2×300MW电厂主系统继电保护设计.doc

*学院 毕业设计（论文）题 目 2300MW电厂主系统继电保护设计 系 别 电力工程系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 * 姓 名 * 指导教师 * 下达日期 2011 年 2 月 21 日设计时间自 2011 年 2 月21日 至 2011 年 6 月 26 日毕业设计（论文）任务书一、设计题目：1、题目名称 2300MW电厂主系统继电保护的设计2、题目来源 现场与教学结合二、目的和意义通过设计，使学生了解大机组保护、母线保护、高压线路保护的发展水平和发展趋势；掌握它们的设计、配置、选型和整定计算；熟悉它们在现场的使用情况，达到理论与实践相结合；同时，也使学生将各门专业课所学的知识能够融会贯通，达到学以致用之目的。三、原始资料1电厂电气主接线,见附图。2发电机、主变、厂变、等各元件有关参数： 发电机：汽轮300MW 20kV 10189A 0.85 17.7 主变： SFP10-370000/550 370MVA 550-22.5/20kV YN,d11 14% 高厂变：SFF10-40000/20 40/25-25MVA D,do-do 2025%/6.3-6.3kV Ud1-2=16% 励磁变：ZSC9-3050/20 20+5%/0.83kV 3050kVA Ud7.5% Yd11 启备变：SFFZ10-40000/110 40/25-25MVA 11081.25/6.3-6.3KV YN,d11-d11 Ud1-2=18%3系统参数：Sj=1000MVA, Xmax/Xmin=0.18/0.15 , Xomax/Xomin=0.25/0.2 .4各保护厂家说明书； 5系统： 大方式 0.1182 小方式 0.42025 Sj=1000MVA Uj=550KV 21KV 6.3KV四、设计说明书应包括的内容1各主要元件保护的配置原则；2所选保护的原理、特点说明；3对所选保护的评价；4对本次设计的评价。五、设计应完成的图纸 1各保护屏屏面布置图； 2各保护屏压板图； 3机组保护出口逻辑图； 4线路、母线保护配置图。六、主要参考资料1电力系统继电保护 李骏年编2电力系统继电保护原理 贺家李编3继电保护和安全自动装置技术规程4保护厂家有关说明书七、进度要求1、实习阶段 第8周（4月11日）至第10周（5月01日）共3周2、设计阶段 第1周（2月21日）至第07周（4月10日）共7周 第11周（5月02日）至第18周（6月26日）共8周3、答辩日期 第18周（2011年6月26日） 附图：2300MW电厂电气主系统简图2300MW电厂主系统继电保护的设计摘要电力系统向着大机组和超高压方向快速发展，同时也对其继电保护提出了更高的要求。本文对2300MW电厂主接线的继电保护进行了设计，包括2300MW发电机组保护，500kV母线保护，500kV超高压线路保护。根据继电保护和安全自动装置技术规程要求进行保护功能的配置，参照国电南自和南瑞的继电保护说明书，选取了本系统的保护装置并对其原理、特点进行了分析，设计出了各保护的出口逻辑图，并对各保护的原理进行了说明。关键词：大机组；母线保护；超高压线路保护；发变机组保护AbstractThe power system in a large unit and the rapid development of EHV direction, but also to relay a higher demand. This article that 2*300MW power plant on the main system of protection for the design, including the 2*300MW of the transformer protection, 500kV bus protection, 500kV EHV line protection. According to protection and security of automatic devices technical point of order called protection of the configuration, in the light of the sorth ,since the security and nanrui following the protection products, has selected the system of protection and its principles, characteristics of the analysis. Design the export plan.Keywords: large units; bus protection; UHP line protection; the transformer protection引 言随着电力系统的飞速发展，电力行业对继电保护不断提出新的要求，电子技术，计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入新的活力。