葛洲坝电厂保护及安全自动装置介绍(大江)

1、葛洲坝电厂保护及安全葛洲坝电厂保护及安全 自动装置介绍自动装置介绍 2006年7月2日 葛洲坝电厂保护分部 目录目录 1 基本概念 2 主接线图简介 3 大江厂房保护装置 4 500KV开关站保护装置 5 安全自动装置 6保护相关二次回路 一、基本概念一、基本概念 1 继电保护装置的定义定义 当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统 本身发生了故障或危及其安全运行的事件时，发出告警信号或跳 闸命令，以终止这些事件发展的成套硬件设备。保护电力元件的 称继电保护装置；保护电力系统的称安全自动装置。 为了保护电力运行设备及电力系统的正常运行，任何时候任 何设备都不允许无保护状态运行。 2

2、 继电保护装置的任务任务 将故障的电力设备从电力系统中切除，使其损坏程度减少到 最小，保证无故障电力设备继续正常运行。 反应不正常运行状态，发信号，在无人值班的变电所，保护 可作用于减负荷或延时跳闸。 3 对继电保护装置的基本要求基本要求： 选择性选择性：保护装置选择故障元件的能力。即只切除 故障设备或线路，以保证无故障部分正常运行。 快速性快速性：快速切除故障设备或线路，保证系统的稳 定。 灵敏性灵敏性：对其保护范围内发生故障和不正常状态的 反应能力。 可靠性可靠性：包括安全性（即不拒动）和可信赖性（即 不误动）。安全性是指应该动作的故障不应拒动；可 信赖性是指不应该动作的故障不应误动。 二

3、二 、 主接线图简介主接线图简介 1 大江电厂主接线图简介 葛洲坝电厂共装机21台，大江电厂安装 14台机组， 二江电厂安装7台机组，总容量271.5万千瓦，年均发电 量157亿千瓦时。 大江电厂为扩大单元接线方式，共4个扩大单元14 台机组。500KV开关站采用3/2接线方式，六条进线六 条出线，其中4条进线由大江厂房引入，2条进线通过 联变从二江厂房引入，1条出线（葛凤线）送到武汉凤 凰山，2条出线（葛双I、葛双II）送到荆门的双河变电 站，再由姚双线与河南的姚孟电厂连接，1条出线（葛 岗线）送到湖南的岗市变电站，2条出线（葛换I、葛 换II）与换流站相连，再经超高压直流输电送到上海的兰桥

4、 换流站，与华东网相连。 8F9F10F11F12F13F14F15F16F17F18F19F20F21F 8Z B9Z B10Z B11Z B12Z B13Z B14Z B15Z B16Z B17Z B18Z B19Z B20Z B21Z B 8C B9C B10C B11C B12C B13C B14C B15C B16C B17C B18C B19C B 808809810 811 812 813 814815816817818819820821 825 826827828 832831 25B26B27B28B 8081 80828083 8085 8087 860882518091

5、80928093 8095 8097 8101 81028103 8105 8107 861083118111 81128113 8115 8117 8121 81228123 8125 8127 861282618131 81328133 8135 8137 81418614 81428143 8145 8147 8151 81528153 8155 8157 8161 81628163 8165 8167 861682718171 81728173 8175 8177 8181 81828183 8185 8187 861883218191 81928193 8195 8197 8201

6、82028203 8205 8207 862082818211 82128213 8215 8217 1Y H2Y H 3Y H 1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H1Y H2Y H 3Y H3Y H3Y H3Y H3Y H3Y H 8B10B12B14B16B18B20B 508051005120514051605180 5200 13.8K V 13.8K V13.8K V13.8K V13.8K V13.8K V13.8K V 732

7、731 零 序 1L H 2L H 3L H 4L H 5L H 6L H 7L H 8L H 9L H 1 9L H 2 9L H 3 L H 1 发 差 发 差 发 保 励 磁 测 量 变 差 1 变 差 2 后 备 测 量 过 流 21L H 22L H 1L H 2L H 3L H 4L H 过 流 测 量 变 差 1 变 差 2 变 差 1 变 差 2 变 差 2 测 量 ,过 负 荷 短 差 50086 500867 5008617 50106 501067 5010617 50126 501267 5012617 50146 501467 5014617 50166 501667

8、 5016617 50186 501867 5018617 502067 5011 5012 5013 5021 5022 5023 5031 5032 5033 5041 5042 5043 5051 5052 5053 5061 5062 5063 50111 50112 501117 501127 50121 501217 50122 501227 50131 501317 50132 501327 50136 501367 5013617 50236 502367 5023617 50231 50232 502327 502317 50222 502227 50221 502217 5

