继电保护双重化配置的探讨.pdf

4 2 华北 电 力技 术 NORTH C HI NA EL E CT RI C P OWER No 7 2 005 综 述 继 电保护双重化配置 的探讨 常风然 张 洪 河 北 电力调 度通 信 中心 河北石 家庄 0 5 0 0 2 1 摘要 继 电保 护 的配 置应 结合 其作 用 和功 能 来分析 阐 明 了优 先 选择 远后 备 配置 方式 的 必要 性 强调指 出 当 系统对稳定性有要 求时 主保护必须进行双重化配置 关键 词 继 电保 护 双 重化 配置 系统 稳 定 中 图分 类 号 T M 7 7 文 献标 识 码 A 文章 编号 1 0 0 3 9 1 7 1 2 0 0 5 0 7 0 0 4 2 0 4 Re s e a r c h o n Do u b l e C0 nf i g u r a t i 0 n o f Re l a y Pr o t e c t i o n Cha ng Fe ng r a n Zha ng Hong He b e i Po we r Di s p a t c h i n g Co mmu n i c a t i o n C e n t e r S h i j i a z h u a n g He b e i 0 5 0 0 2 1 Ch i n a Ab s t r a c t The c on f i g ur a t i o n o f r e l a y p r ot e c t i on s ho ul d c o ns i de r i t s f u nc t i o n a nd f e a t u r e r e mo t e b a c ku p c o n f i g ur a t i o n i s pr e f e r r e d I t e m p ha s i z e s whe n s ys t e m s t a bi l i t y i s r e q ui r e d t he ma i n p r ot e c t i on mus t be do u bl e c o nf i gu r a t i o n Ke y wo r ds r e l ay pr o t e c t i o n d o ub l e c o nf i g ur a t i o n s y s t e m s t ab i l i t y 对 于继 电保 护 的双 重化配 置问题 业 内人 士 一 直议 论纷纷 各 出各的高招 虽然 继 电保 护和 安 全 自动装 置技术 规程 GB 1 4 2 8 5 9 3 及其 修 订 送审稿 国家 电力 公 司 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 对此 似 乎 已有 明确 的结论 但 具体 配置 中的一 些相 关 问题并 未给 出明确 的解 释 鉴 于此 笔者结合 实际 工作 中的一些体会 愿就此 问题 抛砖 引玉 与广大 同行 交流 1 双重化配置的必要性 继 电保护 的双 重化配置源 自何处 有何 目的 要解 决什么 问题 这些 问号的背后才是双 重化配 置的真谛 继 电保护 的作用 是要保 证 系统安 全 设备 安 全 提 高供 电的可靠性 也 因此 任何 一次设备 不 能在任何 时候处 于无保护 的状态运行 考 虑任何 设备均存在潜在 失效的可能性 如保护 的拒 动 开 关 的拒 分 直 流 电压 的 消失等 所 以 任 何一 次设 备 必须在 任何 时候 由两套 完全 独立 的保护 装置 分别控制完 全独 立的两组 断路器 实现保护 在 规程 中 关于保 护配 置 明确指 出 电力设 备和线路 短路故 障的保护应有 