未来继电保护的发展趋势是向计算化，网络化及保护，控制，测量，数据通信一体化智能化发展。电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。发电-输电-配电-用电构成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。电力系统在运行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但是没有发生故障的运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。因此在考虑发电机变压器组的继电保护时引发注意继电保护的重要性。本次毕业设计的主要内容是2300MW电厂主系统继电保护的设计，主要包括：（1）500kV线路保护的设计与选型（2）500kV母线保护的设计与选型（3）300MW发变机组保护的设计与选型等等 编者 2011年06月第1章：概论电力作为当今社会的主要能源，对国民经济的发展和人民生活水平的提高起着极其重要的作用。现代电力系统是一个由电能产生、输送、分配和用电环节组成的大系统。电力系统的飞速发展对电力系统的继电保护不断提出新的要求，近年来，电子技术及计算机通信技术的飞速发展为继电保护技术的发展注入了新的活力。如何正确应用继电保护技术来遏制电气故障，提高电力系统的运行效率及运行质量已成为迫切需要解决的技术问题。目前，继电保护向计算机化、网络化方向发展，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化对继电保护提出了艰巨的任务，也开辟了研究开发的新天地。随着改革开放的不断深入、国民经济的快速发展，电力系统继电保护技术将为我国经济的大发展做出贡献。随着计算机硬件的飞速发展，电力系统对微机保护的要求也在不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其他保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等，使微机保护装置具备一台PC的功能。为保证系统的安全运行，各个保护单元与重合装置必须协调工作，因此，必须实现微机保护装置的网络化，这在当前的技术条件下是完全可行的。在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上是一台高性能，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆投资大，且使得二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。计算机化 随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：从8位单CPU结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU，发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。网络化 计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这是首要任务)，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到这一点。保护、控制、测量、数据通信一体化 在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。智能化 近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误动或拒动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。天津大学从1996年起进行神经网络式继电保护的研究，已取得初步成果。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。随着电力系统的高速发展和计算机通信技术的进步，继电保护技术的发展向计算机化、网络化、一体化、智能化方向发展，这对继电保护工作者提出了新的挑战。只有对继电保护装置进行定期检查和维护，按时巡检其运行状况，及时发现故障并做好处理，保证系统无故障设备正常运行，提高供电可靠性。