9、0212 502127 50211 502117 50116 501167 5011617 50216 5021617 502167 50311 503117 50312 503127 50316 503167 5031617 50321 503217 50322 503227 50331 503317 50336 503367 5033617 50332 503327 50436 504367 5043617 50432 504327 50431 504317 50422 504227 50421 504217 50411 504117 50412 504127 50416 504167 5

10、041617 50511 505117 50512 505127 50521 505217 50522 505227 50531 505317 50532 505327 50536 505367 5053617 50632 506327 50631 506317 50636 506367 5063617 50622 506227 50621 506217 50612 506127 50611 506117 50616 506167 50516 505167 5051617 5061617 5227 5127 5117 5217 500K V500K V 5013D K 1 5013627501

11、3D K 7 5013D K 27 差过 负 荷动 差 过 匝 失 测 动 流 间 灵 量 1W Y H2W Y H3W Y H4W Y H5W Y H6W Y H 9W Y H 10W Y H 葛 凤 线 葛 双 I回 葛 双 II回 葛 常 株 葛 换 II回 葛 换 I回 5033D K 1 5033627 5033D K 7 5033D K 275043D K 27 5043D K 1 5043627 5043D K 7 500K V II 500K V I 11L H 12L H 13L H 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 失 灵 测 量 变

12、差 1 短 差 母 差 1 母 差 2 失 灵 测 量 变 差 1 短 差 线 保 1 线 保 2 失 灵 测 量 母 差 1 母 差 2 线 保 1 线 保 2 7W Y H 251B 35B 335 过 流 33562 3356217 3356117335627 33561 2517 35K V 220K V6K V 来 自 二 江 8W Y H 252B 36B 336 过 流 33662 3366217 3366117336627 33661 2527 35K V 220K V6K V 来 自 二 江 零 序 零 序 测 量 过 负 荷 阻 抗 纵 差 纵 差 差 动 1 差 动 2

13、1-01:大江电厂电气主接线图 差 动 1 差 动 2 差 动 1 差 动 2 8111G 8113G 20022002年初华中电网年初华中电网 地理接线图地理接线图 葛洲坝葛洲坝 隔河岩隔河岩 换流站换流站 华东华东 岗市岗市 复兴复兴 沙坪沙坪 云田云田 民丰民丰 五强溪五强溪 南昌南昌 凤凰山凤凰山 孝感孝感 玉贤玉贤 双河双河 白河白河姚孟姚孟 郑州郑州 牡丹牡丹 嵩山嵩山 获嘉获嘉 斗笠斗笠 龙泉龙泉 万县万县 仓颉仓颉 2 3/2接线方式的特点特点 运行方式灵活多变，操作简便； 投资大，维护工作量大，占地面积大。 3 断路器、隔刀、地刀的编号规律 厂房为8字头，以发电机为核心 开关

14、站为50字头，以线路为核心 与线路有关的隔刀带6字 地刀带7，靠母线侧为7，另为17 01.03 付丽华01.03 01.03 01.03 姚 静 邹功胜 三、大江厂房保护三、大江厂房保护 厂房保护装置主要有 机组保护装置 主变单元保护装置 厂用变保护装置 1 机组保护： 主要主要故障类型故障类型：定子绕组相间短路，定子绕组同一相 匝间短路，定子绕组接地故障，转子一点、两点接地 故障，转子回路低励或失去励磁电流。 不正常不正常工作状态工作状态：过负荷，定子绕组过电流，定子绕 组过电压，三相电流不对称，失步，过励磁等 机组保护机组保护配置情况配置情况 大江电厂机组保护装置为能达公司生产的WYB-

15、 021型微机继电保护装置，包括子一系统、子二系统、 管理机及出口层。 DL 13.8KV L2 L1 L2L2 L1 L2 L1 L2 L1 L2 L1 L2 X01 X02 3 4 1LH 2LH 7LH 8LH LB 1YH2YH F 8000/5A SF125-96/1560 13.8KV 125MW COS=0.875 8000/5A 600/5A 21LH 22LH XQ 发电机差动 负序功率方向、失磁 励磁 至励磁 测量 过流 发电机差动、定子过负荷、低压过流 负序过流 定子接地 L1L1 机组保护电气接线图 子1系统 负序方向 定子接地U0 PT断线 匝间、相间 失磁 定子接地

