《防止继电保护事故》.ppt
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1、18.防止继电保护事故华北电力科学研究院有限责任公司 刘苗18.1 在一次系在一次系统规划建划建设中,中,应充分考充分考虑继电保保护的适的适应性,避免出性,避免出现特殊接特殊接线方式造成方式造成继电保保护配置及整定配置及整定难度的增加,度的增加,为继电保保护安全可靠运行安全可靠运行创造良好条件。造良好条件。18.2 涉及涉及电网安全、网安全、稳定运行的定运行的发、输、配及重、配及重要用要用电设备的的继电保保护装置装置应纳入入电网网统一一规划、划、设计、运行、管理和技、运行、管理和技术监督。督。18.3 继电保保护装置的配置和装置的配置和选型,必型,必须满足有关足有关规程程规定的要求,并定的要求
2、,并经相关相关继电保保护管理部管理部门同意。保同意。保护选型型应采用技采用技术成熟、性能可成熟、性能可靠、靠、质量量优良的良的产品。品。继电保护是电网的重要组成部分,上述条款强调了电力系统一、二次设备的相关性,要求将涉及电网安全、稳定运行的发、输、配及重要用电设备的继电保护装置纳入电网统一规划、设计、运行、管理和技术监督;要求在规划阶段就做好一、二次设备选型的协调,充分考虑继电保护的适应性,避免出现特殊接线方式造成继电保护配置和整定计算困难,保证继电保护设备能够正确地发挥作用;明确了专业主管部门在设备选型工作中的责任和义务,强调继电保护装置的选型必须按照相关规定进行,选用技术成熟、性能可靠、质
3、量优良的产品。18.4 电力系力系统重要重要设备的的继电保保护应采用双重化采用双重化配置。双重化配置的配置。双重化配置的继电保保护应满足以下基足以下基本要求:本要求:18.4.1 依照双重化原依照双重化原则配置的两套保配置的两套保护装置,每套装置,每套保保护均均应含有完整的主、后含有完整的主、后备保保护,能反,能反应被保被保护设备的各种故障及异常状的各种故障及异常状态,并能作,并能作用于跳用于跳闸或或给出信号;宜采用主、后一体的出信号;宜采用主、后一体的保保护装置。装置。18.4.2 330kV及以上及以上电压等等级输变电设备的保的保护应按双重化配置;按双重化配置;220kV电压等等级线路、路
4、、变压器、高器、高压电抗器、串抗器、串联补偿装置、装置、滤波器等波器等设备微机保微机保护应按双重化配置;除按双重化配置;除终端端负荷荷变电站外,站外,220kV及以上及以上电压等等级变电站的站的母母线保保护应按双重化配置。按双重化配置。18.4.3 220kV及以上及以上电压等等级线路路纵联保保护的通道的通道(含光(含光纤、微波、微波、载波等通道及加工波等通道及加工设备和和供供电电源等)、源等)、远方跳方跳闸及就地判及就地判别装置装置应遵循相互独立的原遵循相互独立的原则按双重化配置。按双重化配置。18.4.4 100MW及以上容量及以上容量发电机机变压器器组应按双按双重化原重化原则配置微机保配
5、置微机保护(非(非电量保量保护除外);除外);大型大型发电机机组和重要和重要发电厂的启厂的启动变保保护宜宜采用双重化配置。采用双重化配置。18.4.5 两套保两套保护装置的交流装置的交流电流流应分分别取自取自电流互流互感器互相独立的感器互相独立的绕组;交流;交流电压宜宜分分别取自取自电压互感器互相独立的互感器互相独立的绕组。其保。其保护范范围应交叉重叠,避免死区。交叉重叠,避免死区。18.4.6 两套保两套保护装置的直流装置的直流电源源应取自不同蓄取自不同蓄电池池组供供电的直流母的直流母线段。段。18.4.7 有关断路器的有关断路器的选型型应与保与保护双重化配置相适双重化配置相适应,220kV
