应遵循相互独立的原则按双重化配 置。 ( 8 ) 保护装置双重化配置还应充分考虑到运行和检修时的安全性，当运行中的 一套保护因异常需要退出或需要检修时，应不影响另一套保护正常运行。 ( 9 ) 发电机变压器组的所有电气量保护均应实现双重化配置，非电气量保护不 要求双重化。 上述各项为实施细则对发电机变压器组保护配置的有关规定，但现行的规 程仅规定“对3 0 0 m 哪及以上汽轮发电机变压器组，应装设双重快速保护，即装设发 电机纵联差动保护、变压器纵联差动保护和发电机变压器组共用纵联差动保护；当发 电机与变压器之间有断路器时，装设双重发电机纵联差动保护和变压器纵联差动保 护”，即规程仅要求主保护按双重化配置，并未对后备保护提出双重化配置要求。 1 3实施细则对线路保护配置的主要规定 与大型发电机变压器组保护类似，2 2 0 k v 以上线路的保护对系统的安全、稳定运 行至关重要，实施细则第2 1 1 条明确规定：继电保护双重化配置是防止因保护装 置拒动而导致系统事故的有效措施，在考虑保护双重化配置时，应选用安全性 高的继电保护装置，并遵循相互独立的原则，注意做到： ( 1 ) 双重化配置的保护装置之间不应有任何电气联系； ( 2 ) 每套保护装置的交流电压、电流应分别取自电压互感器( t v ) 和电流互感器 ( t a ) 相互独立的绕组，其保护范围应交叉重叠，避免死区； ( 3 ) 保护装置双重化配置还应充分考虑到运行和检修时的安全性，当运行中的一 套保护因异常需要退出或需要检修时，应不影响另一套保护正常运行； ( 4 ) 为与保护装置双重化配置相适应，应优先选用具备双跳闸线圈机构的断路 器，断路器与保护配合的相关回路( 如断路器、隔离刀闸的辅助接点等) ，均应遵循相 华中科技大学硕士学位论文 互独立的原则按双重化配置。 1 4 双重化配置存在的问题和现状 发电机变压器组保护、线路保护的双重化配置不仅对保护配置提出了新的要求， 而且互感器的设置、某些保护的原理也面临着新的挑战，完全满足实施细则对于 保护双重化配置的要求目前仍存在一些问题和难题。 1 4 1 保护双重化范围 实施细则中对发电机、主变压器和启动变压器的保护配置有明确规定，要求 这些电气设备的保护采用完全双重化配置，但是对于高压厂用工作变压器和励磁变压 器( 或励磁机) 的保护配置是否采用双重化配置没有明确规定。 在电力设备2 0 0 4 年7 月刊关于大机组继电保护配置若干问题的讨论啊 中提出了高压厂用工作变压器和励磁变压器是否采用双重化配置的问题。该文还提 到，反措强调保护装置的双重化，而现行国家标准则强调的是保护范围的双重化。 1 4 2 保护原理 双重化配置是为了提高保护装置的可靠性，但是发电机变压器组保护是否要求与 线路保护一样，双重化保护是否要求采用不同原理，实施细则未作明确规定。由 于目前保护装置的多样化，增加了实际工程中保护配置和保护原理选择的难度。 在华北电力技术2 0 0 5 年7 月刊继电保护双重化配置的探讨“3 中提出了两 套保护是否必须是不同原理、不同厂家的问题。从保护配置的角度看，如果每套保护 都是独立且完整的，都能反映所有的故障和异常，也就是说，保护是理想怕、完善的， 则两套保护显然没有必要必须是不同原理、不同厂家生产的。而且，选用同一厂家生 产的产品，更有利于组屏设计、安装调试、运行维护，可明显降低产品成本。但是该 文认为，完善的保护装置还只是在理想和期待中，现阶段仍然有必要强调保护的不同 原理及不同厂家生产。这是保守的想法。 