第2章：各主要原件的保护配置根据继电保护和安全自动装置技术规程GB/T 14285-2006规定，各主要元件的保护配置原则如下：2.1 500kV线路保护的配置原则2.1.1 500kV线路主保护的配置原则对200kV线路为了有选择性的快速切除故障，防止电网事故扩大，保证电网安全、优质时，至少应保留一套全线速动保护运行。a两套全线速动保护的交流电流、电压回路和直流电源彼此独立。对双母线接线，两套保护可合用交流电压回路；b每一套全线速动保护对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除故障；c.对要求实现单相重合闸的线路，两套全线速动保护应具有选相功能；d.两套主保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈。e.两套全线速动保护分别使用独立的远方信号传输设备。f.具有全线速动保护的线路，其主保护的整组动作时间应为：对近端故障：20ms；对远端故障：30ms（不包括通道时间）。对500kV线路，应按下列原则实现主保护双重化：a.设置两套完整、独立的全线速动主保护；b.两套全线速动保护的交流电流、电压回路，直流电源互相独立（对双母线接线，两套保护可合用交流电压回路）；c.每一套全线速动保护对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除故障；d.对要求实现单相重合闸的线路，两套全线速动保护应有选相功能，线路正常运行中发生接地电阻为300单相接地故障时，保护应有尽可能强的选相能力，并能正确动作跳闸；e.每套全线速动保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈；f.每套全线速动保护应分别使用互相独立的远方信号传输设备；g.具有全线速动保护的线路，其主保护的整组动作时间应为：对近端故障：20ms对远端故障：30ms（不包括通道传输时间）。2.1.2 500kV线路后备保护的配置原则对接地短路，应按下列规定之一装设后备保护。对220kV线路，当接地电阻不大于100时，保护应能可靠地切除故障。a.宜装设阶段式接地距离保护并辅之用于切除经电阻接地故障的一段定时限和/或反时限零序电流保护。b.可装设阶段式接地距离保护，阶段式零序电流保护或反时限零序电流保护，根据具体情况使用。c.为快速切除中长线路出口短路故障，在保护配置中宜有专门反应近端接地故障的辅助保护功能。对相间短路，应按下列规定装设保护装置：a.宜装设阶段式相间距离保护；b.为快速切除中长线路出口短路故障，在保护配置中宜有专门反应近端相间故障的辅助保护功能。500kV线路，应按下列原则设置后备保护：a.采用近后备方式；b.后备保护应能反应线路的各种类型故障；c.接地后备保护应保证在接地电阻不大于下列数值时，有尽可能强的选相能力，并能正确动作跳闸；330kV线路：150；500kV线路：300d.为快速切除中长线路出口故障，在保护配置中宜有专门反应近端故障的辅助保护功能。当500kV线路双重化的每套主保护装置都具有完善的后备保护时，可不再另设后备保护。只要其中一套主保护装置不具有后备保护时，则必须再设一套完整、独立的后备保护。根据一次系统过电压要求装设过电压保护，保护的整定值和跳闸方式由一次系统确定。过电压保护应测量保护安装处的电压，并作用于跳闸。当本侧断路器已断开而线路仍然过电压时，应通过发送远方跳闸信号跳线路对侧断路器。根据上述保护配置原则，500kV线路保护需要采取双重化配置，故采用了PSL-602A、RCS-931A两套线路保护装置。PSL-602A、RCS-931A保护均具有纵联差动保护、三段式相间距离保护、三段式接地距离保护、零序保护和综合自动重合闸功能等装置可满足保护的要求。2.2 500kV母线保护配置原则2.2.1 对220kV500kV母线，应装设快速有选择地切除故障的母线保护：a.对一个半断路器接线，每组母线应装设两套母线保护；b.对双母线、双母线分段等接线，为防止母线保护因检修退出失去保护，母线发生故障会危及系统稳定和使事故扩大时，宜装设两套母线保护。2.2.2 在母联或分段断路器上，宜配置相电流或零序电流保护，保护应具备可瞬时和延时跳闸的回路，作为母线充电保护，并兼作新线路投运时(母联或分段断路器与线路断路器串接)的辅助保护。根据上述保护的配置原则，500kV母线保护宜采用两套保护装置，故根据保护的需求选用了RCS-915A/B、WMZ-41A（均设有母线差动保护、母联充电保护、母联死区保护、母联失灵保护、母联过流保护以及断路器失灵保护等功能）两套保护装置以满足要求。2.3发电机保护的配置原则2.3.1 电压在3kV及以上，容量在600MW级及以下的发电机，应按本条的规定，对下列故障及异常运行状态，装设相应的保护。容量在600MW级以上的发电机可参照执行：a.定子绕组相间短路；b.定子绕组接地；c.定子绕组匝间短路；d.发电机外部相间短路；e.定子绕组过电压；f.定子绕组过负荷；g.