220kV母线保护解析课件.ppt
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- 220 kV 母线 保护 解析 课件
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1、220kV母线保护知识姜俊峰2009年10月母线保护的重要性p母线保护对系统安全、稳定运行至关重要。p一旦投入运行后,就很难有全面停电的机会进行检验。因此,对母线差动保护在设计、安装、调试和运行的各个阶段都应加强质量管理和技术监督,无论在新建工程,还是扩建和技改工程中都应保证母线差动保护不留隐患地投入运行。特别是设备投产前的验收与交接试验工作,其中带断路器传动的出口跳闸回路准确性校验尤为重要。p母线差动的跳断路器的试验,允许用导通方法分别证实到每个断路器接线的正确性。母线保护双重化p为确保母线差动保护检修时母线不至失去保护、防止母线差动保护拒动而危及系统稳定和事故扩大,在220kV及以上母线应
2、采用双重化保护配置。每条母线应采用两套含失灵保护功能的母线差动保护,并安装在各自的屏柜内。保护双重化的涵义p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p每套完整、独立的保护装置应能处理可能发生的所有类型的故障。两套保护之间不应有任何电气联系,充分考虑到运行和检修时的安全性,当一套保护退出时不应影响另一套保护的运行。220kV母线保护知识p母线保护的二次回路pBP-2B微机母线保护装
3、置微机母线保护的二次回路p直流电源(110VDC、220VDC)p模拟量开入(电流、电压)p数字量开入(开关量,包括压板、把手、开关、刀闸位置)p开出(跳闸、启动录波、后台信号)p其他(通讯、对时、交流设备等)直流电源p双重化配置保护装置的直流电源应取自不同蓄电池组供电的直流母线段。p双重化配置的两套保护与断路器的两组跳闸线圈一一对应时,其保护电源和控制电源必须取自同一组直流电源。p双重化配置的两套保护与断路器的两组跳闸线圈一一对应,如主I保护对应第一组跳闸线圈,主II保护对应第二组跳闸线圈,主I保护和第一组跳闸线圈应取自同一组直流电源,主II保护和第二组跳闸线圈应取自另一组直流电源。若出现保
4、护电源和控制电源交叉情况,第一组直流电源失压时造成主I保护和断路器第二组跳闸线圈均无电源,则保护无法动作切除故障。电流回路p每套母差的交流电流应分别取自电流互感器互相独立的绕组,其保护范围应交叉重叠,避免死区。p为防止主保护存在动作死区,两个相邻设备保护(线路保护、变压器保护、母线保护、断路器失灵保护等)之间的保护范围应完全交叉;同时应注意避免当一套保护停用时,出现被保护区内故障时的保护动作死区。电压回路p一次设备具备条件的双重化配置保护装置,交流相电压也应分别取自电压互感器互相独立的绕组。p双母线接线的母线保护,应设有电压闭锁元件。p对数字式母线保护装置,可在起动出口继电器的逻辑中设置电压闭
5、锁回路,而不在跳闸出口接点回路上串接电压闭锁触点p为了防止差动继电器误动作或误碰出口中间继电器造成母线保护误动作,故采用电压闭锁元件。实践表明,电压闭锁元件是一种有效的防误措施。数字量开入p用于母线差动保护的断路器和隔离刀闸的辅助接点、切换回路、辅助变流器以及与其他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。p微机型母线保护的判别母线运行方式的开关量输入接点采用开关场地母线刀闸和开关的辅助接点,不采用经过重动的电压切换接点和跳闸位置TWJ接点,开关量电源采用直流220V或110V。p判别母线运行方式的开关量输入接点采用开关场地母线刀闸和开关的辅助接点,不采用经过重动的电压切换接点和跳
6、闸位置TWJ接点,一方面可防止重动继电器及其辅助接点发生故障时导致母差或失灵保护发生误动,另一方面可有效简化母差保护外部回路,提高双重化配置的两套母差保护之间回路的独立性。p从开关场地引母线刀闸和开关的辅助接点到控制室保护屏是一个长距离的电气传输过程,为抗电磁干扰,使用强电源(直流220V或110V)作为开关量电源。p运行经验表明,采用电压切换回路判别母线运行方式的做法由于回路复杂,增大了运行、调试中的风险。系统中也曾多次发生由此间接引起的误动事故。开出p每套母差保护出口各作用于一个跳圈,简化了二次回路,保证回路间的相互独立,有效避免寄生回路的产生,可靠性没有降低。母差启动运跳p母线发生故障(
