电气二次继保自动化及通讯系统说明

第五章系统继电保护及安全自动装置5.1系统继电保护设计范围镇雄电厂位于云南省昭通市镇雄县，规划容量4×600MW，分两期建设。本期工程装机容量为2×600MW，计划在2009～2010年间建成投产。系统继电保护设计范围为：镇雄电厂500kV部分的线路两侧保护、母线保护、断路器保护及故障录波装置设计；220kV部分的线路两侧保护、母线保护及断路器失灵保护及故障录波装置设计。5.2500kV系统继电保护配置原则及技术要求5.2.1线路保护每回线路应配置两套由不同原理构成的、完全独立的全线速动主保护，线路上发生单相短路、两相短路、两相短路接地、三相短路等各种类型故障时，主保护均应无时限动作切除故障。后备保护应采用三段式相间距离、接地距离保护及零序方向电流保护。每套保护应能满足以下技术要求：(1)被保护线路在各种运行条件下（线路空载、轻载、满载）进行各种正常的倒闸操作时，保护装置不得误发跳闸命令；在保护范围内发生金属和非金属的各种故障（包括单相接地、两相接地、两相不接地短路、三相短路及复合故障、转换性故障）时，保护应能正确动作。保护范围外部正方向或反方向发生金属性或非金属性故障时，装置不应误动作。外部故障切除、外部故障转换、故障功率突然倒向及系统操作等情况下，保护不应误动作。(2)每套保护装置应有独立的选相功能，选相元件应保证在各种故障条件下正确选择故障相，非故障相选择元件不应误动。手动合闸或自动合闸于故障线路上时，保护装置应可靠瞬时三相跳闸；手动合闸或自动重合闸于无故障线路上时，应可靠不动作。保护装置应尽量能根据电压电流量判别线路运行状态以实现非全相及重合后加速跳闸逻辑。(3)当电力系统发生静态稳定或动态稳定破坏引起本线全相或非全相振荡，在振荡过程中应满足：无故障应可靠闭锁保护装置；如发生区外故障或系统操作，装置应可靠不误动；如在本线发生故障，允许以短延时切除故障；单相或三相重合到永久性故障，装置应可靠切除故障；重合到无故障线路，应可靠不动作；保护装置中应设置不经振荡闭锁的保护段。(4)保护装置需考虑分布电容、并联电抗器、变压器（激磁涌流）、CT、CVT等在暂态和稳态过程中产生的谐波分量和直流分量的影响，保护装置应具有抑制这些储能元件所产生的谐波分量和直流分量的措施，并保证保护装置能正确动作。在雷击过电压、一次回路操作、二次回路操作、开关场故障及其它强电磁干扰作用下，装置不应误动和拒动。(5)在各种运行条件下，被保护线路非金属接地或相间短路时，接地电阻小于300Ω，应保证保护装置能可靠动作于跳闸。(6)主保护装置整组动作时间应不大于20ms（不包括通道时间）。5.2.2自动重合闸当500kV主接线为一个半断路器接线或角形接线时，重合闸按断路器配置，应能满足以下主要技术要求：(1)重合闸应可实现保护起动和断路器位置不对应起动两种方式。(2)重合闸方式应包括单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸及停用方式。(3)对连接同一线路的两台断路器，母线侧断路器的重合闸优先重合；如先重合的断路器因某种原因而拒合，后合的断路器应能进行重合；如先重合的断路器合于故障后三相跳闸，则后合的断路器不再重合。5.2.3断路器失灵保护失灵保护按断路器配置，应能满足以下技术要求：(1)失灵保护采用分相和三相起动回路，每相起动回路应由能瞬时复归的保护出口接点与相电流元件接点串联组成，相电流元件应保证在被保护元件范围内故障时有足够的灵敏度。(2)失灵保护动作首先瞬时重跳本断路器，带延时跳开相关断路器，同时通过通道传输远方跳闸信号跳开对侧断路器。瞬时段重跳本断路器应通过保护起动检电流后出口。5.2.4过电压保护根据系统一次工频过电压的计算结果装设过电压保护。该装置应满足以下技术要求：(1)过电压保护应能在线路出现未能预料到的任何危及绝缘的不正常工频过电压时，断开有关的500kV断路器。(2)在系统正常运行或在系统暂态过程的干扰下均不应误动作。