转子表层(负序)过负荷；h.励磁绕组过负荷；i.励磁回路接地；j.励磁电流异常下降或消失；k.定子铁芯过励磁；l.发电机逆功率；m.频率异常；n.失步；o.发电机突然加电压；p.发电机起停；q.其他故障和异常运行。2.3.2 上述各项保护，宜根据故障和异常运行状态的性质及动力系统具体条件，按规定分别动作于：a.停机断开发电机断路器、灭磁，对汽轮发电机，还要关闭主汽门；b.解列灭磁断开发电机断路器、灭磁，汽轮机甩负荷；c.解列断开发电机断路器，汽轮机甩负荷；d.减出力将原动机出力减到给定值；e.缩小故障影响范围例如断开预定的其它断路器；f.程序跳闸对汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳发电机断路器并灭磁。g.减励磁将发电机励磁电流减至给定值；h.励磁切换将励磁电源由工作励磁电源系统切换到备用励磁电源系统；i.厂用电源切换由厂用工作电源供电切换到备用电源供电；j.分出口动作于单独回路；k.信号发出声光信号。2.3.3 对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，应按下列规定配置相应的保护作为发电机的主保护；a）1MW以上的发电机，应装设纵联差动保护。b）对100MW以下的发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机与变压器宜分别装设单独的纵联差动保护功能。c）对100MW及以上发电机变压器组，应装设双重主保护，每一套主保护宜具有发电机纵联差动保护和变压器纵联差动保护功能。d）纵联差动保护，应装设电流回路断线监视装置，断线后动作于信号。电流回路断线允许差动保护跳闸。2.3.4 发电机定子绕组的单相接地故障的保护应符合以下要求：a）发电机定子绕组单相接地故障电流允许值按制造厂的规定值，如无制造厂提供的规定值可参照表1中所列数据。表1发电机定子绕组单相接地故障电流允许值b）对100MW及以上的发电机，应装设保护区为100%的定子接地保护。保护带时限动作于信号，必要时也可以动作于停机。2.3.5 对发电机定子匝间短路，应按下列规定装设定子匝间保护：a）对定子绕组为星形接线、每相有并联分支且中性点侧有分支引出端的发电机，应装设零序电流型横差保护或裂相横差保护、不完全纵差保护。b） 50MW及以上发电机，当定子绕组为星形接线，中性点只有三个引出端子时，根据用户和制造厂的要求，也可装设专用的匝间短路保护。2.3.6 对发电机外部相间短路故障和作为发电机主保护的后备，应按下列规定配置相应的保护，保护装置宜配置在发电机的中性点侧：a）对于1MW及以下与其它发电机或与电力系统并列运行的发电机，应装设过流保护。b） 1MW以上的发电机，宜装设复合电压(包括负序电压及线电压)起动的过电流保护。灵敏度不满足要求时可增设负序过电流保护。c）50MW及以上的发电机，宜装设负序过电流保护和单元件低压起动过电流保护。d）并列运行的发电机和发电机变压器组的后备保护，对所连接母线的相间故障，应具有必要的灵敏系数，并不宜低于附录A中表A.1所列数值。e）本条中规定装设的以上各项保护装置，宜带有二段时限，以较短的时限动作于缩小故障影响的范围或动作于解列，以较长的时限动作于停机。2.3.7 对于100MW及以上的汽轮发电机，宜装设过电压保护，其整定值根据定子绕组绝缘状况决定。过电压保护宜动作于解列灭磁或程序跳闸。2.3.8 对过负荷引起的发电机定子绕组过电流，应按下列规定装设定子绕组过负荷保护：a）定子绕组非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护，保护接一相电流，带时限动作于信号。b）定子绕组为直接冷却且过负荷能力较低(例如低于1.5倍、60s)，过负荷保护由定时限和反时限两部分组成。定时限部分：动作电流按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定，带时限动作于信号，在有条件时，可动作于自动减负荷。反时限部分：动作特性按发电机定子绕组的过负荷能力确定，动作于停机。保护应反应电流变化时定子绕组的热积累过程。2.3.9 对不对称负荷、非全相运行及外部不对称短路引起的负序电流，应按下列规定装设发电机转子表层过负荷保护：100MW及以上A值小于10的发电机，应装设由定时限和反时限两部分组成的转子表层过负荷保护。定时限部分：动作电流按发电机长期允许的负序电流值和躲过最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流值整定，带时限动作于信号。反时限部分：动作特性按发电机承受短时负序电流的能力确定，动作于停机。保护应能反应电流变化时发电机转子的热积累过程。不考虑在灵敏系数和时限方面与其他相间短路保护相配合。