7、除一个半断路器接线外),母差保护动作后,对于不带分支且有纵联保护的线路,应利用线路纵联保护促使对侧跳闸(闭锁式纵联保护采用母差保护动作停信;允许式纵联保护采用母差保护动作发信;光纤纵差保护采用母差保护动作直跳对侧或强制本侧电流置零)。对于该母线上的变压器,除利用母差保护动作接点跳本侧断路器外,还应将另一副母差保护动作接点开入失灵保护,实现主变断路器失灵跳各侧。p第一句的反措是为了发生母线故障,母线保护动作但有断路器失灵时,除本侧母线失灵保护动作使本侧系统脱离故障点外,可通过该失灵断路器所在线路的纵联保护采取措施(闭锁式采用母差保护动作停信;允许式采用母差保护动作发信;纵差采用母差保护动作直跳对
8、侧或强制本侧电流置零),使对侧纵联保护跳闸,快速切除故障。另外,也保证以下情况保护正确切除故障:当母线故障发生在线路的电流互感器和断路器之间时(如下图故障点F1所示),对于故障侧线路纵联保护来说是反向故障,母线保护虽然正确动作(如图跳开2202开关),但故障点依然存在,此时,依靠母线保护动作接点通知线路纵联保护采取措施(闭锁式采用母差保护动作停信;允许式采用母差保护动作发信;纵差采用母差保护动作直跳对侧或强制本侧电流置零),使对侧保护动作切除故障。BP-2B微机母线保护装置特点介绍复式比率差动原理母线的其他保护配置硬件概述主接线形式定值整定装置调试研制背景BP-2B型微机母线保护是深圳南瑞科技
9、有限公司研制开发,是BP-2A型微机母线保护的升级产品。BP型微机母线保护在国内运行超过二千套。BP-2B型微机母线保护继承了原有的保护原理和运行经验,在装置硬件和结构上做了进一步的改进。适用范围nBP-2B微机母线保护装置,适用于500kV及以下电压等级,包括单母线、单母分段、双母线、双母分段以及3/2接线在内的各种主接线方式,最大主接线规模为36个间隔。n实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵(或死区)保护、母联非全相以及断路器失灵保护出口等功能。特点介绍p母线保护差动元件由分相复式比率差动判据和分相突变量复式比率差动判据构成。p复式比率差动判据由于在制动量的计算中引入了差
10、电流,使其在母线区外故障时有很强的制动特性,在母线区内故障时无制动,因此能更明确的区分区外故障和区内故障。特点介绍p差动元件采用电流故障分量分相差动构成复式比率差动判据n为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响n进一步减少故障前系统电源功角关系对保护动作特性的影响n提高保护切除经过渡电阻接地故障的能力n故障分量为当前电流采样值减一周波前的采样值。故障分量复式比率差动判据仅在故障启动后的第一周波内投入。并受低制动系数的复式比率差动判据闭锁特点介绍p母线运行方式的电流校验n本装置引入隔离刀闸的辅助接点实现对母线运行方式的自适应。n同时用各支路电流和电流分布来校验刀闸辅助接点的正确性n当发现刀闸辅助
11、接点状态与实际不符,即发出“开入异常”告警信号n在状态确定的情况下自动修正错误的刀闸接点特点介绍p抗CT饱和n为防止母线差动保护在母线近端发生区外故障时,由于TA严重饱和出现差电流的情况下误动作,本装置根据TA饱和发生的机理、以及TA饱和后二次电流波形的特点设置了TA饱和检测元件,用来判别差电流的产生是否由区外故障TA饱和引起。n该饱和检测元件可以称之为自适应全波暂态监视器。该监视器判别区内故障情况下截然不同于区外故障发生TA饱和情况下Id元件与Ir元件的动作时序,以及利用了TA饱和时差电流波形畸变和每周波都存在线形传变区等特点,可以准确检测出饱和发生的时刻,具有极强的抗TA饱和能力。特点介绍
12、p母线分列运行的考虑n故障时有较大电流流出时,大差比率系数采用比率系数低值定值,提高差动保护的灵敏度。n封母联CT,以保证死区故障的速动性和可靠性。特点介绍p装置硬件配置n装置采用标准整体机箱,分三层固定,整体面板。n强电机箱后面连接。n弱电在机箱前面布置。n插件按母线上的元件设计,配置灵活,易于扩展。n插件互换性强,各主要插件可完全互换,调试及维护方便。n各电源模块完全独立。n独立的电压闭锁元件。特点介绍p辅助功能大液晶屏幕,320240点阵,显示内容丰富菜单窗口事件记录主接线图录波波形自检信息提供两个通讯口,103规约提供GPS校时接口技术参数p保护整组动作时间小于15ms。p介质强度实验