主保 护和后 备保护 主保护 是满 足系统 稳定 和设备 安全 要求 能 以最快速度有选 择地切除被保护设 备和线路故障 的保护 后备保护是 主保 护或断路器拒动 时 用 以 切除故 障的保 护 从上 述要 求看 并未 提及保护 的双重化 问题 按照规 程规 定 当系统稳定 有要 求或保 护整定 困 难时 才允许配置两套 主保护 还 不是双重化的配 置 实际上 继电保护的配置必须结合它的作用 和功 能来 分析 在 目前 的电 网结构 下 2 2 0 k V 及 以上 电压 等级 的 电 网承 担着 中远距 离 输 电的任 务 是 电网构成 的骨架 而 1 1 0 k V 及 以下 系统 主 要是供 电任务 由于在电 网中的地位不 同 配备保 护 的原则 也就有所不 同 主网的系统稳定 问题 突出 以河北南 网为例 在华 北华 中联 网运行 方式 下 如果不依 靠 速动保 护 的动作 仍 有部分 厂站 在三 相故 障时存 在系 统 失稳 的可能性 在华北 华 中不联 网运行 方式下 如 果 不依靠 速动保 护 的动作 大 部分 厂站在 三相 故 障时存在 系 统失稳 的可 能性 部分 厂站 在单 相故 障时也存在 系统 失稳 的可能性 因此 系统稳定对 保 护 的要 求 便是速 动保 护 的可靠 动作 根据 华北 电 网 的规 定 目前 稳 定 计 算 所 用故 障 切 除 时 间 维普资讯 华 北 电力技 术 NORTH C HI NA E L E CT RI C P OWE R 4 3 5 0 0 k V 为 0 1 0 S和 2 2 0 k V 为 0 1 5 S 这样 的时 间要求 对常规后 备保护来说是不 可能实现 的 因 此 必须依 赖主保护及 断路器 的可靠动作 也就 是 说 必须有两套完全独立的保护装置 分别控制完 全独立 的两组 断路器 实现速动保护 非 双重化配 置 的两套 主保 护 以及 较长 时间 的断路 器失灵保 护 与系统 稳定 计算 要求 的条件 不符 更 无需说 采 用远后 备方式 的保护 配置 了 笔者 注 意 到 在 2 2 0 k V 及 以上 系统 中 大 部 分开关为分相操作 可仅考虑 开关单相失灵 由于 系统单相 故 障稳定 性好 于相 间故 障 依 靠常规 失 灵保护 一般 0 2 0 3 S切母联 0 4 0 5 s 切相 关开关 能否保证系统稳定 需要进一 步的分析计 算 只是近年来很多变压器 开关采用三相操作 如 果对这些 开 关考 虑三相 失灵 对那 些稳 定性 问题 突 出的厂站来 说 就需 要有进 一步 完善 的解决 方 法 仅靠保护 的双重化 配置不 足 以解决此 问题 应 从 电 网结 构 潮 流 安排 失 灵 保 护整 定 等 方 面人 手 从上面 的分 析可见 当系统稳定有要求 时 主 保 护必 须进行 双 重化配 置 其含 义应该 是考 虑一 套保护 的失效 或者说 是二者 互为后备 再辅 以满 足稳定性要求 的断路器失灵保护 这才符合前文 提 出的保护 的基本要求 由于系统 运行 的稳定性 与多方 面 因素有 关 而继 电保护 的配 置却 不能变 来变去 为简化 起 目前 2 2 0 k V及 以上系统多强 调保护 的双 重化 配置 对大 部分 1 1 O k V及 以下 电压等 级 的电 网和 设备 以及部分 2 2 0 k V 设 备来 说 稳 定 问题并不 突 出 此时应优先按 远后备方式配置保护 以降低 投资 运行 维护等成本 在 主保护 双 重化 配置后 可 尽量 简化作 为这 些设备 的后 备保护 的配置 和定值计算 当然 双重化 的配置 使保护误动 的几 率增 大 了 1 倍 甚 至 1 倍 多 因为双重化 的配置使 二次 回 路更为 复杂 而从运 行实践看 