16、3 子2系统 过电压 负序过流 负序过负荷 低压过流 定子过负荷 子1系统 发电机纵差 DKH FMK 转子过流 转子接地 串并变过流 2ZH 1ZH XQ DL 13.8KV LB L2 L1 21LH 22LH LB 2LH 1LH 5LH 3LH 4LH 8LH 7LH 6LH 大江机组保护配置图 表表1 8F21F机组保护配置机组保护配置 保护配置保护配置动作后果动作后果 子子 一一 系系 统统 纵差保护 1BCJ：跳本DL、停机、灭磁、发信号 过电压 2BCJ：跳本DL 、灭磁、发信号 转子过流 2BCJ：跳本DL 、灭磁、发信号 串并变过流 2BCJ：跳本DL 、灭磁、发信号 低压

17、过流 I 3BCJ：跳开关站1DL、2DL、发信号 低压过流 II4BCJ：跳本DL 、灭磁，并启动主变保护跳整个单 元、发信号 CT断线 发信号 转子过负荷发信号 定子过负荷发信号 定子接地发信号 保护配置保护配置动作后果动作后果 子子 二二 系系 统统 不对称故障 1BCJ：跳本DL、停机、灭磁、发信号 失磁 2BCJ：跳本DL 、灭磁、发信号 串并变过流 (2BCJ：跳本DL 、灭磁)发信号 负序过流 I3BCJ：跳开关站1DL、2DL、发信号 负序过流II 4BCJ：跳本DL 、灭磁，并启动主变保护跳整 个单元、发信号 PT断线 发信号 负序过负荷 发信号 定子接地发信号 出出 口口

18、层层 水机事故 2BCJ：跳本DL 、灭磁、发信号 励磁事故 2BCJ：跳本DL 、灭磁、发信号 保护的保护的作用及原理作用及原理 (1）纵差保护：反应发电机线圈及其引出线的相 间短路。 (2）不对称保护：用于反应定子绕组同一相或分 支短路。 （3）失磁保护：反应发电机端测量阻抗，作为发 电机全失磁或部分失磁保护，三个判据 静稳阻抗 判据 ；无功方向判据 ；变励磁电压判据。 （4）过电压保护：用于反应发电机突然甩掉负荷 时引起定子绕组过电压。 （5）低压过流保护：用于反应发电机外部短路引 起的过电流及负荷超过发电机额定容量引起的三相对 称过负荷。 （6）负序过流保护：用于反应外部不对称短路或

19、不对称故障引起的过电流及过负荷。 （7）转子过流保护：用于反应励磁回路故障或强 励时间过长而引起的转子绕组过负荷。 （8）串并变过流保护：用于反应励磁用串并变发 生故障引起的过电流。 发电机纵差保护发电机纵差保护（故障分量比率制动式） id Wd Wr1Wr2 i1i2 I1I2 图图FC-1 比率制动式纵差保护原理接线比率制动式纵差保护原理接线 Id 不平衡电流 Ir d.min Id.k Ir.min Kr 图FC-2 比率制动特性 Kr Id.min Ir.min Id.k id 不平衡电流 ir 图FC-3 故障分量比率制动特性图 二二 动作逻辑 发电机纵差保护采用故障分量方式，分单相

20、式差动和互锁式 差动（相间），逻辑框图分别如图FC-4，图FC-5。 A相差动 B相差动 Id形成差动速断 比例制动 & + + Ic1,Ic2,Ic3 Ir形成 CT断线 出口 图FC-4 发电机单相差动逻辑 B相差动 A相差动 &1 + 出口 C相差动 &2 &3 图FC-5 发电机相间纵差保护逻辑 说明： 1、图FC-4 中示出C相差动内部逻辑，A、B相内部逻辑同虚框中C 相。 2、图FC-5 中A相差动、B相差动、C相差动内部逻辑图，同图FC-4 虚框中C相。 3、具体选择单相式或相间式差动由保护控制字的D6位决定。当 D6=0时为单相式差动；当D6=1时为相间差动，推荐投相间。 4、

21、CT断线闭锁差动由保护控制字的D0位决定，当D0=0时，CT 断线不闭锁差动；当D0=1时CT断线闭锁差动。且只适用于单相式 差动。 失磁保护动作逻辑失磁保护动作逻辑 1. 失磁保护动作判据（1） 由无功方向、静稳阻抗和PT断线构成，保护动作逻辑如图 SC-6 W &1 发信号 或跳闸 PT断线 &2t/0 Zj 发信号 图SC-6 失磁保护动作逻辑（1） 2. 失磁保护动作判据（失磁保护动作判据（2） 由无功方向、静稳阻抗、转子低压和PT断线构成，保护动作逻辑如 图 SC-7 发信号 PT断线 Zj &1 W&3 发信号 或跳闸 t2/0 Ufd &2 t1/0 + + 0.3s/0 t/0

