葛洲坝电厂保护及安全自动装置介绍

7。过电压保护 由于水轮发电机的调速系统惯性较大， 动作缓慢，因此在突然甩去负荷时，转 速将超过额定值，此时机端电压可能高 达额定电压的1.8－2倍，将造成定子绕 组绝缘损坏。
2 继电保护装置的任务
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：
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：快速切除故障设备或线路，保证系统的稳 定。 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：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。
图SC-7 失磁保护动作逻辑（2）
3 . 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
U s< W
&3 &2
t1/0 t3/0
发信号 或跳闸
+
Zj<
&1
发信号
&4
t2/0
PT断线
t/0
励磁回路电压 降低信号
U fd<
+
0.3s/0
图SC-8 失磁保护动作逻辑（3）
印度大停电
继2012年7月30日印度北方电网大停电之后 ，印度三大电网31日相继瘫痪数小时，涉及印 度北部、东部、东北部大部分地区以及首都新 德里，影响大约6亿人口用电。 印度北方电网7月30日自凌晨起瘫痪，影响 超过3亿人口，创下世界大型停电规模纪录。 但一天后的再次停电，刷新这一纪录。 停电原因至今未对外公布，但业内人士指 出，电网基础设施落后、超负荷用电、电网结 构不合理是主要因素。
0 1. 03
邹功胜 姚 静
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付丽华
三、发电机及变压器保护介绍
以前，葛洲坝电厂大江、二江所采用的都是能达 公司跟华中科技大学联合研制的WYB系列微机型发电机、 变压器保护装置。
如今，葛洲坝机组保护开始了新一轮更新换代， 5F、6F、7F、16F均已改造为南瑞RCS-985和四方CSC306，今年年底到明年年中，将有13台发电机进行保护 改造。
3。横差保护 保护范围：反应发电机定子绕组的一相 匝间短路和同一相两并联分支间的匝间 短路。
对于绕组为星形联接且每相由两个及以 上并联引出线的发电机均需装设横差保 护。
A
a1 a2 a3 b1 b2 b3
C
c1 c2 c3
TA1 TA2
横差保护接线示意图
优点：横差保护接线简单，能灵敏 反应定子绕组匝间、分支间短路故 障。 缺点：在定子绕组引出线或中性点 附近发生相间短路时，两中性点连 线中的电流较小，横差保护可能不 动作，出现死区，可达15％－20％。
功能子系统的构成：
•输入信号隔离和电压形成变换插件
•模拟滤波插件
•Bitbus网卡（从站）
•A/D转换 •开入开出板 •告警、信号、电源、跳闸插件
出口层的构成： • 非电量保护插件 • 出口继电器 • 总信号复归及交直流电源切换 • 转子接地测量插件
系 统 结 构 图
远程监控系统（待建） 管理机层 子1系统 子2系统 出口层 断路器 子3系统
I1
I2
id Wd Wr1 i1 i2 Wr2
图FC-1 比率制动式纵差保护原理接线
Id Id.k
不平衡电流
Kr
d.min
Ir Ir.min
图FC-2 比率制动特性
二
动作逻辑 发电机纵差保护采用故障分量方式，分单相式差动和互锁式 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
管理机的构成:
管理机主要由软驱插件、Bitbus网卡 （主视）、软驱卡、LED液晶显示卡、 CPU主板。小键盘卡、开出板、开入板、 告警插件、通讯指示插件、信号插件及 电源插件等组成。 同时还设有两个RS232串行通讯口，串口 2为工控机系统与便携机联机，串口1为 成套保护装置与RTU（或LCU）联机。
△Id 形成 差动速断 比例制动
+ + &
出口
Ic1,Ic2,Ic3
△Ir 形成
CT断线
图FC-4 发电机单相差动逻辑
A相差动 B相差动 C相差动
&1 &2 &3 +
出口
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Ⅱ的D6位决定。当 D6=0时为单相式差动；当D6=1时为相间差动,我厂发变组高压侧为 单相式，其他为相间式。 4、CT断线闭锁差动由保护控制字Ⅱ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。
发信号 或跳闸
W
&2 &1
发信号
t/0
Zj<
PT断线
图SC-6 失磁保护动作逻辑（1）
2. 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
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&3
t2/0
发信号 或跳闸
+
Zj<
&1
发信号
&2
t1/0
PT断线
t/0
励磁回路电压 降低信号
U fd<
+
0.3s/0
双母带分段旁母接线方式的特点
其特点是设备少、投资省、操作简便、宜于 扩建，但灵活性和可靠性 相对较差。 断路器、隔刀、地刀的编号规律
发电机G01—G07；线路G31-G38；旁路G41、G44 母联G42；发电机出口断路器803-806 隔刀：靠近I母侧为1（如311）、靠近II母侧为2如 （312），靠近旁母侧为3（如313） 地刀：靠近I母侧为51（如3151）、靠近II母侧为2如 （3152）
发电机失磁是一个相对缓慢的过程，其 保护出口时间较长，因此不能作为发电 机的主保护。 发电机主保护为差动保护、匝间保护或 横差保护。
5。负序过流 作为定子相间短路的后备保护及相 邻元件的后备保护，但不能反应三相短 路
动作后果：I段跳母联开关