2.3.10 对励磁系统故障或强励时间过长的励磁绕组过负荷，100MW及以上采用半导体励磁的发电机，应装设励磁绕组过负荷保护。300MW及以上的发电机其励磁绕组过负荷保护可由定时限和反时限两部分组成。定时限部分：动作电流按正常运行最大励磁电流下能可靠返回的条件整定，带时限动作于信号和降低励磁电流。反时限部分：动作特性按发电机励磁绕组的过负荷能力确定，并动作于解列灭磁或程序跳闸。保护应能反应电流变化时励磁绕组的热积累过程。2.3.11 300MW及以上发电机，应装设过励磁保护。保护装置可装设由低定值和高定值二部分组成的定时限过励磁保护或反时限过励磁保护，有条件时应优先装设反时限过励磁保护。定时限过励磁保护：低定值部分：带时限动作于信号和降低励磁电流。高定值部分：动作于解列灭磁或程序跳闸。反时限过励磁保护：反时限特性曲线由上限定时限、反时限、下限定时限三部分组成。上限定时限、反时限动作于解列灭磁，下限定时限动作于信号。反时限的保护特性曲线应与发电机的允许过励磁能力相配合。2.3.12 300MW及以上发电机宜装设失步保护。在短路故障、系统同步振荡、电压回路断线等情况下，保护不应误动作。通常保护动作于信号。当振荡中心在发电机变压器组内部，失步运行时间超过整定值或电流振荡次数超过规定值时，保护还动作于解列，并保证断路器断开时的电流不超过断路器允许开断电流。对300MW及以上汽轮发电机，发电机励磁回路一点接地、发电机运行频率异常、励磁电流异常下降或消失等异常运行方式，保护动作于停机，宜采用程序跳闸方式。采用程序跳闸方式，由逆功率继电器作为闭锁元件。对于发电机起停过程中发生的故障、断路器断口闪络及发电机轴电流过大等故障和异常运行方式，可根据机组特点和电力系统运行要求，采取措施或增设相应保护。对300MW及以上机组宜装设突然加电压保护。2.4 电力变压器保护配置原则2.4.1 对升压、降压、联络变压器的下列故障及异常运行状态，应按本条的规定装设相应的保护装置；a.绕组及其引出线的相间短路和中性点直接接地或经小电阻接地侧的接地短路；b.绕组的匝间短路；c.外部相间短路引起的过电流；d.中性点直接接地或经小电阻接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；e.过负荷；f.过励磁；g.中性点非有效接地侧的单相接地故障；h.油面降低；i.变压器油温、绕组温度过高及油箱压力过高和冷却系统故障。2.4.2 对变压器的内部、套管及引出线的短路故障，按其容量及重要性的不同，应装设下列保护作为主保护，并瞬时动作于断开变压器的各侧断路器：电压在 10kV 以上、容量在10MVA 及以上的变压器，采用纵差保护。对于电压为10kV 的重要变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时也可采用纵差保护。电压为 220kV 及以上的变压器装设数字式保护时，除非电量保护外，应采用双重化保护配置。当断路器具有两组跳闸线圈时，两套保护宜分别动作于断路器的一组跳闸线圈。2.4.3 纵联差动保护应满足下列要求：a.应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；b.在变压器过励磁时不应误动作；c.在电流回路断线时应发出断线信号，电流回路断线允许差动保护动作跳闸；d.在正常情况下，纵联差动保护的保护范围应包括变压器套管和引出线，如不能包括2.4.4 对外部相间短路引起的变压器过电流，变压器应装设相间短路后备保护。保护带延时跳开相应的断路器。相间短路后备保护宜选用过电流保护、复合电压启动的过电流保护或复合电流保护。110kV500kV 降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，相间短路后备保护用过电流保护不能满足灵敏性要求时，宜采用复合电压起动的过电流保护或复合电流保护。2.4.5 对降压变压器，升压变压器和系统联络变压器，根据各侧接线、连接的系统和电源情况的不同，应配置不同的相间短路后备保护，该保护宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的故障。低压侧有分支，并接至分开运行母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个分支装设相间短路后备保护。发电机变压器组，在变压器低压侧不另设相间短路后备保护，而利用装于发电机中性点侧的相间短路后备保护，作为高压侧外部、变压器和分支线相间短路后备保护。2.4.6 与 110kV 及以上中性点直接接地电网连接的降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，对外部单相接地短路引起的过电流，应装设接地短路后备保护，该保护宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的接地故障。