6、及以上断路器必及以上断路器必须具具备双跳双跳闸线圈机构。两套保圈机构。两套保护装置的跳装置的跳闸回路回路应与断路与断路器的两个跳器的两个跳闸线圈分圈分别一一一一对应。18.4.8 双重化配置的两套保双重化配置的两套保护装置之装置之间不不应有有电气气联系。与其他保系。与其他保护、设备(如通道、失灵保(如通道、失灵保护等)配合的回路等)配合的回路应遵循相互独立且相互遵循相互独立且相互对应的原的原则,防止因交叉停用,防止因交叉停用导致保致保护功能的功能的缺失。缺失。18.4.9 采用双重化配置的两套保采用双重化配置的两套保护装置装置应安装在各安装在各自保自保护柜内,并柜内,并应充分考充分考虑运行和运
7、行和检修修时的的安全性。安全性。本节明确规定了继电保护双重化配置的基本原则。实施继电保护双重化配置的目的一是在一次设备出现故障时,防止因继电保护拒动给设备带来进一步的损坏;二是在保护装置出现故障、异常或检修时避免因一次设备缺少保护而导致不必要的停运。前者是提高保护的完备性,有效防止设备损害;后者主要是保证设备运行的连续性,提高经济效益。以单一主设备作为双重化保护的基本配置单元,既能保证保护设备的可依赖性,同时一旦其中一套保护装置发生误动作,其所带来后果影响范围最小。18.5 智能智能变电站的保站的保护设计应遵循相关遵循相关标准、准、规程和反措的要求。程和反措的要求。智能变电站是近几年随着科学技
8、术发展而出现的新型式的变电站,虽然变电站二次系统的构成与传统变电站相比发生了一些变化,但赋予继电保护的基本任务没有改变,智能变电站的保护装置仍然必须遵守继电保护的“四性”原则。在智能变电站技术研究的初期,由于缺乏统一的技术标准,各单位的智能变电站在构成上形式各异。按照国网公司关于统一智能变电站标准的要求,国调中心组织专家进行了多次专题研讨,出台了智能变电站继电保护技术规范(Q/GDW 441-2010),、的内容是该规范的部分主要原则。18.6 继电保保护设计与与选型型时须注意以下注意以下问题:保保护装置直流空气开关、交流空开装置直流空气开关、交流空开应与上一与上一级开关及开关及总路空开保持路
9、空开保持级差关系,防止由于差关系,防止由于下一下一级电源故障源故障时,扩大失大失电元件范元件范围。保护屏柜上直流电源空气开关与直流分电屏的总开关是串联关系,当某保护屏内直流回路发生短路时,该保护屏柜上直流电源回路的空气开关应先于直流分电屏总开关动作,以防止保护屏柜内保护装置失去电源。保护屏柜上交流电压回路空气开关与交流电压回路的总开关是串联关系,当某保护屏内电压回路发生断路时,该保护屏柜上交流电压回路的空气开关应先于电压回路总开关动作,以减少对其它保护装置的影响。继电保保护及相关及相关设备的端子排,宜按照功能的端子排,宜按照功能进行分区、分段布置,正、行分区、分段布置,正、负电源之源之间、跳、
10、跳(合)(合)闸引出引出线之之间以及跳(合)以及跳(合)闸引出引出线与正与正电源之源之间、交流、交流电源与直流回路之源与直流回路之间等等应至少采用一个空端子隔开。至少采用一个空端子隔开。为提高保护装置的动作速度,在现代保护装置中,大多数采用了动作速度较快的出口继电器,当站用直流系统中串入交流信号时,将可能会影响保护装置的动作行为,特别是对于直接采用站用直流作为动作电源、经长电缆直接驱动的出口继电器,更容易误动作。近年来由于交流串入直流回路而造成误动的事故屡见不鲜。应根据系根据系统短路容量合理短路容量合理选择电流互感器的流互感器的容量、容量、变比和特性,比和特性,满足保足保护装置整定配合装置整定
