RCS985发变组保护

•一保护功能配置•二硬件平台•三性能特点•四功能特色•五保护原理内容提要保护总体方案设计思想•总体方案为双主双后，即双套主保护、双套后备保护、双套异常运行保护的配置方案。其思想是将一个发变组单元的全套电量保护集成在一套装置中。•对于一个发变组单元，配置两套完整的电气量保护，每套保护装置采用不同组TA，均有独立的出口跳闸回路。•非电量保护出口跳闸回路完全独立，和操作回路独立组屏。一保护功能配置特大型火电机组保护典型配置方案主变厂变保护C屏发电机主变压器励磁变高厂变D屏F屏*******主变厂变保护*500kV**发电机励磁变保护A屏发电机励磁变保护B屏定子接地保护注入电源***高厂变E屏主变非电量保护厂变非电量保护发电机转子一点接地保护特大型水电机组保护典型配置方案主变厂变保护D屏发电机主变压器励磁变高厂变E屏C屏********主变厂变保护*500kV**发电机励磁变保护A屏发电机励磁变保护B屏非电量保护定子接地保护注入电源GCB300MW-500KV机组TA、TV配置方案配置方案一500kVRCS-985A屏RCS-974GC屏RCS-974FRCS-985B屏主变压器发电机励磁变高厂变RCS-974AG300MW-220KV机组TA、TV配置方案配置方案二220kVRCS-985A屏CZX-12AC屏RCS-974GRCS-985B屏母线PT主变压器高厂变励磁变发电机100MW-220KV机组TA、TV配置方案配置方案三CZX-12AC屏RCS-974GRCS-985A屏220kV110kVTV5RCS-985B屏BBBBBBBBB高厂变主变压器发电机励磁变•RCS-985水轮机组保护装置共分为三个程序版本，分别适用于不同的主接线：•RCS-985AW适用于标准的发变组单元主接线方式：两圈主变（220KV或500KV出线）、发电机容量100MW及以上、一台高厂变（两圈变）、一台励磁变或励磁机；•RCS-985GW适用于大型发电机保护，主接线方式：发电机容量100MW及以上、一台励磁变或励磁机；•RCS-985TW适用于大型变压器保护，主接线方式：两圈主变（220KV或500KV出线）、一台高厂变（两圈变）。水电版本保护功能配置500kVRCS-985C屏RCS-985D屏主变发电机高厂变RCS-974AE屏RCS-985A屏RCS-985B屏************配置方案一RCS-985C屏RCS-985D屏主变发电机高厂变RCS-974AE屏RCS-985A屏RCS-985B屏220kV母线PT断路器操作箱**********配置方案二RCS985T配置220kVII母-Q1#1保护屏6kVB侧零序过流6kVA侧零序过流高压侧接地后备高压侧相间后备变压器差动220kVI母A分支复压过流B分支复压过流TV6kVA段6kVA段*****操作箱高压侧非全相保护失灵启动非电量#2保护屏电量保护同#1屏高压侧间隙后备6kVA段**6kVB段6kVB段6kVB段TVTVTVTVTV保护功能配置见技术说明书功能配置表装置面板和背面布置图6B7B8B9C10B10C11B12B11C12C9B发电机变压器组保护装置南瑞继保电气有限公司RCS-985运行报警跳闸确认区号取消3×3键盘调试接口1A1B3A3B4A4B5B5A2A2B1.1机箱结构二硬件平台1.2高性能硬件平台发展方向•走出工业装置和商业装置的误区。•利用最先进的DSP技术和微机技术，提供可靠、完善的数字式保护硬件平台。•提供方便、可靠、安全性高的人机界面，所有操作后台机和面板操作均应独立完成。