二次 回路带 来的误 动 问题非 常突 出 双重化 配置后 如果设计 使 用 不慎 可能造成 回路 相互关联 增加误 动机会 因 此 也需要 特别 重视保护 的误 动对系统 的影 响 尤 其 是母线 保护 变压器保护 等 2 相关 问题 的解决方案 按照 系统 稳定 性要 求 对需要 的设 备进 行保 护双重化 配置时 有一些 问题需要探讨 2 1 双套 同一性 两 套保 护是 否必须 是不 同原 理 的 不 同厂 家 生 产 的 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 的 完 善 的 则 两套 保护 显然没 有 必要必 须是不 同原理 的 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 现 在的保护可称之 完善吗 两套保护是 否 是各 自独立 的且完 整的 保 护 的独立性 主要体 现在 回路设 计上 从交 流 电压 电流输 入 回路 到直 流母线 直 流熔断 器 的选取 再 到各 开关量 的输 入 输 出 以及纵联保 护 的通道 各环 节是 否可 能存 在公用 节点 这些 环 节 均影 响到保 护 的独立性 虽 然按 照双 重化 的设 计 原则说 两套保护 的各环 节相 关性均应为零 但 实际应 用 中 难 度较 大 而且 还 存在 一些正 常运 行时似 乎表 现 的是彼此 独立 但 一旦某 元件损 坏 或在某些 操 作时 两套 保护 却表 现 出相 互牵 连 的 情 况 保 护 的完 整性 主要体现在保护装 置对各类故 障 和异 常 的反应 能力 上 无论 线路 变压 器 母 线 保护 在既定 的运行方式 和定值下 现在 的微机装 置都能 正常 反 映区 内的第一 次故 障 但 是 对复杂 故障形态 以及 非既定方式 如 区外转 区内故 障 故 障点在开关 与 TA 间 的特殊 故障 连续性 故障 运 行方式 突变 等 目前 的许多保护都不 能保 证可靠 选择 灵敏和快速 动作 例 如 目前很被推崇 的线路 光纤纵差保 护 在开关与 TA 间发生故 障时 母差 保护动作但不能切除故障 对侧纵联方向保护靠 母差停 信 可 以选 相跳 闸 而光纤 纵差 保护 则无此 功能 若靠远跳 则不能选相跳闸 对投单重方式 的线路来 说就不能重合 可能延误 事故恢 复时 间 再如很 多线路纵联方 向保 护对单 电源辐射 运行 方 式不能很 好地 白适应 等 当然 现在 的微 机保 护装 置进行 性 能改进 已 经是很 方便 的事 了 但实 际上 完善 的保 护装置还 只是在理想和期 待 中 因此 现 阶段 仍然有必要 强 调保护 的不 同原理及不 同厂家生产 2 2线路保护 对线路保 护 纵联 通道 的组织需 要特别 注意 双重 化配 置 的两套 主保护 应采 用相 互独立 的 高 可靠性通道 鉴 于光纤通道 的优越性 应优先采 用 维普资讯 华北 电力技 术 NORTH CHI NA E L E CT RI C P OWE R 光纤 通道 条件允 许时 优先 采用专用光芯传 输保 护信 号 如果 两套 主保 护均采 用光纤通道 这 两个 路 由不 能 出现公 用 环节 也 即传输 两套保 护信 号 的通信设备 光缆 光端机 P C M 接 口等 及其直 流 电源应相互独立 很 多 5 0 0 k V 变 电站 只有 1套 光 传 输设 备 虽然模 块配备采 用 1 1方式 但其母 板等 只有 1 组 且 可能 1套光 传输设 备上 传输 了多套 保护 信 号 这样 的方式 已影响到保护 的可依 赖性 因此 通 道设 备 按 照保 护 的要 求 进行 双 重化 配 置 和 改 造 应该成 为专业 人员的共识 在相关 的标 