在电力自动化设备2 0 0 2 年1 月刊微机主设备保护认识上的几个“误区” “1 中提出不同型号的发电机，必有不同的电磁设计，它们的内部故障计算结果当然也 华中科技大学硕士学位论文 不相同，因此各种主保护对不同发电机有不同的的灵敏度，它们的主保护组合方案自 然不同，应当改变大型发电机主保护方案互相照抄的做法。该文提出的保护原理的选 型，具有可操作性。 1 4 3 电流互感器的配置和分配问题 在以往的发电机变压器组的保护方案和线路保护方案中，主保护和后备保护是分 别使用不同的电流互感器。 对于现在的发电机变压器组和线路来说，只要将以往设计方案中主保护和后备保 护的电流互感器分别提供给双重化的两套保护，不难满足实施细则第2 1 l 条对 每套保护装置的交流电流应分别取自电流互感器互相独立的绕组的要求。在许多文献 中都提到了双重化保护应分别接在独立的电流互感器的两个二次绕组“m 。 对于高压厂用变压器的保护，问题则要复杂很多，由于受高压厂用变压器高压侧 套管电流互感器数量的限制( 一般只能装4 5 组) ，除去测量用电流互感器，既要考 虑电流互感器在主变压器差动和高压厂用变压器差动之间的分配问题，也要考虑高压 厂用变压器高低压侧电流互感器型号的匹配问题，电流互感器选择和配置方案直接影 响保护的配置和性能。 对于发电机的程序逆功率保护由于其定值仅为额定功率的1 ，保护用电流互感 器在低负荷条件下一般不能满足保护装置对测量精度的要求，采用双重化配置后也应 特别考虑。 1 4 4 电压互感器的配置问题 受发电机出线和主厂房空间的限制，常见的电压互感器配置方案为机端装设3 组 电压互感器，其中2 组为半绝缘一次中性点直接接地，用于电压测量和双重化的两套 保护，另一组为全绝缘一次中性点与发电机中性点相连，用于匝间保护。每组电压互 感器包括2 个相电压绕组和1 个开口三角绕组，机端装设的电压互感器一般能满足大 部分双重化保护对电压互感器的要求。但对于定子接地保护和匝间保护，其零序电压 回路双重化则比较困难。 目前国内工程中广泛采用的定子接地保护仍是基于基波零序电压原理和三次谐 华中科技大学硕士学位论文 波电压原理，输入量为机端开口三角零序电压和中性点零序电压。中性点零序电压由 配电变压器二次负荷提供，由于中性点仅有一个电压采集点，二套保护无法实现电气 量的完全隔离。 对于匝间保护，大容量火电机组不具备装设横差保护的条件，只能采用纵向基波 零序和故障分量负序方向原理的匝间保护，由于现场一般仅能装设一组匝间保护专用 电压互感器，两套保护同时采用纵向基波零序原理时无法实现电气量的完全隔离，同 时，当专用电压互感器发生高压侧断线时，两套保护的匝问保护有可能同时误动。 1 4 5 转子接地保护 目前，国内广泛采用的转子接地保护原理有乒乓开关式和直流注入式两种。由于 双重化保护无法实现乒乓开关间的严格同步，2 套乒乓开关转子接地保护并列运行时 其动作方程不再成立，必然会导致保护误动；如果采用乒乓开关式和直流注入式保护 并列运行，由于乒乓开关原理保护人为构建的对地短路电阻回路的存在，也会造成注 入式保护误动作，使注入式保护起不到应有的保护作用，所以目前无论采用何种原理 的转子接地保护都很难实现保护配置的双重化，要实现双重化只能通过手动切换投入 其中一套转子接地保护。另外，由于大容量机组的励磁电压都很高，一般其额定励磁 电压都在4 0 0 v 以上，强励时更高，转子接地保护要将发电机励磁绕组的正、负极电 压直接接入保护屏，不满足规程“电压2 5 0 v 以上回路不宜进入控制和保护屏”的 规定，也不能保证运行人员进行手动切换时的安全。 