1.3先进的硬件核心一•高速数字信号处理器DSP•大规模逻辑门阵列FPGA•可编程逻辑门阵列CPLD•并行高精度A/D•32位微处理器CPU•独立的CPU处理显示、键盘等人机对话•大屏幕汉字液晶显示•高速数字信号处理器DSP＋32位微处理器CPU•双CPU系统：低通、AD采样、保护计算、逻辑输出1、CPU2作用于启动继电器，CPU1作用于跳闸矩阵2、启动一致性，CPU1和CPU2的启动元件相同，保护才出口3、两个CPU系统之间均进行完善的自检和互检，任一CPU板故障，闭锁装置并发报警信号1.4先进的硬件核心二1.5RCS-985硬件配置示意图交流信号低通滤波A/DDSP1DSP2CPU1外部开入串口打印出口继电器CPU板低通滤波A/DDSP3DSP4CPU2管理板串口打印+E光隔光隔外部开入QDJCPLDCPLD滤波器DC/DC＋5V±12V＋24V至装置内部其他插件光耦24V至相应插件220/110＋24V＋24V-地220/110-人机CPU显示人机通讯口人机通讯口人机通讯口三性能特点•每个周波24点高速采样率，计算精度高•并行实时计算：故障全过程对所有保护继电器进行实时计算。即在每一个采样间隔内（0.833ms）对所有保护完成计算，并留有裕度。因此，装置中各保护功能的计算互不影响，均能正确反应。•多种启动元件：不同的保护功能均有对应的启动元件1.1可靠的软件技术1.2独立的故障录波•CPU录波：记录保护的各种原始模拟量、保护用的中间模拟量、保护的出口状态等。•MON录波：设有完整的故障录波功能，可以连续记录长达4S的发变组单元所有模拟量、开入量、保护动作量波形，记录采用COMTRADE格式，是针对发变组的故障录波器。•完善的波形分析软件1.3跳闸矩阵的功能特点•灵活的跳闸矩阵：每一种保护均可经跳闸矩阵整定出口方式保护功能压板6B36B2投主变相间后备投主变接地保护6B56B4投主变不接地保护投发变组差动6B76B6备用投高厂变差动6B96B8投高厂变高压侧后备投高厂变A分支后备6B116B10备用备用6B126B136B14对时打印6B16B15信号复归投主变差动保护24V光耦+（输入）6B17投高厂变B分支后备5B75B6投三次谐波电压保护投转子一点接地保护5B95B8投转子两点接地保护投定子过负荷5B115B10投负序过负荷投失磁保护5B135B12投失步保护投过电压保护5B155B14投逆功率保护5B205B19投励磁过负荷5B225B21备用断水保护投跳5B245B23热工保护投跳投励磁变差动保护备用投频率保护投误上电保护投起停机保护5B165B175B185B255B3投发电机差动保护投发电机后备保护5B55B4投发电机匝间保护投定子接地零序电压保护24V光耦+（输入）5B29投过励磁保护保护功能压板1、采用了工频变化量原理、变斜率比率差动保护新原理;2、全新的异步法TA饱和判据；3、首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电压匝间保护、复式零序电压匝间保护、高灵敏横差保护新原理；4、采用三次谐波电压差动新原理的100％定子接地保护；5、新型外加电源定子、转子接地保护；6、灵敏的TV、TA回路自检功能；7、其他先进技术RCS－985保护装置的关键技术五保护原理RESEFUFUMNZKZUISEREMNFUlUlIMNFUUI短路后状态短路附加状态llIIIUUU正常负荷状态1.1线性系统叠加原理的应用1.工频变化量差动保护1.2动作方程ererderrddthdtdIIIIIIIIIIII23.075.026.025.121IIId21IIIr1.3动作特性1.4.工频变化量比例差动的优点•只反映故障分量，不受发电机、变压器正常运行时负荷电流的影响过渡电阻影响很小•采用高比率制动系数抗TA饱和提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵敏度，区外故障不会误动1.5.工频变化量差动保护例2.1变斜率比例差动保护方程2.