准和规 程 中 也 应该对 1条通 道传输保 护 信号 的路数 有 所 限制 因为复用通道设备末双 重化引发 的问题 已多 有报 道 这其 中 因通 信 电源引 发 的事 故 占有 相 当 比例 如 2 0 0 3年 4月 1 8日 河北南 网保北 站通 信 电源故 障 导 致 5 0 0 k V 各 线路 的两套 纵 联 保 护 通道 均不 能正常运行 房保线被迫停运 其它线路 无纵联保 护运行 对系统安全造成极 大影响 配合 保护双重化 对直流 电源 包括通信 直流 电源 实施双重化 的过程 中 还 需要非 常注 意负载 的分配 也就是各 种装 置取 自哪段直流母 线 原 则 应是 防止 一段直流母线 的故 障使两套保护均有 失 电的环节 这就 要求 每一套 独 立保 护 的各 环节 电 源均取 自相应的直流母线 2 0 0 2年 9月 2 6日 唐 山姜家 营变 电站 1组通 信 电源故 障 该 站通信 电 源 已经双 重化 但 姜绥线 两套 纵联保 护仍 同时告 警被 迫退 出 导致担 任华 北 一东北 联 网重 任 的姜 绥线 停运 经现场 查证 纵联 保护 1的光电转 换 器和纵联保护 2的通信传输设备均在发生故障的 通信 电源组 中 虽 然通信 电源双 重化 了 但 负载分 配 的不合 理 导 致了本次事故 的发生 2 3母线及 失灵保护 在二 十五项 反措 继 电保 护实 施细 则 中 已 明 确 规定 了母 差保 护 双重化 的原则 同时也 明确 规 定 了失灵保护单配置 的原则 目前 河北南 网使用 微机 型母 线保 护装置 时 由该 装置 实现 失灵保 护 功 能 不再单 独配置失灵保 护装置 考 虑设 备失效 的不 同时性 可认 为这样 的配置 方式不 降低 失灵 保 护的可靠性 变压器开关起 动失灵 的问题 争议颇 多 但在 按 近后 备方式 配置 保护 的 厂站 若变 压器开 关真 的拒动 其它设备 的保 护可能不动作 变压器有 可 能损坏 这显然不符合 所有运行设 备都必须 由两 套交 直流输入 和输出 回路相互独 立 并分别 控制 不 同断路 器 的继 电保 护装 置进行 保护 这一基 本 原则 但变压器开关起动失灵时 必须解决好 电流起 动的灵 敏度 电压闭锁 的灵敏度 电流接点的粘连 变压器保护 的及时返 回等 问题 微机失灵保护 的使 用可能可以解决一些问题 微机失灵保护指 的是 电 流 以判别 元件 时间元 件 闭锁 元件及逻辑 出 口元 件均在同一微机型装 置中的失灵保护 保护动作作 为该装 置的开入量 仅 电流判别或仅时 间及逻辑元 件使用微 机型装置 其它元件另有装 置的 不 属微 机失灵保 护 在使用这类装置后 电流元件可按 无 流 条件整定 也不会再存在接点的粘连 问题 对变 压器保 护不能快速返 回的问题 属于变压器保 护软 件 因素 的 制造 厂家必须 解决 因变 压器 中低压侧 有 电源等原 因造成的 只能依赖微机失灵保护的电 流判别元件可靠返 回 2 4变压器保 护 变压器作 为联接高 低压 系统 的 接 口 设备 在系统中 承上启下 历史 的经验 和教训不断告诉 我们 变压器保护反复在扮演防止事故扩大或直接 扩大事故两种截然不同的角色 在主网的线路 母 线 变压器保护双重化配置后 必须明确 应当大力 简化变压器后备保 护的配置 变压器后备保护不需 要作为双重化配置保护元件 的后备 只应 当作为按 远后 备原则配置保护的母线 线路 的后备 对未配 置母 线保护 的低压母线 只应当作 为按远后备原则 配置保 护的母线 线路 的后 备 对未配置母线保护 的低压母线 变压器保护 中还应 当配置 相应保护段 作 为低 压母 线 的主保 护 跳变压器低 压侧开关 另 配置后备段跳其它开关 对部分 