在继电器2 0 0 4 年6 月刊发变组微机保护双重化配置探讨“1 中讲解了不能 同时投入两套乒乓式转子一点接地保护的原因。 1 4 6 直流电源的配置 对于单机容量为3 0 0 m w 及以上机组，每台机组都装设有两组独立用于控制、保护 的蓄电池组。实施细则中仅规定“发电机变压器组非电量保护应设慧独立的电源 回路”，对双重化电量保护的直流电源供电方式未作明确规定，造成保护装置的供电 方式五花八门：有每套保护一路电源，双重化保护分别从两组蓄电池引接；有每套保 护两路电源，每套保护两路电源分别从不同两组蓍电池引接；也有每套仉：护两路电源， 6 华中科技大学硕士学位论文 每套保护两路电源来自同一组蓄电池，双重化保护分别来自不同的蓄电池等多种供电 方式。 2 2 0 k v 及以上的线路保护也有类似的直流电源配置问题。 在广西电力2 0 0 5 年第二期继电保护双重化实践中存在的问题及改进措施 州中提出了直流电源、压力闭锁和电压切换的双重化问题。在云南电力技术2 0 0 5 年6 月刊双重化微机保护电源过电压与寄生回路的研究“”中提出了保护装置电源 与控制电源应严格分开，严防寄生回路的存在。 1 4 7 出口跳闸方式 实施细则第6 3 条明确规定：“两套完整的电气量保护和非电量保护的跳闸 回路应同时作用于断路器的两个跳闸线圈”，同时2 1 1 条又规定“双重化配置的保护 装置之间不应有任何电气联系”。如果两套保护同时作用于断路器的两个跳闸线圈， 就不能避免两套保护装置之间的电气联系，因此对于出口跳闸方式在实际工程中引起 了不少的混乱。 在实旌细则中未对“线路保护的跳闸回路应同时作用于断路器的2 个跳闸线 圈”作明确要求，目前还有争议。 在文献“1 中提出，与保护双重化配置相适应，断路器机构应具有双跳闸线圈，并 相应配置直流电源和操作回路，使两套电气量保护和非电量保护同时动作于两个跳闸 线圈。此观点是2 0 0 3 年8 月提出的，现在这种观点有待改进。 在文献嗍中写到，考虑到现场实际，未按实施细则的要求采用a 、b 屏保护 同时启动断路器的两组跳闸线圈的做法，而是采用两套保护分别启动该断路器的两组 线圈。 1 4 8 保护配置双重化会增加误动率 实施细则中也强调了保护配置双重化会增加误动率，但同时并没有给出降低 保护误动的方法或原则。统计资料表明，在双重化保护的整个不正确动作行为当中， 误动率远大于拒动率，这应该引起大家的重视。 在电气应用2 0 0 5 年第7 期发电机变压器组保护双重化配置方案的再讨论 华中科技大学硕士学位论文 “”中提出主设备保护双重化后面临的防误动问题远比防拒动要严峻得多，并进行了容 错式保护实现方案的讨论。 1 5 论文的主要工作和章节安排 论文工作从本人平时的工作实际出发，重点就保护双重化配置的情况和存在的主 要问题进行分析和总结，以便有针对性地提出改进方案和措施。此外，结合一个具体 的工程实例，对发电机变压器组双重化保护配置的总体设计方案和相关应用问题展开 研究和探讨。 论文的主要内容和章节安排如下： 第一章，介绍了论文工作的基本背景，并对相关研究领域的研究现状进行了分析， 提出需要解决的问题。 第二章，系统介绍了保护双重化的基本原理，并对其特点进行了分析和讨论。 第三章，对保护双重化进行了系统总结，对典型保护一一发电机变压器组保护的 配置进行了深入分析，并针对存在的主要问题提出了相应的改进和优化措施。 第四章，结合一个具体的工程实例，讲述了发电机变压器组双重化保护的配置过 程和结果。 第五章，对论文工作进行了总结和展望。 