变斜率比例差动5432154321112212)()2/()()()()/()(IIIIIIIIIIIInInKKbnKKKnIIIbnIIKIIIKKKnIIIIKIdreblrblblblblrercdqderblderblrblblercdqdrbld2.2变斜率比例差动保护特性灵敏动作区重合动作区易误动区不平衡电流动作区域上多了两块灵敏动作区，少了一块易误动区，在区内故障时保证较高的灵敏度，在区外故障时可以躲过暂态不平衡电流，提高了差动保护的可靠性。2.3变斜率比例差动的优点•由于一开始就带制动，差动保护动作特性较好地与差流不平衡电流配合，因此差动起始定值可以安全地降低；•提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵敏度，尤其是机组起停过程中（45～55Hz）内部轻微故障差动保护的灵敏度；•可以防止区外故障TA不一致造成的误动。2.4变斜率比例差动保护例主变内部C相1.5%匝间故障2.5高值比例差动保护动作方程•可靠的高值比例差动rdedIIII70.02.1区内严重故障快速动作,用高值抗区外故障TA饱和误动2.6高值比例差动保护动作特性t0t1区内轻微：t0:正常运行t1:故障时2.7区内轻微故障动作过程2.8区内严重故障动作过程t0t1区内较严重：t0:正常运行t1:故障时2.9区内引线故障动作过程t0t1区内严重故障：t0:正常运行t1:故障时3.发电机差动TA饱和问题以往认为：－发电机差动采用保护级TA，并且TA同型；－区外故障电流倍数小，一次电流完全相同，二次不平衡差流小；因此，为提高内部故障灵敏度，降低差动起始定值、比率制动系数。实际情况：－发电机差动TA尽管同型，但两侧电缆长度可能不一致，部分机组TA不是真正同型TA；－区外故障电流倍数尽管小，但非周期分量衰减慢；结果，导致TA饱和，不平衡差流增大，差动保护屡有误动发生；提高定值：缺点：降低了内部故障灵敏度。采用流出电流判据的标积制动式差动保护：当IH/INB＆I1/INB＆I2/INB时差动保护动作电流为无穷大缺点1：理论计算表明，在发电机内部故障时，也有流出电流，存在拒动可能。缺点2：区外转区内故障时，拒动可能性增加。cos21IIIH3.1现有防TA饱和措施3.2全新的异步法TA饱和判据–抗TA饱和算法：利用变压器、发电机差电流中谐波含量和波形特征来识别电流互感器的饱和–关键判据：如何准确判出区外故障，投入抗TA饱和算法：制动电流工频变化量：差电流工频变化量：3.3区内故障制动电流和差电流工频变化量同步出现3.4发电机区外故障并伴随TA饱和差流增大而不动作3.5发电机区内故障RCS-985正确动作3.6发电机区内故障并伴随TA饱和RCS-985正确动作3.7区外故障并伴随TA饱和制动过程TA饱和：t0:正常运行t1:判出区外t2:开始饱和t3:进入动作区t1-t0＝5mst1t0t3t2差动保护TA断线报警或闭锁•内部故障时，至少满足以下条件中一个：•（1）任一侧负序相电压大于2V•（2）起动后任一侧任一相电流比起动前增加•（3）起动后最大相电流大于1.2Ie•（4）同时有三路电流比启动前减小•因此，差动保护启动后40ms内，以上条件均不满足，判为TA断线。如此时“TA断线闭锁比率差动投入”置1，则闭锁差动保护，并发差动TA断线报警信号，如控制字置0，差动保护动作于出口，同时发差动TA断线报警信号。变压器空载合闸示意变压器差动保护需考虑的特殊问题•变压器励磁涌流的影响及防止措施励磁涌流的出现机理•设外施电压按正弦规律变化，则•u1=U1sin(ωt+α)=R1i1+N1dΦ/dt•电阻R1i1较小,初始分析时可以略去。但R1的存在是瞬态过程衰减的重要因素。•不考虑电阻压降时•N1dΦ/dt=U1sin(ωt+α)•dΦ=[U1/N1]sin(ωt+α)dt•Φ=[-U1/(ωN1)]cos(ωt+α)+C=-Φmcos(ωt+α)+C•设无剩磁t=0，Φ=0，得C=ΦmcosαΦ=Φm[cosα-cos(ωt+α)]励磁涌流的出现机理•①若在初相角α=0时合闸，则•Φ=Φm(1-cosωt)•ωt=π时，Φ=2Φm，再考虑到剩磁，Φ=(2.2~2