(3)过电压保护应按相装设，以保证单相断开时电压的准确性。(4)过电压继电器动作后，经过一定延时，并判定本侧断路器三相断开后，发送远方跳闸信号，使对侧断路器肯定跳闸。(5)过电压保护远方跳闸信号的发送和接收，与失灵保护共用。(6)在过电压保护动作后，其远方跳闸信号的出口回路应根据远方跳闸信号传送通道的情况装设就地故障判别装置。5.2.5短引线保护由于变压器及500kV出线均配置有隔离刀闸，在主变或线路停运检修时，该元件的两个断路器仍可能在运行中，若两台断路器之间的短线发生故障，而此时该元件的保护已退出运行，需配置短引线保护来切除两台断路器之间的短线上发生的故障。每套短引线保护装置应满足以下技术要求：(1)短引线保护采用比率差动原理，应具有CT断线判别闭锁元件，保证在CT断线下保护不误动作。(2)装置还应具有线路充电保护功能。(3)装置应有起动元件，可采用电流变化量起动、零序过电流起动和电流起动。5.2.6母线保护对于一个半断路器接线的母线故障，母线保护拒动比误动的危害性更严重。为了快速切除故障，以确保系统的安全稳定运行，母线保护按双重化原则配置，即装设两套母线保护。每套母线保护装置应满足以下技术要求：(1)母线保护应能适应被保护母线的各种运行方式，必须正确反映母线区内故障；对各类区外故障，不应由于电流互感器的饱和以及短路电流中的暂态分量而误动作。(2)母线保护对电流互感器的特性应无特殊要求，能适用于无气隙的电流互感器以及变比不一致的情况。(3)母线保护应能适应环形母线的接线方式，在构成环路时，母线保护装置不应因母线故障时有短路电流流出母线而拒动。(4)母线保护整组动作时间，在两倍额定电流下不大于20ms。(5)母线保护应具有比率制动特性，且不设电压闭锁回路。5.2.7故障录波和故障测距对500kV系统，应配置带打印机的微机型故障录波测距装置，并应满足以下技术条件：1)装置应有足够数量的起动元件，在系统发生故障或振荡时可靠起动。同时，还应有外部起动接点的接入回路。2)在电力系统故障或振荡发生时，装置应能可靠动作。3)故障录波器应能连续记录多次故障波形，应能记录和保存从故障前至少40ms到停止记录时的电气量波形，并应至少能清楚记录5次谐波的波形。4)故障测距的误差应小于±2％。5.3220kV系统继电保护配置原则及技术要求1)线路保护每回线路应配置两套由不同原理的全线速动主保护，线路上发生单相短路、两相短路、两相短路接地、三相短路等各种类型故障时，主保护均应无时限动作切除故障。后备保护应采用三段式相间距离、接地距离保护及零序方向电流保护。当发生接地故障，接地电阻不大于100欧时，保护应能可靠地、有选择地切除故障。为简化重合闸接线，每套保护装置应具有独立选相功能。2)母线保护配置两套能反映母线各类故障的母线保护装置。每套装置应能适应各连接元件不同的CT变比。母线上发生各种类型故障时，母线保护应能快速动作切除故障。当区外故障，电流互感器因暂态分量中的直流分量或很大的短路电流发生饱和时，母线保护不应误动作。当母线上连接元件进行倒闸操作时，母线保护也不应误动作。为保证可靠性，母线保护出口应经低电压或复合电压闭锁。3)断路器失灵保护220kV线路一般按近后备原则配置后备保护。当线路故障，线路开关拒动时，相邻线路的后备保护不能保证有灵敏度。为防止扩大事故，应配置断路器失灵保护，经一定延时，切除失灵断路器所在母线的其余连接元件。失灵保护动作应同时具备以下条件：故障线路或设备的保护能瞬时复归的出口继电器动作后不返回；能够快速复归的判断断路器未断开的相电流判别元件动作后不返回。失灵保护单独组屏。为保证可靠性，失灵保护出口也应经复合电压闭锁。并且，失灵保护应具有“主变压器保护动作解除复合电压闭锁”回路，采用“零序或负序电流动作”配合“保护动作”两个条件组成与门，经第一时间去解除复合电压闭锁回路。4)重合闸装置对于220kV双母线接线方式，重合闸按线路配置，起动方式应可由保护起动或开关位置不对应起动。