华中科技大学硕士学位论文 2 保护双重化的原理及说明 本章论述了保护双重化对工程设计产生的一些影响，对保护双重化的含义和原理 进行了介绍说明，列出因保护双重化，主保护后备保护、保护配置的原理选型、保护 误动率等产生了新的变化。 2 i 保护双重化的含义 防止电力生产重大事故的二十五项重点要求”继电保护实施细则第2 1 1 条 规定：“保护双重化配置是防止保护装置拒动而导致系统事故的有效措施，同时又可 大大减少由于保护装置异常、检修等原因造成一次设备停运现象，但继电保护双重化 配置也增加了保护误动的机率。因此，在考虑保护双重化配置时，应选用安全性高的 继电保护装置，并遵循相互独立的原则。”从该条款的内容来看，实施细则强调的 是保护装置的双重化，实施双重化配置的目的一是在设备发生故障时，防止因保护装 置拒动而给故障设备造成进一步的损害；二是在保护装置故障、异常或检修时，避免 因为缺少保护而导致一次设备不必要的停运。所以前者是为了保证保护设备的完备 性，降低设备损坏而导致的直接经济损失；后者主要保证发电机变压器组的连续性， 提高电厂的经济效益。而现行的继电保护和安全自动装置技术规程则强调的是保 护范围的双重化，要求在保护范围内的任意一点发生故障，均有双重或多重主保护动 作，有选择性和快速切除故障。另外，是否要求双重化保护采用不同原理实施细则 未作明确规定。 为了降低保护拒动的概率，实施细则第2 i i 条同时对电流互感器和电压互感 器、直流电源、辅助节点等保护装置外部回路的独立性作了详细的规定，其核心就是 保证双重化的电气量保护之间不存在任何的电气联系，防止出现因外部回路接地、短 路或断线等原因而造成两套保护同时拒动。具体到实际的保护装置，实施细则第 6 3 条规定了保护装置的基本配置，要求单套保护具有完整的主保护、后备保护和异 常运行保护，具有完整独立的跳闸回路和电源回路，出口回路同时动作于断路器的两 9 华中科技大学硕士学位论文 个跳闸线圈。因此，两套电气量保护必须都能反映被保护设备的任何故障和异常运行 状态，并且能够独立运行。单套保护出现故障时，退掉出口压板即可进行维护和检修， 不致造成一次设备的停运，提高了运行效率。 但是，实施细则在强调保护配置双重化增加误动率的同时并没有给出降低保 护误动的方法或原则，这一方面揭示出防误动问题是保护双重化配置需要解决的难点 问题，也成为保护制造厂家的工作重点；另一方面，由于缺少统一的指导原则，因此 不同的厂家就根据自己的理解采取了不同的防误动措施，造成不同保护厂家的产品在 可靠性方面存在一定程度的差异。 2 2 对保护双重化的一些说明 在实施细则其他章节的各种保护双重化配置中已提到：2 套保护装置应完整、 独立安装在各自的柜内；每套保护装置均应配置完整的主、后备保护；2 套完整的电 气量保护和非电气量保护的跳闸回路应同时作用于断路器2 个跳闸线圈。对上述条款， 我们应该这样理解。 首先，我们要认识到，控制和保护是两方面的事，双重化就是说，需要2 套完整 的保护，需要2 套完整的控制回路。控制回路一般都集成在一个操作箱内。 其次，2 套完整的保护中，每套保护都能提供双跳闸出口；虽然只有1 个操作箱， 但只要操作箱有2 套完整的操作回路，保护双跳闸出口分别接入2 套操作回路，就可 以满足某些地方的要求! 操作箱可能放在其中1 套保护屏内，也有可能另组一个屏， 只要2 套保护是独立的就行。当然，前面已说过，如果两套保护同时作用于断路器的 两个跳闸线圈，就不能避免两套保护装置之间的电气联系。