22、 励磁回路电压 降低信号 图SC-7 失磁保护动作逻辑（2） 3 . 失磁保护动作判据（失磁保护动作判据（3） 由无功方向、静稳阻抗、转子低压、系统低压和PT断线构成，保 护动作逻辑如图 SC-8 Ufd PT断线 +0.3s/0 发信号 t/0 Zj W UsU Z 对相间故障： U OP =U I Z ZD = AB, BC,CA 对接地故障： U OP =U ( I + K 3 I 0 ) Z ZD = A, B,C Z ZD为整定阻抗，一般取0.80.85 倍线路阻抗； U Z为动作门坎，取故障前工作电压的记忆量。 OPU 为保护区内外各点金属性短路时的电压分布，设故 障前系统各点电压

23、一致，即各故障点故障前电压为U Z . 区内故障时， 可见，U OP E F1 ， 继电器动作。 反方向故障时， 可见，U OP E F 2 ， 继电器不动作。 区外故障时， 可见，U OP E F 3 ， 继电器不动作。 工频变化量方向继电器工频变化量方向继电器 RCS-901A由工频变化量方向和零序功率方向继电器,经通道交 换信号构成全线路快速跳闸的方向保护。变化量方向继电器测量电 压、电流故障分量的相位，当测量相角反相位时动作。 其正方向元件测量相角为 其反方向元件测量相角为 其中 为电压、电流变化量的正负序综合分量，无零序分量； 为模拟阻抗； 为补偿阻抗。 D COM ZI ZIU A

24、rg 12 1212 D ZI U Arg 12 12 12 U 12 I D Z COM Z 当正方向故障时，如图，并假设系统的负序阻抗等于正序阻抗， 将工频变化量电压电流分解为对称分量，则 正方向经过渡电阻故障计算图 其中M为转换因子，根据不同的故障类型，装置可选择不同的转换 因子，以提高灵敏度。 设系统阻抗角与 的阻抗角一致，则正方向元件测量相角为 反方向元件测量相角为 可见，正方向故障时，正方向元件可靠动作，反方向元件可靠不动。 S S S ZIU UMUU ZIU ZIU 1212 2112 22 11 D Z 180 0 反方向故障时，如图， 为线路至对侧系统的正序阻抗，将 电压电

25、流分解为对称分量有： 图 反方向故障计算用图 设系统阻抗角与 的阻抗角一致，则正方向元件测量相角为 反方向元件测量相角为 可见，正方向故障时，正方向元件可靠动作，反方向元件可靠 不动 SZ S S S ZIU ZIU ZIU 1212 22 11 D Z 0 180 1. 应用范围 RCS931系列装置为由微机实现的数字式超高压线路成套快速 保护装置，可用作220KV及以上电压等级输电线路的主保护及后备 保护。 2. 保护配置 RCS931系列保护包括以分相电流差动和零序电流差动为主体 的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速I段保护，由 三段式相间和接地距离及多个零序方向过流构成的全套后

26、备保 护，RCS931系列保护有分相出口，配有自动重合闸功能，对 单或双母线接线的开关实现单相重合、三相重合和综合 重合闸。 3.保护程序结构 保护程序结构框图如图所示 主程序 采样程序 故障计算程序正常运行程序 起动？ NY 通信插件（通信插件（COM） 继电器出口继电器出口1插件（插件（OUT1） 本插件提供输出空接点，如下图所示 4 母线保护的配置 母线保护主要元件： 电流差动 失灵保护 CT断线 母线 序号 盘号厂家及型号名称 母 86P 深圳南瑞 BP-2B型母线保护 87P 南京南瑞 RCS-915E型母线保护 母 88P 深圳南瑞 BP-2B型母线保护 89P 南京南瑞 RCS-

27、915E型母线保护 5 断路器保护的配置 断路器保护主要元件： 失灵 三相不一致 死区 充电 重合闸 断路器厂家及型号名称 1DL 2DL 3DL 四方公司 CSI123进线短引线保护 四方公司 CSI121A 数字式综合重合闸装置 四方公司 FCX-22J 分相操作箱 四方公司 CSFU-104选控及信号扩展 6 联变保护的配置 WBZ-500H后备保护主要元件： 500KV侧阻抗 500KV 侧零序方向过流（、） 220KV 侧零序方向过流（、） 35KV 侧过流 500KV过激磁 零序功率方向 母线序号型号名称 251B 252B WBZ-500H 、PST1200 微机变压器保护 WB