对 330kV、500kV 变压器，为降低零序过电流保护的动作时间和简化保护，高压侧零序一段只带一个时限，动作于断开变压器高压侧断路器；零序二段也只带一个时限，动作于断开变压器各侧断路器。对自耦变压器和高、中压侧均直接接地的三绕组变压器，为满足选择性要求，可增设零序方向元件，方向宜指向各侧母线。为提高切除自耦变压器内部单相接地短路故障的可靠性，可增设只接入高、中压侧和公共绕组回路电流互感器的星形接线电流分相差动保护或零序差动保护。2.4.7 在110kV、220kV 中性点直接接地的电力网中，当低压侧有电源的变压器中性点可能接地运行或不接地运行时，对外部单相接地短路引起的过电流，以及对因失去接地中性点引起的变压器中性点电压升高，应按下列规定装设后备保护：分级绝缘变压器为限制此类变压器中性点不接地运行时可能出现的中性点过电压，在变压器中性点应装设放电间隙。此时应装设用于中性点直接接地和经放电间隙接地的两套零序过电流保护。此外，还应增设零序过电压保护。用于经间隙接地的变压器，装设反应间隙放电的零序电流保护和零序过电压保护。当变压器所接的电力网失去接地中性点，又发生单相接地故障时，此电流电压保护动作，经0.3s0.5s 时限动作断开变压器各侧断路器。2.4.8 一次侧接入 10kV 及以下非有效接地系统，绕组为星形星形接线，低压侧中性点直接接地的变压器，对低压侧单相接地短路应装设下列保护之一：a.在低压侧中性点回路装设零序过电流保护；b.灵敏度满足要求时，利用高压侧的相间过电流保护，此时该保护应采用三相式，保护带时限断开变压器各侧。2.4.9 对于高压侧为 330kV 及以上的变压器，为防止由于频率降低和/或电压升高引起变压器磁密过高而损坏变压器，应装设过励磁保护。保护应具有定时限或反时限特性并与被保护变压器的过励磁特性相配合。定时限保护由两段组成，低定值动作于信号，高定值动作于跳闸。2.4.10 变压器非电气量保护不应启动失灵保护。根据发电机保护配置原则和电力变压器保护配置原则，我们选用国电南自的DGT 801A的数字式发电机变压器组继电保护装置和RCS985系列发电机变压器组保护装置以满足保护要求。2.5 断路器失灵保护配置原则2.5.1 在220kV500kV电力网中，以及110kV电力网的个别重要部分，应按下列原则装设一套断路器失灵保护：a.线路或电力设备的后备保护采用近后备方式；b.如断路器与电流互感器之间发生故障不能由该回路主保护切除形成保护死区，而其他线路或变压器后备保护切除又扩大停电范围，并引起严重后果时(必要时，可为该保护死区增设保护，以快速切除该故障)；c.对220kV500kV分相操作的断路器，可仅考虑断路器单相拒动的情况。2.5.2 失灵保护动作跳闸应满足下列要求：a对具有双跳闸线圈的相邻断路器，应同时动作于两组跳闸回路。b.对远方跳对侧断路器的，宜利用两个传输通道传送跳闸命令。c.应闭锁重合闸。2.5.3 远方跳闸保护一般情况下220kV500kV线路，下列故障应传送跳闸命令，使相关线路对侧断路器跳闸切除故障：a.一个半断路器接线的断路器失灵保护动作；b.高压侧无断路器的线路并联电抗器保护动作；c.线路过电压保护动作；d.线路变压器组的变压器保护动作；e.线路串联补偿电容器的保护动作且电容器旁路断路器拒动或电容器平台故障。根据断路器失灵保护配置原则，我们选取RCS-923A断路器失灵启动及辅助保护装置，它可作为由微机实现的数字式断路器失灵启动及辅助装置，也可作为母联或分段开关的电流保护，故可满足要求。第3章 所选保护的原理及特点3.1 线路保护的原理及特点3.1.1 PSL602数字式超高压线路保护装置一、概述PSL 602（A、C、D）数字式超高压线路保护装置以纵联距离和纵联零序作为全线速动主保护，以距离保护和零序方向电流保护作为后备保护。保护有分相出口，可用作 220kV 及以上电压等级的输电线路的主保护和后备保护。 保护功能由数字式中央处理器 CPU 模件完成，其中一块 CPU 模件(CPU1) 完成纵联保护功能，另外一块 CPU 模件(CPU2) 完成距离保护和零序电流保护功能。对于单断路器接线的线路，保护装置中还增加了实现重合闸功能的 CPU模件 (CPU3) 可根据需要实现单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸或者退出。表 1-1：PSL 602（A、C、D）数字式超高压线路保护的配置和型号表型 号主 要 功 能备 注纵联保护距离保护和零序方向电流保护自动重合闸PSL 602纵联距离、零序保护快速距离保护三段式相间距离保护三段式接地距离保护四段式零序电流保护 有适用于单断路器（如双母线接线）PSL 602A同上同上无适用于3/2接线PSL 602AS同上，适用于串补电容线路及相邻线同上，适用于串补电容线路及相邻线无适用于3/2接线PSL 602C纵联距离、零序保护分相通道命令同PSL 602，并且距离保护在同杆双回线跨线故障时选跳有适用于单断路器同杆双回线PSL 602D纵联距离、零序保护分相通道命令同PSL 602,并且距离保护在同杆双回线跨线故障时选跳无适用于3/2接线同杆双回线二、性能特征(1) 动作速度快，线路近处故障动作时间小于 10ms，线路 70处故障典型动作时间达到12ms，线路远处故障小于 25ms。