对于这点矛盾，我们的建 议是，两套保护分别作用于各自对应的跳闸线圈，以达到“避免两套保护装置之间的 电气联系”的要求。关于这点，后文的解决方案中还有叙述。 最后，存在的保护用电压切换问题，如果需要切换电压，例如，双母线的主接线 形式。现在的双重化要求，每套保护选用的电压互感器的绕组要相互独立，电压切换 回路也要相互独立，这就要求选用2 套电压切换箱。以往的电压切换回路是集成在操 作箱内的，而操作箱只有一个，是2 套保护其中的l 套带；现在可以将电压切换回路 1 0 华中科技大学硕士学位论文 从操作箱中独立出来，要求各保护自带1 个电压切换箱以满足双重化的要求。最近为 了提高保护的可靠性，也出现了一种取消电压切换箱的做法，那就是在进线侧装三相 电压互感器，这样保护用电压就可直接从进线侧引接，不需要进行母线电压切换。因 为同期合闸需要电压，且取单相电压进行同期，相应的母线电压安装单相电压互感器 就可以了；而对于线路保护，还有重合闸的要求，那么只在重合闸时切换母线电压， 而且只切换单相电压即可。 在实施细则中未对发电厂、变电所元件作“2 套保护分别布置各自的柜内” 的规定，但在文献“。对此已有了“当设备或元件装设2 套主保护装置时，宜分别布置 在2 块屏上”的明确规定。 保护双重化配置至少需组2 个柜，每个柜均按单重配置，各柜内配有独立完整的 保护( 含非电气量保护、电压切换等) 、断路器操作( 不含防跳) 和跳2 个跳闸线圈的 卜卜2 回路接线，各保护监控柜应能单独运行。当双重配置时只增加1 个保护柜和必 要的连线。保护柜之间必要的连线经可连端子或压板连接，每个保护柜的跳合闸出口 分别经电缆在断路器操作箱的端子上连接或短接，此接线完全适用于每个保护柜分别 跳1 个跳闸线圈的接线和断路器只有1 个跳闸线圈的接线。以上要求是今后保护设备 厂家和施工设计要实现的目标! 这样，保护双重化配置组2 个柜及相关二次接线，能更好地满足实施细则中 “双重化配置的保护装置与保护装置之间( 应减少) 不应有任何电气联系”、“保护装置 双重化配置还应充分考虑到运行和检修时的安全性，当运行中的l 套保护因异常需要 退出或检修时，应不影响另1 套保护正常运行”的要求。 目前在新建和改造的工程中，设计院电气二次设计已按保护范围应交叉重叠、避 免死区的要求，合理配置选用了2 组保护专用的电流互感器和配置具有2 个y 型l o o v 的副绕组接线的电压互感器，每个保护柜内的主、后备保护可获得独立的l 组电压互 感器和l 组电流互感器。在同1 个保护柜内电流回路可不再引出，主、后各保护可同 时退出检修，所以在同1 个保护柜内主、后备保护可用同一电流互感器。对于主、后 备保护电流互感器分开的要求，是针对主、后备保护分屏柜设置而提出的。在同一保 护柜内，主、后备微机一体保护或分体保护用l 组电压互感器和1 组电流互感器接线， 华中科技大学硕士学位论文 即将成为电气二次标准设计接线。 关于电压互感器和电流互感器在双重化保护配置中存在的问题，本文前面己提 出，本文后面将列出解决方案。 2 3 主保护和后备保护的关系和职能 按照规程的定义，后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。 随着数字电路的迅速发展，尤其是数字信号处理器( d s p ) 和大规模逻辑门阵列的广泛 应用，将电气主设备的全套保护都集成在一台保护装置中已经没有任何困难，双重化 配置方案的实施进一步促进了主后备保护一体化技术的发展。 