11、配合和可靠性的要求。新建和和可靠性的要求。新建和扩建工程宜建工程宜选用具用具有多次有多次级的的电流互感器,流互感器,优先先选用用贯穿(倒穿(倒置)式置)式电流互感器。流互感器。差差动保保护用用电流互感器的相关特性宜一致。流互感器的相关特性宜一致。差动保护原理的基础是:无故障时被保护设备各侧的差电流为零。虽然目前生产的差动保护可利用软件对互感器的误差进行适度的修正,但修正范围有限。为保证差动保护动作的正确性,应尽量保证差动保护各侧电流互感器暂态特性、相应饱和电压的一致性,以提高保护动作的灵敏性,避免保护的不正确动作。所有保护装置对外部输入信号适应范围都有一定的要求,合理地选择电流互感器容量、变比
12、和特性,有助于充分发挥保护功能,利于整定配合,提高继电保护选择性、灵敏性、可靠性和速动性。应充分考充分考虑电流互感器二次流互感器二次绕组合理分配,合理分配,对确确实无法解决的保无法解决的保护动作死区,在作死区,在满足系足系统稳定要求的前提下,可采取起定要求的前提下,可采取起动失灵和失灵和远方跳方跳闸等后等后备措施加以解决。措施加以解决。电流互感器的安装位置决定了继电保护装置的保护范围,当采用外附电流互感器时,不可避免会存在快速保护的“死区”。如当电流互感器装设于断路器的线路侧时,断路器与互感器之间的故障,虽然母差保护能将断路器断开,但对于线路保护而言属区外故障,故障点会依然存在,此时应通过远方
13、跳闸保护将线路对侧断路器跳开切除故障。电流互感器二次绕组的装配位置同样也决定了继电保护装置的保护范围,选择电流互感器的二次绕组,应考虑保护范围的交叉,避免在互感器内部发生故障时出现“死区”。18.6.6 双母双母线接接线变电站的母差保站的母差保护、断路器失灵、断路器失灵保保护,除跳母,除跳母联、分段的支路外,、分段的支路外,应经复合复合电压闭锁。双母线接线的变电站,一旦母差保护或断路器失灵保护动作,势必会损失负荷,加装复合电压闭锁回路是防止母差或失灵保护误动的重要措施。对于微机型的母差、失灵保护,复合电压闭锁可有效地防止电流互感器二次回路断线等外部原因造成保护误动。变压器、器、电抗器宜配置抗器
14、宜配置单套非套非电量保量保护,应同同时作用于断路器的两个跳作用于断路器的两个跳闸线圈。未采用就地圈。未采用就地跳跳闸方式的方式的变压器非器非电量保量保护应设置独立的置独立的电源回路(包括直流空气小开关及其直流源回路(包括直流空气小开关及其直流电源源监视回路)和出口跳回路)和出口跳闸回路,且必回路,且必须与与电气量保气量保护完全分开。当完全分开。当变压器、器、电抗器采用就地跳抗器采用就地跳闸方式方式时,应向向监控系控系统发送送动作信号。作信号。主变压器的非电量保护应防水、防油渗漏、密封性好。为防止由于转接端子绝缘破坏造成保护误动。非电量保护的跳闸回路应同时作用于两个跳闸线圈,且驱动两个跳闸线圈的
15、跳闸继电器不宜为同一个继电器。非电量保护不起动失灵保护,主变压器非电量保护的工作电源(包括直流空气小开关及其直流电源监视回路)及其出口跳闸回路不得与电气量保护共用。非非电量保量保护及及动作后不能随故障消失而立即返作后不能随故障消失而立即返回的保回的保护(只能靠手(只能靠手动复位或延复位或延时返回)不返回)不应启启动失灵保失灵保护。非电量保护不起动失灵保护,个别进口保护在动作后只能靠手动复位或装置内设定延时复位,易造成失灵保护误动。18.6.9 500kV及以上及以上电压等等级变压器低器低压侧并并联电抗抗器和器和电容器、站用容器、站用变压器的保器的保护配置与配置与设计,应与一次系与一次系统相适相