重合闸方式应能实现单相重合闸、三相检同期或检无压重合闸、综合重合闸及停用重合闸方式。5)故障录波和测距装置为便于分析和记录故障，220kV应配置能记录模拟量和开关量，并能记录高频量的数字式故障录波装置。装置应有测距功能，测距误差应小于2％。5.4500kV系统保护配置1)线路保护镇雄电厂500kV侧本期1回出线接至规划中的500kV昭通变，线路长度约180km。根据《220kV～500kV变电站电气技术导则》（南网公司Q/CSG10011-2005）的规定，重负荷、长距离的联网线路应配置两套主保护和一套上通道的独立后备保护。镇雄电厂～昭通变的线路将同期架设复合地线光缆（OPGW），故线路两侧均配置两套不同原理的全线速动主保护及一套独立的后备保护。其中一套主保护为微机型分相电流纵差保护，利用光纤通道，经2Mbit/s数字同向接口接入SDH光端设备，应可同时传送三相电流和至少4个命令信号；该主保护屏上还应有阶段式相间距离、接地距离作为后备保护，采用反时限零序保护作为大接地电阻短路时的保护。另外一套主保护为微机型高频距离保护，复用通信专业载波机，构成允许式超范围距离保护；该主保护屏上还应有阶段式相间距离、接地距离作为后备保护，采用反时限零序保护作为大接地电阻短路时的保护。并且，配置一套微机纵联方向保护作为独立后备保护，利用光纤通道，经2Mbit/s数字同向接口接入SDH光端设备。根据一次系统对过电压的要求，该回500kV线路需配置过电压保护，过电压继电器按相装设。为实现远方跳闸功能，镇雄电厂～昭通变线路两侧均需配置由“二取二”逻辑判断回路加就地故障判别逻辑回路构成的远方跳闸装置，在断路器失灵保护、过电压保护或高压电抗器保护动作时应能将远方跳闸信号传送至线路对侧，切除对侧相关的断路器。光纤主保护、高频方向后备保护及远方跳闸装置使用的光电转换接口装置可共同组屏，均放置在通信接口柜上，该柜放置在通信机房。2)500kV断路器保护及短引线保护镇雄电厂500kV侧主接线最终为一个半断路器接线，初期角形接线，上4台断路器，每台断路器配置一套微机型断路器保护屏。对于线路用的两台断路器，应包括失灵保护、三相不一致保护、综合重合闸以及分相操作箱。对于变压器边断路器，应包括失灵保护、三相不一致保护以及分相操作箱。由于变压器出线及500kV出线均配置有隔离刀闸，故需在4台断路器保护柜上配置短引线保护装置，按双重化原则每面柜配置2套。3)500kV母线保护对于一个半断路器接线形式，母线保护的拒动比误动产生的危害更严重。镇雄电厂初期虽然是角形接线，但是为了便于二期工程将角形完善为一个半断路器接线，初期仍然将第I段和第II段母线建成，母线上的PT等设备也建成投运。为保证可靠性，镇雄电厂500kV侧仍然配置母线保护装置。母线保护按双重化原则配置，装设2套母线保护装置，每套母线保护均能完成对第I段和第II段母线的保护。装置采用微机型分相式差动母线保护，具有失灵保护功能、通信功能、交直流回路的检测功能及CT断线闭锁功能，并有丰富的自检功能和人机对话功能。4)500kV故障录波及行波测距为了便于记录及分析各种故障，500kV部分配置1台微机型故障录波装置，每台容量至少为：48路模拟量（电压量16路，电流量32路），128路开关量。该装置应具有足够多的启动方式、测距功能、GPS对时功能及远传功能。故障录波应采用光纤通道上传至中调，该装置需配两套以太网桥分别用于镇雄电厂侧和中调侧。镇雄电厂侧的网桥一端以RJ45接口接故障录波网络接口，另一端以G.7032M接口接通信SDH2M接口。由于昭通地区特殊的地理条件，造成了查找故障点非常困难。为了更准确的确定故障点，特别是保证在大接地电阻时的测距精度，缩短故障点的查找时间和范围以便迅速恢复供电，在镇雄电厂配置1台行波测距装置。该装置应可接入500kV线路各电气量，并将测距信息通过数据网远传至省电力调度中心进行分析。5)500kV试验电源装置500kV保护小室配置一面继电保护试验电源屏，配置相应的保护专用测试仪器。5.5220kV系统保护配置1)线路保