对于非一体化装置来说，配置主保护和后备保护需要t a 在保护单元间相互串联， 增加了接线的复杂性和发生t a 断线的概率，违背了实施细则中“双重化配置的 保护装置之间不应有电气联系”，也不利于检修和维护。 所谓主后备保护一体化就是将主保护和后备保护同时集成在一台保护装置当中， 主后备保护共享一组外部电力设备运行状态信号和保护装置的硬件平台。从微机保护 的工作机理分析，主保护和后备保护处理的是同一组数据信息，采用的是同样的处理 算法，二者的区别仅仅体现在判据的差别和不同的程序模块。当硬件系统发生故障或 外部互感器回路异常时，一次设备将同时失去主保护和后备保护，保护装置将发挥不 出其后备保护作用“”。从软件的可靠性来说，任何保护装置的主保护均已经过严格的 动模和静模试验，同一台保护装置内仅某一个保护软件出现漏洞的概率极低。因此， 主保护已采用双重化配置的情况下，希望后备保护在主保护因为软件故障拒动时发挥 作用是不现实的，同时不必要的后备保护只会在被保护对象事故时增加保护装置的计 算负担。所以保护双重化后后备保护的简化问题应成为研究课题。 实施细则第6 3 条第1 款规定：“每套保护均应含完整的差动及后备保护， 能反映被保护设备的各种故障及异常状态，并能动作于跳闸或给出信号”。双重化配 置方案的实施促进了主后备保护一体化技术的发展。主后备保护一体化将主保护和后 备保护同时集成在一套保护装置当中，主后备保护共享一组信号和硬件平台。当硬件 系统发生放障或外部互感器回路异常时，一次设备将同时失去主保护和后备保护，保 华中科技大学硕士学位论文 护装置发挥不出后备保护的作用。与过流或阻抗保护相比，差动保护对相间短路具有 更高的灵敏度和更优的选择性，对于发电机或变压器内部发生的匝间和相间故障，过 流或阻抗保护的灵敏度可能不足甚至拒动，起不到后备保护的作用。因此，希望后备 保护在主保护拒动时发挥作用一般是不现实的。在成套保护双重化和单套保护主后备 一体化的形势下并考虑后备保护的实际性能，建议简化后备保护，主要原因为： 实现双重化配置以后，并列运行的另一套电气量保护完全可以看成是本套 保护的后备。 保护软件作为一种特殊的物质形态，保护装置软件功能设置太多容易出现 错误。 变压器的相间短路后备保护与接地短路后备保护，均应分别作为变压器外部相间 短路引起的变压器过电流保护和变压器外部单相接地短路引起的过电流保护，即主要 考虑变压器区外故障时变压器自身的动稳定和热稳定问题“1 。其原因可解释为：变压 器差动保护是非常可靠、灵敏、快速的主保护。对变压器差动保护范围内的各种类型 故障，由于主保护的双重化和非电量保护的存在而没有死区问题。对变压器区内的各 种类型故障，差动保护的灵敏度大大高于变压器相间过流和零序过流保护。因为变压 器差动保护需采用励磁涌流闭锁判据，在某种特殊的故障类型下可能会被误闭锁，这 时可采用不经过任何励磁涌流闭锁判据同时带有一定时间延时的比率差动保护来作 为变压器区内故障的总后备保护。考虑到变压器的热稳定与动稳定的要求，对于变压 器的后备保护应设一套过电流保护，它只考虑变压器本身所能承受的过载能力( 即变 压器区外故障所引起的变压器过电流) ，其动作电流与时限整定无需与其他保护相配 合。这样可减少在上述故障情况下对变压器本身所造成的危害。 从这里我们可以推导出一个结论，任何己配置了双重化保护的设备，其后备保护 应主要针对区外各种故障所引起的本设备的过电流问题，即作相邻元件的近后备保 护。同时也应看到，相邻元件应该也是配置了双重化保护的，出现故障并拒动的概率 也是非常低的，这说明整体来看，后备保护还是应该作简化处理。 