28、Z-500H微机变压器保护 非电量保护 7 电抗器保护的配置 电抗器保护主要元件： 电流差动 匝间 分相过流 零序过流 中性点过流 过负荷 母线序号型号名称 DK51 DK52 DK53 国电南自 WDK-600微机电抗器保护 国电南自 WDK-600微机电抗器保护 非电量保护 五、安全自动装置五、安全自动装置 电力系统安全自动装置，是指防止电力系统失 去稳定性和避免电力系统发生大面积停电的自动保 护装置 。 安全自动装置主要有 QWD-96型交流切机稳定装置 QWD直流切机稳定装置 自动重合闸 备自投 1 交直流切机装置介绍 P P0 0 b a 电力系统暂态稳定等面积法则 基本原理 电力系

29、统正常运行时，原动机供给发电机的功率总 是等于发电机送给系统供负荷消耗的功率。如图所示， 当电力系统突然受到某种扰动后，系统运行点由特性 曲线上的a点突变到曲线上的b点，由于动力惯性， 转子加速，若加速面积小于减速面积，系统保持稳定， 反之，系统则失去稳定。这时，我们有几种改善电力 系统稳定的途径： 切机 进行直流调制 投制动电阻 设备序号盘号型号研制单位 系统 稳定 切机、 切负 荷 套84PQWD-96 交流安全稳定控制装置 华中科技大学电力系 套85P QWD-96 交流安全稳定控制装置 华中科技大学电力系 智能 切机 执行 盘 套51FPQWD-96执行机A、B 华中科技大学电力系 交

30、、 直流 稳定 控制 套95P QWD 交直流混合安全稳定控制 装置 华中科技大学电力系 QWD96区域稳定控制装置的输入量包括葛凤线等六 条500KV线路以及大江电厂、二江电厂发电机的交流 量和部分其它开入量，输出量包括直流调制令，投切 制动电阻、切机令及相应的中央信号。其中，发电机 交流量和绝大多数控制量的控制对象在大江厂房，线 路交流量、保护动作量和远切信号采集点则在开关站。 葛洲坝电厂500KV开关站距大江厂房约有3公里（电缆 距离）。为了减少大江厂房与开关站之间的电缆连接， 以及使控制屏不致过于拥挤和便于维护，提高装置的 可靠性，整个装置分为决策机和执行机两部分。决策 机完成开关站5

31、00KV出线的故障检测、识别、查策略 表，将总的切机量传给大江厂房的执行机。执行机根 据现场运行状况进行优化，而后具体决定和执行投切 制动电阻及切机。 QWD交直流混合电力系统稳控装置主要功能包括： 当葛-南线直流系统因极闭锁导致潮流突变时，自 动识别其对系统的影响程度，在葛洲坝电厂就地采取 切机措施，以抑制华中系统的动态频升，特别是防止 发生稳定事故。 当华中系统发生短路或类似故障，导致葛州坝水 电厂发电机组频率升高，则对葛-南线的功率进行快速 调节，减少或避免在交流系统切机。 当华中系统大电源丢失时，如果华东电网频率正 常，则利用葛-南线实现紧急功率支援。 当葛州坝电厂出线短路，则利用葛-

32、南线实现直流 制动，进行暂态稳定控制，减少交流系统的切机量。 交直流切机原理框图 华中网调华中网调HWD上层系统主站上层系统主站 自动决策及在线专家系统 自动计算、自动生成控制策略表 电网运行方式自动识别 通讯接口 通讯接口 QWD型安全稳定型安全稳定 直流切机装置直流切机装置 A机机 QWD型安全稳定型安全稳定 直流切机装置直流切机装置 B机机 切机、切负荷、制动、解列 中央信号：启动、动作、异常、 直流消失 (双通道) 葛洲坝交直流切机原理框图葛洲坝交直流切机原理框图 500KV开关站开关站 QWD型安全稳定控制决型安全稳定控制决 策装置策装置 90P、94P 打印机 隔离变换 隔离变换 光电隔离 葛 洲 坝 回 线 状 态 量 光隔驱动双重隔离 及出口中间 隔离变换 隔离变换 光电隔离 葛 洲 坝 回 线 状 态 量 大江电厂大江电厂 QWD型安全稳定控制执型安全稳定控制执 行装置行装置(A机机, B机机) 50P 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:12-Jun-2002Sheet of File:E:LHJMAINDJ.SCHDrawn By: 葛洲坝大江电厂 葛洲坝二江电厂 葛洲坝换流站 葛换