(2) 完善可靠的振荡闭锁功能，能快速区分系统振荡与故障，在振荡闭锁期间，系统无论 发生不对称性故障还是发生三相故障，保护都能可靠快速地动作。(3) 采用电流电压复合选相方法，在复杂故障和弱电源系统故障时也能够正确选相。(4) 纵联保护通道接口方式灵活，可以与载波通道（专用或复用）、光纤通道、微波通道 等各种通信设备连接，可以实现传输保护分相允许信号，有自适应判断弱电源侧的弱 馈保护，通道逻辑如通道检查、位置停信等都由保护实现，发停信控制采用单接点方式，接点闭合为发信，接点断开为停信。(5) 完善的自动重合闸功能，可以实现单重检线路三相有压重合闸方式，专用于大电厂侧，以防止线路发生永久故障，电厂侧重合于故障对电厂机组造成冲击。(6) 采用了多 CPU 共享 AD 的高精度模数转换自主专利技术，解决了多 CPU 共享 AD 的难题，提高了装置的模数转换精度，简化了调试和维护的工作量。(7) 通过了国家级电磁兼容实验室电磁辐射、瞬变干扰等 10 个项目的抗干扰试验，全部的试验结果证明其电磁兼容性能指标大大高于国家标准。(8) 采用了全汉化显示/操作界面和全汉化、图形化、表格化打印输出。(9) 采用透明化设计思想，保护内部元件在系统故障时的动作过程可以全息再现，便于分 析保护的动作过程。(10) 强大的故障录波功能，可以保存 1000 次事件，12 至 48 次故障录波报告（含内部元件动作过程），故障时有重要开关量多次变化时会自动多次启动录波并且记录重要开 关量（如发信、收信、跳闸、合闸、TWJ 等）的变化。录波数据可以保存为 COMTRADE 格式。(11) 灵活的通信接口方式，配有 RS-232、485 和以太网通信接口。(12) 通讯归约支持 IEC60870-5-103 标准。三、启动元件和整组复归启动元件保护启动元件用于启动故障处理程序及开放保护跳闸出口继电器的负电源。各个保护模件以相电流突变量为主要的启动元件，启动门坎由突变量启动定值加上浮动门坎，在系统振荡时自动抬高突变量启动元件的门坎。零序电流启动元件、静稳破坏检测元件 为辅助启动元件，延时 30ms 动作以确保相电流突变量元件的优先动作。整组复归各保护模件启动后就发出“禁止整组复归”的信号，如果本保护所有的启动元件和故障测量元件都返回，并且持续五秒，本保护模件就收回“禁止整组复归”信号。保护收到任一个模件“禁止整组复归”的信号就保持原先的启动状态，直到所有模件都收回“禁止整组复归”信号时才能整组复归。 这样就能保证所有模件均满足整组复归条件时，装置才整组复归。选相元件选相元件是区分故障性质和相别，以满足保护分相跳闸的要求。PSL 602 数字式线路保护的主保护和后备保护采用相同原理的选相元件。为了在特殊系统(例如弱电源)和转换性等复杂故障下能够正确选相并有足够的灵敏度，采用电压电流复合突变量和复合序分量两种选相原理相结合的方法。在故障刚开始时采用快速和高灵敏度的突变量选相方法，以后采用稳态的序分量选相方法，保证在转换性故障时能够正确选相。振荡闭锁的开放元件在相电流突变量启动 150ms 内，距离保护和纵联距离保护短时开放。在突变量启动150ms 后或者零序电流辅助启动、静稳破坏启动后，保护程序进入振荡闭锁。在振荡闭 锁期间，纵联距离和距离 I、II 段要在振荡闭锁开放元件动作后才投入。振荡闭锁的开放元件要满足以下几点要求：a)系统不振荡时开放；b)系统纯振荡时不开放；c)系统振荡又发生区内故障时能够可靠、快速开放；d)系统振荡又发生区外故障时，在距离保护会误动期间不开放。四、纵联保护距离方向元件距离方向元件按回路分为 ZAB、ZBC、ZCA 三个相间阻抗和 ZA、ZB、ZC 三个接地阻抗。每个回路的阻抗又分为正向元件和反向元件。由全阻抗四边形与方向元件组成。当选相元件选中回路的测量阻抗在四边形范围内，而方向元件为正向时，判定正向故障；若方向元件为反向时，判定反向故障。方向元件采用正序方向元件（和距离保护的正序方向元件相同，见 3.6 节）。反方向阻抗特性的动作值自动取为 Zzd 的 1.25 倍，保证反方向元件比正方向元件灵敏。在振荡闭锁期间还有振荡闭锁的开放元件。方向元件配置PSL602 的距离方向和零序方向以反方向元件优先。零序方向元件在合闸加速脉冲期 间延时 100 毫秒动作，在非全相运行时退出。通道方式纵联保护可以与载波通道（专用或复用）、光纤通道、微波通道等各种通信设备连接， 包括各种继电保护专用收发信机和复用载波机接口设备。