简化后备保护仃助于提高保护软件的，j 靠性、降低微处理器的计算负担和增加 c p u 系统的冗余度。所以主后备保护的一纠、化使得后备保护的作月j 范围发生了变化， 华中科技大学硕士学位论文 不再是主保护的后备，保留独立的后备保护又需要设计专门的硬件系统，增加了系统 成本和保护的复杂性。为此，建议简化后备保护或将原来的后备保护设计为远后备( 相 邻设备的后备) 。 在文献“”中提到，在切实加强主保护的前提下，同时注意落实后备保护的简化。 过于复杂的后备保护配置方案，不仅是不必要的，而且运行实践证明是有害的。具体 说，对于发电机变压器组接线，发电侧即主变压器低压侧不再装设后备保护，仅在主 变压器高压侧配置反应相间短路和单相接地的后备保护，作为主变压器高压母线故障 和主变压器引线部分故障的后备。 发电机保护是非常复杂的，其后备保护中的定子接地保护、失磁保护、失步保护、 低频保护、逆功率保护、程序跳闸逆功率保护、突加电压保护、起停机保护等，还无 法被其它保护替代，这类型保护还不能简化处理。 2 4 双重化保护配置的原理选型 大型超高压主设备要采用2 套不同原理的主保护，对于模拟式保护可能是纵差保 护和零序电流型横差保护，或是纵差保护和裂相横差保护，也可能是比率制动式纵差 保护和标积制动式纵差保护，它们的特点是只采用2 套主保护，避免模拟式保 护装置过于复杂和增加误动作率。 而对于现在的微机型保护，模拟输入量经模数变换后的数据资源，各种保护方案 均可共享。不同保护方案的实现通常只是软件的增加，一般不增加或仅少量增加硬件 投资，例如发电机中性点侧分支电流既可应用于纵差( 完全或和不完全) 保护，同时 可用于裂相横差( 完全或不完全) 保护。 以发电机定予绕组故障为例：保护有零序电流型横差保护( k 1 ) 、完全裂相横差保 护( k 2 ) 、不完全裂相横差保护( k 3 ) 、完全纵差保护( k 4 ) 、不完全纵差保护( k 5 ) 和双元 件式零序电流型横差保护( k 1 1 ，k 1 2 ) 1 台大型发电机定子绕组内部故障，实现双重化主保护究竟应同时配置几种不同 原理的、e 保护? 任选2 种不同原理的主保护很难做到1 种故障必有2 种主保护灵敏动 作。为此必须首先清楚每种主保护能灵敏反应哪些故障和不能反应哪些故障。经过比 华中科技大学硕士学位论文 较，最适合的保护原理就会出现，一般应该只会有一种结果。 这样，我们知道，在发电厂或变电所设计中保护装置双重化配置选型应一致，不 宜再提倡“也可选用不同类型的保护装置，甚至可选用不同制造厂的产品”的设计方 案，在实施细则和文献“2 1 中也没有类似的提法。“应选用安全性高的继电保护装 置”，今后要选用高端的微机保护装置。在工程设计中微机保护装置选型应遵循“不 符合国家和电力行业相关标准的以及未经技术鉴定和未取得成功运行经验的继电保 护产品不允许入网运行，所有入网运行的继电保护装置的选型和配置，从初步设计阶 段至投产运行前都必须经相应各级调度部门的审核”的要求和规定。遵循调度审查意 见，降低设计风险，是继电保护二次设备选型设计的原则。 保护双重化配置曾提出2 套保护装置以不同原理构成及2 套保护装置选用2 个不 同厂家的产品，对于这种提法和作法是不妥的。同一厂家、同一原理构成的微机保护 装置产品，出现问题的类同性较大，出现问题便于核对、查找；而不同厂家、不同原 理构成的微机保护装置产品，出现的问题差异性较大、类同性较少，出现问题不便于 核对、查找。 不同厂家的产品其接线不尽相同，必需做2 套图纸，这给设计、安全运行和安全 检修带来不必要的麻烦。