2 2 0 k V 未实现双 重化配 置的母 线 线路 应在 联络变压器保 护中设 置相应后备段 该后备段 的设置和整定 同样应满足 系统稳定性的要求 为保证 变压 器 的运行 安全 考虑 变压 器 内部 故 障时电气量 的不确 定性以及外部故 障切 除时间 的不 确定 性 变压 器还 应当配 置按 其热稳 定性 整 定 的保护 为此 变 压器制造厂应 提供变压器绕组 流过故 障 电流大小 与允许 时间 的关 系 曲线 类似 于发 电机允许 承受负序 的 A值要求 变压器保护 配 置 与整定 时 应根 据此 曲线配 置 与之相适 应 的 保 护 这段 保护不是 电网的短路后备保 护 应该 是 保证变压 器运行安全 的主保 护之一 目前 定型 的 变压器 保护 中配 置 的无方 向过 流保护 难 以起 到 维普资讯 华 北 电力技 术 NORTH C HI NA EL E C TRI C P OW E R 4 5 这种作用 过流保护很 难整定 与变压 器过负荷能 力不 易配合 2 5旁路开关及 其保 护 旁 路开 关 的保 护如何 配置 实 际上应 该取 决 于它所要 带路 的设备 的保护 配置 考虑转带线路 开 关 线路保护 又为双重化配置 时 旁路保护也应 该 按双重 化 的原 则 配置 如果各 线路保 护 都未考 虑 双重化配置 旁路保护 自然也可仅单套 配置 考 虑转带变 压器 开关 变 压器保 护如 能切换 至旁 路 开关的 TA 旁 路保护就不需要双 重化 配置 现在 很 多旁 路开 关仅配 置 了单 套保 护 实 际上在转 带 运 行 时 大大降低 了保 护 的可靠性 和 系统 的安全 性 而运行 实践 中也不 止一 次 出现 过 因旁路保 护 问题被迫将 一次设备停运 的事例 旁路开关 的 TA 如只配置 4组保护 级二次线 圈 在保护接入 时可能会 存在一定 问题 主要原 因 是 旁路 开关 除配 置转 代线 路 用 的保 护外 其 TA 还须满 足转代主变时差动保护 的切换需求 旁路 开 关的两套线路保护用 2组 母差保 护用 2组 主 变保 护用 2组 考虑 两台主变各使用 1组 另一套 保 护 切换 至套 管 TA 或 者两 台主变 的 TA 回路 公用切换 两套保护均切换至旁 路 这样 旁路开 关的 TA 就需要 6组保护 级二次线圈 2 6 保 护的检验 保护的检验 问题 目前是 比较 突出的一个难点 检验时机 检验项 目 检验时间矛盾重重 不 少人 寄 希望于双重化 的保护配置 认为这就可 以解决保护 的检验 问题 了 但从前 面的分 析可见 双重化 的保 护配置不是为 了检验 而是保护 系统正常运行的要 求 换句话说 需要配置双重化保护 的 停运任意一 套 都应视为不正常运行状态 需要尽快恢 复 除非 那些本就对双重化无要求 的厂站 因此 双重化保 护 的检验是需要停运相应 的一次设 备来进行 的 若 用旁路开关转带 其保护也应双重化 为解决检验时间与检验质量的矛盾 必须非 常 重视新安装设备检验及其投运验收 应有合理的标 准 合 同 法规等 规范新安装设备 检验 及其后续 的 考核 新安装设备检验 的时间一般 比较充裕 所 以 应进行 全面检查 力求 全面完整 不应为追求工 程 进度而压缩保护安装调试 的时 间 进 而导致调试质 量 的降低 保护装置正式运行后 进行定期检验 可 结合一次设 备每年 的预试进行 只进行少量针对性 试 验 如接线端子 保护插件等接触不 良问题 同时 应大力推广 自动检验技术的使用 对母差保护 应 以安排 合理 的运行方式 采取 临时保 护措施 检修 人员精心准备等手段来缓和矛盾 要 确 保 整个 继 电保护 系统 时 刻处 在 完 好 状 态 还 需要 特别重 视微 机保护 正