II段跳出口开关、停机、灭磁
6。低压过流 作为差动保护及相邻元件的后备保护 动作后果：跳主开关、跳出口开关、跳 厂变开关、灭磁、停机、启动失灵
输入 信号
测量 部分
逻辑 部分
执行 部分
输出 信号
整定值
二 、 主接线介绍
1、电厂概况
• 1970年12月30日开工，边勘测，边设计，边施工。 • 1980年12月24日葛洲坝电厂成立。 • 1981年1月截流，7月首台机组运行，1983年9月二江7
台机组全部发电。
• 1986年6月大江首台机组运行，1988年12月大江14台机
组全部发电。
• 总投资48.48亿元。
• 葛洲坝电厂现装机21台，共291万千瓦。二江7台机组
共102万千瓦，大江14台机组共188.8万千瓦。
• 其中1、2＃机为大机，17万千瓦；3、14
＃机经增容 后为13.4万千瓦；4－21＃机为小机，12.5万千瓦。 第一座发电量达到3000亿千瓦时的电站。
1977年，日本投入使用第一套微机保护装置；
1984年初，华北电力学院研制出我国第一套微机线路保护，并投 入试运行；
90年代初，微机保护已开始进入发展成熟阶段。
现在更是进入了数字化微机保护时代。
5、继电保护的构成
一般情况而言，整套继电保护装置是由测量部分、逻 辑部分和执行部分组成的，其原理结构图如下。
葛洲坝电厂保护及安全 自动装置介绍
葛洲坝电厂保护分部
目录
• 1 基本概念 • 2 主接线图简介 • 3 发电机及变压器保护介绍 • 4 线路及断路器保护介绍 • 5 安全自动装置 • 6保护相关二次回路
一、基本概念
1 继电保护装置的定义
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。
4、继电保护的发展历程
晶体管保护 集成保护 微机保护
微机保护优点：调试方便，配置灵活，原理先进，结构 紧凑，可靠性高，可与后台系统进行数据交换。
微机保护的发展：
计算机本身的重大突破，大规模集成电路技术的飞速发展，其可 靠性和实用性大大提高； 早在1965年，就有人开始倡导用计算机构成保护，并开始作理论 探索； 1969年前后，第一台样机由美国西屋公司的Rockefeller教授研制 成功；
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
二江主接线简介
二江电厂：单元式接线方式，220KV开关站采用 双母线带分段旁母运行方式。共7台机10条出 线，1个母联，2个旁路，2台联络变压器。10 条出线分别为：葛雁（小雁溪）线、葛陈（陈 家冲）线、葛远（远安）线、葛坡（长坂坡） 线、葛桔I、II（桔城变）线、葛白I（白家冲） 回线、葛白II回线、葛点（点军）I、II线。
2。匝间保护（定子不对称短路保护）
保护范围：发电机内部发生的定子绕 组单相匝间或层间短路。 正常运行时，发电机无负序功率输出；
外部故障时，从外部吸收负序功率； 内部故障时，向外部发出负序功率。
当发电机定子绕组发生匝间短路时， 其对称关系被破坏，出现负序分量。 同时定子中的负序电流，在发电机转 子回路里感应出频率为100Hz的二次 谐波电流。 利用负序分量、负序功率和二次谐波 这些特征量，构成了发电机匝间保护。
由大江厂房引入，，1条出线（葛军线）送到武汉军山， 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条进线（清葛线） 由隔河岩电厂过来，2条出线（葛朝I、葛朝II）与朝阳
变电站相连。
3/2接线方式的特点
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。
所不同的是由于大江、二江电厂接线方式的差异，二 江电厂是将发电机、变压器保护合二为一，并且采用 双重化配置，而大江电厂将发电机保护与变压器保护 分开配置。
WYB系列微机型发电机、变压器保护装 置的构成：
1、管理机系统 2、功能子系统（1－5个，根据容量及类型定） 3、出口层（包括非电量保护） 各系统层在电气结构上均相对独立，必须的联接 处均经光电隔离。
功能子系统保护配置： （以4FB为例） 1、发差、发变组差动保护 保护范围：为用于该差动保护的电流互感器 之间的一次元件三相、相间短路。 对于发变组差动而言，还包括变压器高压侧 发生的单相接地故障。 动作后果：跳出口开关、跳主开关、跳厂用 变开关、启动失灵、灭磁、停机、
发电机纵差保护（故障分量比率制动式）
美加大停电
•2003年8月14日 北美发生有史以来最大规模的停 电灾难： •一连串相继开断 － 暂态电压跌落 －系统振荡 －发电机自我保护退出 －大范围停电 •雪崩式停运 停运100多个电厂(20多个核电厂） 停运几十条高压线路 扰乱5000万人生活 停电29小时 经济损失高达300亿美元！
发电机失磁对自身的主要影响： 1.发电机失磁后，转子和定子磁场间出 现了速度差，并在转子回路中感应出 转差频率的电流，引起转子局部过热。
2.发电机受交变的异步电磁力矩的冲击 而发生振动，转差率越大，振动也越 厉害。
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
• 葛洲坝电厂历年累计发电量达3455亿千瓦时，是我国
• 葛洲坝电厂多年平均发电量157亿千瓦时。 • 机组年利用小时为5800小时/年（我国水电厂平均水平
在3000小时/年左右，火电厂约6300小时/年）
大江电厂主接线图简介
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，其中4条进线
4。失磁保护 反应发电机转子回路励磁电流减少或消 失。 PT发生断线及系统非对称性故障时，失 磁会误动，因此需要加负序电压闭锁。 动作后果：跳出口开关、灭磁、停机、
发电机失磁对系统的主要影响： 1.发电机失磁后，不但不能向系统送出 无功功率，而且还要从系统中吸取无 功功率，将造成系统电压下降。
2.为了供给失磁的发电机无功功率，可 能造成系统中其他发电机过电压。