如果2 套保护选用同一厂家装置，其接线可做到完全相同， 只需做1 套规范的设计图纸，方便了安全运行和检修。 微机保护从2 0 世纪8 0 年代开始在中国进行开发研究，随着微机保护装置的大量 使用，硬件在总成本里的份额下降，技术的频繁更新，产品寿命周期的缩短，我们需 要重新审视微机保护装置的软件设计思路”“。目前，微机保护装置发展的一种趋势 是：不同的保护装置采用的硬件是比较成熟的相同的配置，不同的保护装置的主要差 别就在于软件的不同。保护的各种复杂功能是由相应的软件实现的，如果需要增加新 的功能，则需要修改相应的软件。而实际运用中的保护产品是动态的，技术在不断更 新，产品的可靠性要求在不断提高，产品的及时改型和更新是不可避免。如果能采用 新的软件设计方案，就可以大大减轻开发工作量，减少很多重复工作，提高工作效率， 减低软件开发和维护的成本例”小“m ”。 对微机保护而言，“不同原理”实质上是软件编程的问题。如果软件编程合理、 华中科技大学硕士学位论文 规范、齐全、优化、统一，其同一功能的微机保护装置不同厂家也不应存在原理上不 同的问题。 在保护装置配置不统一、不规范、不合理等情况下，提出保护双重化配置选用不 同厂家、不同原理的产品，仅是保护装置( 低端) 产品不太成熟时期的一个过渡意见。 在文献“”第2 9 - 1 节中提出的“但为了更好地满足保护双重化或选用性能更完善、更 可靠的装置等要求，也可选用不同类型的保护装置，甚至可选用不同制造厂的产品” 的意见，其原则是保护设计方案优化，如此也能促进各保护设备不断发展和提高。其 最终要求是“保护装置选型在一座电厂或变电所设计中宜一致”。 如在今后工程中1 个设备或元件用的2 套主、后备保护软、硬件及功能配置均完 全一致，可规范二次设计标准，给安全运行、维护和安全检修带来极大的方便。同时， 也是降低维护人员安全运行风险的有效措施。 2 套保护选用同型的保护装置，已有实践，多出现在发变组保护中；对于线路保 护，有一定困难。因为一条线路的两侧存在保护配合问题，本侧的线路保护，往往和 对侧线路保护的配置有关，更和对侧变电所、中调等的统一要求有关，这是今后需要 解决的问题。 2 5 双重化保护误动率 2 5 1 双重化保护误动率大于拒动率 造成保护拒动的原因很多，如不考虑2 套保护柜同时拒动的可能性，在故障时2 套保护柜会有1 套正确动作，断路器的2 个跳闸线圈( 国内s f 6 断路器均具备双跳闸 线圈机构) 总会有1 个被启动而跳闸，所以在保护双重化配置下，保护拒动率极低， 这也符合下面误动率大于拒动率的结果。 统计资料表明，1 9 9 8 2 0 0 2 年间，我国i o o m w 及以上发电机保护共发生不正确 动作事件1 0 3 次，其中运行管理方面的责任3 8 次，占不正确动作的3 6 5 4 ；制造部 门责任4 7 次，占不正确动作的4 5 19 9 6 “”。其中，运行管理责任指的是误碰、误接线、 误整定、误操作等人为因素造成的保护不正确动作，制造部门责任指的是制造不良、 厉i 理缺陷、芯片损坏和电源故障等原因导致的保护不正确动作。并且在整个不正确动 华中科技大学硕士学位论文 作行为当中，误动率远大于拒动率。以2 0 0 2 年的统计资料为例，发电机保护共发生 不正确动作1 3 次，全部为误动；变压器保护共发生不正确动作5 4 次，其中误动5 3 次“”。从这些信息看，主设备保护双重化后面临的防误动问题远比防拒动要严峻得多。 从线路保护和其他年度的统计结果来看，