13、GB14598.11,级p冲击电压实验GB14598.12,级p辐射电磁场干扰GB14598.9,级p快速瞬变干扰GB14598.10,级p脉冲群干扰实验GB14598.13,级p静电放电实验GB14598.14,级GO TOP“和电流”与“差电流”p和电流p差电流mjIjIr1mjIjId1起动元件1、和电流突变量判据:2、差电流越限判据:3、起动元件返回判据:IdsetirIdsetId IdsetId75.0差动元件p复式比率差动判据动作表达式:)1(IdsetId)2()(IdIrKrIdIdIr-IdIdsetKr其中Id为母线上各元件的矢量和,即差电流。Ir为母线上各元件的标量和,
14、即和电流。Idset为差电流门坎定值;Kr为复式比率系数(制动系数)若忽略CT误差和流出电流的影响,在区外故障时,Id=0,0/Ir为0;在区内故障时,Id=Ir,Id/0为。由此可见,复式比率差动继电器能非常明确地区分区内和区外故障,Kr值的选取范围达到最大,即从0到。复式比率差动判据p若考虑区内故障时有Ext%的总故障电流流出母线,则此时的比率制动系数为:Kr=Id/(Id+Ext%Id+Ext%Id-Id)=1/(2Ext%)IdExt%IdId+Ext%Id复式比率差动判据p若考虑区外故障时故障支路的CT误差达到,而其余支路的CT误差忽略不计,则此时的比率制动系数为 Kr=/(1+1-
15、)=/(2-2)若令总流入电流为1,则 总流出电流为1,差电流为 1-1复式比率差动判据p复式比率系数Kr和故障支路误差、区内故障时流出母线电流占总故障电流的比例Ext%之间的关系表:KrExt%14067220803158541288该表含义是,Kr与Ext成反比,即Kr选值越大在区内故障时允许流出母线的电流占总故障电流的份额越小;Kr选值越大在区外故障时允许故障支路的最大CT误差越大。当Kr整定为2时,在区外故障时允许故障支路的最大CT误差为80%而母差不会误动,在区内故障时允许20%以下的总故障电流流出母线而母差不会拒动。其余类推。故障分量复式比率差动判据p故障分量复式比率差动判据动作表
16、达式为:)()()(NkikikimjIjId1mjIjIr1)1(IdsetId )2()(IdIrKrId )3(IdsetId )4()(5.0IdIrId原理与作用p根据叠加原理,故障分量电流有以下特点:a.母线内部故障时,母线各支路同名相故障分量电流在相位上接近相等(即使故障前系统电源功角摆开)。b.理论上,只要故障点过渡电阻不是,母线内部故障时故障分量电流的相位关系不会改变。p为有效减少负荷电流对差动保护灵敏度的影响,为进一步减少故障前系统电源功角关系对保护动作特性的影响,提高保护切除经过渡电阻接地故障的能力,本装置采用电流故障分量分相差动构成复式比率差动判据。TA(电流互感器)饱
17、和检测元件 p为防止母线差动保护在母线近端发生区外故障时,由于TA严重饱和出现差电流的情况下误动作,本装置根据TA饱和发生的机理、以及TA饱和后二次电流波形的特点设置了TA饱和检测元件,用来判别差电流的产生是否由区外故障TA饱和引起。p该饱和检测元件可以称之为自适应全波暂态监视器。该监视器判别区内故障情况下截然不同于区外故障发生TA饱和情况下Id元件与Ir元件的动作时序,以及利用了TA饱和时差电流波形畸变和每周波都存在线形传变区等特点,可以准确检测出饱和发生的时刻,具有极强的抗TA饱和能力。电压闭锁元件setUUsetUUUsetUab22003 Uset、U0set、U2set分别为各电压闭
18、锁定值。三个判据中的任何一个被满足,该段母线的电压闭锁元件就会动作,称为复合电压元件动作复合电压元件动作。本元件瞬时动作,动作后自动展宽40ms再返回。差动元件与失灵元件动作出口经相应母线段的相关复合电压元件闭锁。Uab为母线线电压3U0为母线三倍零序电压U2为母线负序电压故障母线选择逻辑 p差动保护使用大差比率差动元件作为区内故障判别元件;使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。p母线分列运行:大差比率差动元件自动转用比率制动系数低值p母线互联运行:小差比率差动元件自动退出保护不进行故障母线的选择,一旦发生故障同时切除两段母线。故障母线选择逻辑与与与或与与 全波饱和检测或I母差动复合电压动