发、停信控制采用一副接点，不发信即为停信。 当用于专用闭锁式时，通道逻辑完全由保护实现，收发信机的停信和发信完全由保护控制。为了防止通道上的干扰，保护中设置了信号确认时间，分为两级延时，一是保 护必须在收到闭锁信号 5ms 后才允许停信，二是保护停信后要连续 5ms 或 8ms（通过控 制字可选择，建议光纤通道为 5ms，载波通道为 8ms）收不到闭锁信号才动作出口。当 用于允许式时，采用单个允许信号，也可以采用三个分相允许信号（PSL602C），以满足 同杆并架线路的需要。弱馈保护弱馈保护作为线路弱馈端或无电源端的纵联保护，使纵联保护达到全线速动的目的。弱馈保护的功能，当发生区内故障时，弱馈侧能够快速发出允许对侧动作的信号（并且保持 120 ms），使对侧保护快速跳闸，也就是说，当用于专用闭锁式时，弱馈侧能够 快速停信；用于允许式时，弱馈侧能够快速发出允许信号。当发生弱馈侧反方向故障时， 弱馈侧能够快速发出闭锁对侧动作的信号，使纵联保护不误动。弱馈侧的范围定义，定性的说是线路弱馈端或者无电源端；定量的说是，当发生区内 故障时，某一端纵联保护的所有正方向元件灵敏度都不够时，线路的该端可称为弱馈侧。 弱馈保护具有自适应于系统运行方式改变的能力，即可能出现弱馈的一端可长期投入 此功能，该端变为强电侧时即使弱馈保护投入，弱馈保护不会动作（纵联保护仍然动作正确），因为投入的弱馈保护是在正反方向元件都不动作时，才可能发出允许对侧动作的信号。特别要注意的是，对于专用闭锁式的弱馈保护，线路两端只能在其中的一侧投入弱馈 功能，否则在弱电源系统的强电源侧发生反向故障时，如果线路两端的正反方向元件灵 敏度不足时，弱馈保护会误动。所以，对于专用闭锁式的弱馈保护，弱馈保护在线路两 端只能投入一侧。距离保护距离保护设有 Zbc、Zca、Zab 三个相间距离保护和 Za、Zb、Zc 三个接地距离保护。除 了三段距离外，还设有辅助阻抗元件，共有 24 个阻抗继电器。在全相运行时 24 个继电 器同时投入；非全相运行时则只投入健全相的阻抗继电器，例如A 相断开时只投入Zbc和Zb、Zc 回路的各段保护。接地距离接地距离由偏移阻抗元件ZPY、零序电抗元件X0和正序方向元件F1组成(=a,b,c)。阻抗元件采用经傅氏积分的微分方程算法。接地阻抗算法为： ULd(I+Kx3I0)/dt+R(I+Kr3I0)，=a,b,c相间距离所用正序方向元件 F1 原理和接地距离所用正序方向元件原理相同。相间距离所用正序方向元件采用正序电压和相间电流进行比相。 本装置设置了六个阻抗回路(Zbc、Zca、Zab、Za、Zb、Zc)的阻抗辅助元件，阻抗辅助 元件具有全阻抗性质的四边形特性，其定值与阻抗段相同，阻抗辅助元件不作为故障范围的判别，应用于静稳破坏检测、故障选相等元件中。零序电流保护本装置零序保护设有四段、加速段，均可由控制字选择是否带方向元件，还设有控制字投退的一段 PT 断线时投入的零序保护(该段不受压板控制)。设有零序段、零序 段和零序总投压板。零序总投压板退出时，零序保护各段都退出。零序及加速段若需 单独退出，可将该段的电流定值及时间定值整定到最大值。零序段电流定值也作为零序电流启动定值，若需退出零序段，可将时间定值整 定为 100 秒，要将零序段电流整定的和其他保护模件的零序电流启动定值相同，以便 各保护模件有相同的零序电流启动灵敏度。零序段、零序段可由控制字设定为不灵敏段或者灵敏段。在非全相运行和重合 闸时，设定为不灵敏段的段或段自动投入，设定为灵敏段的段或段自动退出。 在全相运行时只投入灵敏段的段或段。五、非全相运行单相跳开形成的非全相运行单相 TWJ 持续动作 50ms 或者单相跳闸反馈开入量动作，并且对应的相无流元件动作 则对应相判为跳开相；测量两个健全相和健全相间的纵联距离保护和距离保护；对健全相求正序电压作为距离方向元件的极化电压；测量健全相间电流的突变量，作为非全相运行振荡闭锁开放元件；断开相又有负荷电流，则开放断开相的合闸加速保护 3 秒。三相断开状态三相 TWJ 均持续动作 50ms 或者三相相跳闸反馈开入量均动作，并且三相无电流时， 置三相断开状态；三相断开时，闭锁式通道时开放三跳位置停信，允许式通道当收到允许信号时回发 允许信号（即三跳回授）。有电流或三相 TWJ 返回后开放合闸于故障保护 3 秒，恢复全相运行。六、重合闸合闸于故障线路保护重合与手合加速脉冲固定为 3 秒钟。 在重合加速脉冲期间，距离保护可以瞬时加速不经振荡闭锁的带偏移特性的阻抗段或段，偏移特性的电阻分量为距离保护电阻定值的一半，可以根据需要由控制字分别投退。距离段受振荡闭锁控制自动投入经 20ms 延时加速三相跳闸的回路。零序加速段按整定的电流定值和时间定值动作。 在手合加速脉冲期间，距离保护瞬时加速带偏移特性的阻抗段，偏移特性的电阻分量为距离保护电阻定值的一半。零序加速段按整定的电流定值和时间定值动作。 在重合、手合后，距离保护段、段和段仍能按各段