16、适应,防止,防止电抗器和抗器和电容器故容器故障造成主障造成主变压器的跳器的跳闸。变电站内用于无功补偿的电容器、电抗器以及站用变压器等设备应通过各自的断路器接至主变低压侧母线,并配备相应的保护,保护定值与主变的低压侧保护相配合,应注意防止低压侧设备故障时由于主变保护越级而扩大事故停电范围。站用变压器不可通过一次熔断器直接接至主变低压侧母线,站用变压器低压侧不应直接通过电缆接至站用电小室母线。线路路纵联保保护应优先采用光先采用光纤通道。双回通道。双回线路路采用同型号采用同型号纵联保保护,或,或线路路纵联保保护采用双采用双重化配置重化配置时,在回路,在回路设计和和调试过程中程中应采取采取有效措施防止
17、保有效措施防止保护通道交叉使用。分相通道交叉使用。分相电流差流差动保保护应采用同一路由收采用同一路由收发、往返延、往返延时一致的一致的通道。通道。线路的纵联保护是由线路两侧的保护装置和通道构成一个整体,如不同纵联保护交叉使用通道,将会造成保护装置不正确动作。目前的线路纵差保护大都利用信号在通道上的往返时间计算单程通道传输时间,线路两侧的保护装置分别根据单程通道传输时间确定各自侧采样值的存储时间,以保证进行差电流计算的两侧采样值取自同一时刻,如果线路纵差保护的往返路由不一致,通道往返延时不同,则有可能产生计算错误,在重负荷或区外故障时,造成保护误动。18.6.11 220kV及以上及以上电气模气
18、模拟量必量必须接入故障接入故障录波器,波器,发电厂厂发电机机变压器不器不仅录取各取各侧的的电压、电流,流,还应录取公共取公共绕组电流、中性点零序流、中性点零序电流流和中性点零序和中性点零序电压。所有保。所有保护出口信息、通道出口信息、通道收收发信情况及开关分合位情况等信情况及开关分合位情况等变位信息位信息应全全部接入故障部接入故障录波器。波器。故障录波报告是进行事故分析的重要依据,特别是在进行复杂事故分析或保护不正确动作分析时更是如此。为全面反映发电机组在事故或异常情况下运行工况,机组录波除接入相关电气量、接点信号外,还需接入励磁系统相关电流、电压,接入热工保护跳闸触点等与机组运行相关的信息。
19、除此之外,机组录波还应适当接入电网侧的相关信息,以便对应分析机组在电网发生故障或出现异常时的运行状况及保护动作行为。18.6.12 对闭锁式式纵联保保护,“其它保其它保护停信停信”回路回路应直直接接入保接接入保护装置,而不装置,而不应接入收接入收发信机。信机。对于闭锁式的线路纵联保护,当故障发生在电流互感器与断路器之间时,本侧由母差保护动作,对侧需要通过“停信”来促使线路对端的保护跳闸,以切除故障。为此,在线路保护与收发信机均设有“其它保护停信”的开入端。保护装置上的“其它保护停信”开入信号会经过抗干扰处理后,通过保护内部的停信回路向收发信机发出停信命令;而收发信机则直接利用“其它保护停信”开
20、入信号停信,未对干扰信号进行有效处理,使收发信机误停信造成线路保护误动事故。18.6.13 220kV及以上及以上电压等等级的的线路保路保护应采取措施,采取措施,防止由于零序功率方向元件的防止由于零序功率方向元件的电压死区死区导致零致零序功率方向序功率方向纵联保保护拒拒动。零序功率方向元件一般设有零序电压门槛,对于一侧零序阻抗较小的长线路,在发生经高阻接地故障时,可能会由于该侧零序电压较低而形成一定范围的死区,从而造成纵联零序方向保护拒动。为实现全线速动,当采用纵联零序方向保护时,应采取有效措施消除该死区,但由于正常运行时存在不平衡电压,不能采取过分降低零序电压门槛的方法,否则可能会造成保护误