19、作与 I母出口KzKr 5.0KrzKKr15.01KrIdsetIrIdsetId KzKr zKKr1Ir:和电流突变量Id:差电流突变量Id:差电流起动元件Ir:和电流突变起动元件Kr:大差突变量比率差动元件Kr:大差复式比率差动元件Kr1:I母突变量比率差动元件Kr1:I母复式比率差动元件Kz:大差比率制动系数Kz:小差比率制动系数差回路的构成p差动回路是由一个母线大差动和几个各段母线小差动所组成的;p大差动是指除母联开关和分段开关以外的母线上所有其余支路电流所构成的差动回路;p某段母线小差动是指与该段母线相连接的各支路电流构成的差动回路,其中包括了与该段母线相关联的母联开关和分段开关
20、;p母线上所有元件极性相同,母联CT极性同II母线上元件极性;p大差动判别母线故障,小差动判别故障母线。差回路的构成p并列运行时倒闸操作:n可预先投互联压板;n可预先设定保护控制字中的“强制母线互联”软压板,强制母线互联;n或依靠刀闸辅助接点自适应倒闸操作;n此时差动回路改为一个母线大差动。差回路的构成p母线分列运行时:n可分列运行后投分列压板强制(注意预合母联开关前,应将压板退出);n或依靠母联开关接点自适应分列运行操作(仅常闭接点合,常开接点断,装置认为母联开关断开);n此时母联电流退出小差动回路;n大差比率制动系数降为低值;GO TOP母线的其他保护配置p母联(分段)失灵和死区保护;p母
21、联(分段)充电保护;p母联(分段)过流保护;p电流回路断线闭锁;p电压回路断线告警;p断路器失灵保护出口;母联(分段)失灵、死区保护延时50ms 差动动作 充电动作 母联失灵延时 或或 封母联TA 母联失灵过流 母联开关分位 大差复式比率动作 I母小差复式比率动作 I母差动复合电压 与II母小差复式比率动作 II母差动复合电压 与与与I母出口 II母出口死区失灵母联(分段)充电保护 充电保护投入或充电出口延时 与跳母联IcIka IcIkbIcIkc有流门坎为 0.04InIka:母联A相电流Ikb:母联B相电流Ikc:母联C相电流Ic:充电保护电流定值 与闭锁母差展宽200ms与充电保护投入
22、 一段母线失压充电保护压板合 母分开关已断充电闭锁母差 充电保护退出差动恢复 Ika由无至有 Ikb由无至有 Ikc由无至有或母联(分段)过流保护 或母联过流出口延时与跳母联IkaIkIkcIk3Ik03Iok母联过流保护投入 Ika:母联A相电流Ikc:母联C相电流3Ik0:母联零序电流Ik:母联过流定值3I0k:母联零序过流定值 母联(分段)过流保护可以作为母线解列保护,也可以作为线路(变压器)的临时应急保护。母联(分段)过流保护压板投入后,当母联任一相电流大于母联过流定值,或母联零序电流大于母联零序过流定值时,经可整延时跳开母联开关,不经复合电压闭锁。电流回路断线闭锁 或 延时9S 闭锁
23、母差 TA断线信号 IdaId-ctIdaId-ctIdaId-ctIda:A相大差电流Idb:B相大差电流Idc:C相大差电流Id-ct:TA断线定值TA断线逻辑框图与 延时20ms 母线强制互联 互联信号 Id0.08InId10.08InId20.08Inid1+id2=0联络断路器TA断线逻辑框图 母联(分段)电流回路断线,并不会影响保护对区内、区外故障的判别,只是会失去对故障母线的选择性。因此,联络开关电流回路断线不需闭锁差动保护,只需转入母线互联(单母方式)即可。母联(分段)电流回路正常后,需母联(分段)电流回路正常后,需手动手动复归复归恢复正常运行。恢复正常运行。由于联络开关的电
24、流不计入大差,母联(分段)电流回路断线时上一判据并不会满足。而此时与该联络开关相连的两段母线小差电流都会越限,且大小相等、方向相反。电压回路断线告警 p某一段非空母线失去电压,延时某一段非空母线失去电压,延时9 9秒发秒发TVTV断线断线告警信号。告警信号。p除了该段母线的复合电压元件将一直动作外,除了该段母线的复合电压元件将一直动作外,对保护没有其他影响。对保护没有其他影响。母线运行方式的电流校验 v本装置引入隔离刀闸的辅助接点实现对母线运行方式的自适应。同时用各支路电流和电流分布来校验刀闸辅助接点的正确性。当发现刀闸辅助接点状态与实际不符,即发出当发现刀闸辅助接点状态与实际不符,即发出开入
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