21、动。18.6.14 发电厂升厂升压站站监控系控系统的的电源、断路器控制回源、断路器控制回路及保路及保护装置装置电源,源,应取自升取自升压站配置的独立站配置的独立蓄蓄电池池组。升压站内应设置独立蓄电池组,且不能与厂内机组、外围附属设备共用,防止由于其它系统设备直流隐患(如交、直流混线,直流接地等),造成全站停电事故。18.6.15 发电机机-变压器器组的阻抗保的阻抗保护须经电流元件流元件(如如电流突流突变量、量、负序序电流等流等)启启动,在,在发生生电压二二次回路失次回路失压、断、断线以及切以及切换过程中交流或直流程中交流或直流失失压等异常情况等异常情况时,阻抗保,阻抗保护应具有防止具有防止误动
22、措施。措施。阻抗保护作为发电机-变压器组的后备保护,具有保护范围广、动作时间相对较长及动作切除设备多的特点,如果误动或拒动,都会造成多回路停电或停电事故扩大化。因此,阻抗保护须经电流突变、负序电流等启动,保证其在发生区内故障时可靠动作;另外,为防止电压互感器二次回路断线及直流消失造成的阻抗保护误动作,应设置交流电压断线闭锁功能及直流电源消失闭锁装置动作出口的措施。18.6.16 200MW及以上容量及以上容量发电机定子接地保机定子接地保护宜将宜将基波零序基波零序过电压保保护与三次与三次谐波波电压保保护的出的出口分开,基波零序口分开,基波零序过电压保保护投跳投跳闸。因绝缘损坏而造成定子绕组发生单
23、相接地是发电机较为常见的故障之一。发电机通常采用基波零序保护做为发电机定子接地故障的主保护,但该保护的范围为由机端至中性点的95%左右。虽然,由于发电机中性点附近电压较低,发生绝缘损坏的故障概率可能较低,但在定子水内冷机组中由于漏水等原因造成中性点附近定子接地的可能依然存在,如果未被及时发现,再发生第二点接地时,将造成发电机的严重损坏。为此,发电机通常采用由基波零序保护和三次谐波电压保护共同构成100%定子接地保护。发电机的三次谐波与机组及外部设备等多因素有关,特别是在投产初期,很难将其整定值设置正确。考虑到中性点附近发生接地故障时,接地电流较小,零序电压较低,为防止三次谐波电压保护误动切机,
24、建议将发电机定子接地保护的基波零序保护与三次谐波电压保护的出口分开,基波零序保护投跳闸,三次谐波电压保护投信号。案例:2012年1月7日,某电厂2号发电机两套保护均发出“100%定子接地保护启动”,信号不保持,时有时无。退出保护后检查,发电机中性点TV根部二次线垫圈松动,导致测量的三次谐波电压在2.63.8V之间变化。更换垫圈后故障消除。若此时此保护投跳闸很可能会引起误动。采用零序采用零序电压原理的原理的发电机匝机匝间保保护应设有有负序方向序方向闭锁元件。元件。对未引出双星形中性点的发电机,在发电机出口装设一组专用全绝缘电压互感器,其一次绕组中性点直接与发电机中性点相连接而不接地,用零序电压原
25、理构成发电机匝间保护。当发电机内部发生匝间短路或对中性点不对称的各种相间短路时,产生对中性点的零序电压,使匝间保护动作。当发电机外部短路故障时,对中性点的零序电压中三次谐波电压随短路电流增大,有可能造成匝间保护误动作。因此,根据短路故障时产生的负序功率方向,作为发电机匝间保护的闭锁条件,防止其在区外故障时发生误动作。18.6.18 并网并网电厂均厂均应制定完制定完备的的发电机机带励磁失步振励磁失步振荡故障的故障的应急措施,急措施,300MW及以上容量的及以上容量的发电机机应配置失步保配置失步保护,在,在进行行发电机失步保机失步保护整定整定计算和校算和校验工作工作时应能正确区分失步振能正确区分失
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