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1、二次回路基础 变电站二次回路的特点和应用 第二章目前变电站的二次回路的特点 1变电站的二次回路的现况及发展 第一部分 1 1电网发展规划原则新技术应用原则 坚持技术创新与技术改造相结合 近期需要与长远目标相结合 自主开发与引进消化相结合 遵循 先进成熟 安全可靠 高效实用 价格合理 的原则 积极采用运行可靠 技术先进 自动化程度高 占地少 维护少的设备和装置 应用紧凑型线路 同塔双 多 回 大截面导线 全封闭式组合电器 快速保护等先进适用技术 保障电网安全1 2二次系统规划原则二次系统要与一次系统同步发展 适应电网的规模和结构 实现对电网的实时监控 保证电网的安全稳定运行 满足调度生产运行的需
2、要 十一五 期间 山东电网规划新增装机3000万千瓦 到2010年 全省装机总容量约6700万千瓦 电网统调装机容量约5000万千瓦 2011 2020年期间 规划通过国家1000千伏特高压交流电网和 800千伏特高压直流向山东输送1500万千瓦电力 交流800万千瓦 直流700万千瓦 到2020年 山东电网可用电源容量达到1亿千瓦 十一五 及2011 2020年期间 全省发电设备利用小时数在5500小时左右 全省电力供需总体平衡 电力供应有保证 进入21世纪 电力事业飞跃发展 系统中大量使用电气设备新技术 因此必须掌握它的特点 目前变电站的二次回路的特点 1 3国家对新技术使用原则因地制宜应
3、用标准化 模块化 智能化 紧凑型的高压组合电器 GIS 如126 252kV全三相共箱式结构 363 550kV三相母线共箱式结构 简化式组合电器等 随着220kV 110kV六氟化硫组合电器 GIS 设备国产质量和生产能力的提高 220kV 110kVGIS电气设备在山东得到大规模的使用 目前 新建220kV变电站的220kV 110kV电气设备以及500kV变电站的220kV电气设备均全部采用GIS 500kVGIS电气设备在山东的新建500kV汶上 鲁中 枣庄等变电站使用 1 4掌握新技术的二次回路特点由于GIS HGIS的设备投资较常规敞开式电器大 使用年限长 但是由于二次回路使用的端
4、子牌 接线质量通常采用的是常规式 存在二次自动装置与一次设备使用寿命不同步的现象 由于各个间隔的互感器从GIS设备中引出到间隔汇控柜 加上隔离开关 接地刀电磁闭锁回路等 二次回路的接线多 回路复杂 因此设计中除了按照国家常规要求 同时必须注意它的二次回路的特性 防止出现因二次回路的问题引起的设备异常及故障 目前变电站的二次回路的特点 1 5国家有关二次回路的设计标准二次回路的设计 继电保护规划 设计应坚持 统一规划 统一设计标准 的原则 遵照现行的有关继电保护的国家标准 行业标准 反事故措施要求等规定 制定符合国家电网实际情况的统一规划和统一设计标准 并在继电保护的各项基 改建工作中严格遵照执
5、行 山东电力超高压系统变电站有22座 主变压器104台 变电容量25584兆伏安 随着电网规模的不断扩大 对继电保护应用技术提出了新的要求 在 统一规划 统一设计标准 的原则下 国家电网公司 华北电网公司等单位相继编写了 继电保护标准化设计规范 华北电网继电保护标准化 等标准 为促进继电保护标准化管理工作 有效地减少继电保护人员工作不规范引起的 三误 事故 提高继电保护运行水平 对电网的安全稳定运行及现场工作的安全具有重大意义 80年代原水利电力部组织编写的 四统一变压器保护装置原理设计 主要针对当时继电保护的现状 通过统一原理标准 统一原理接线 统一符号 统一端子排布置 但是目前设计思路新
6、目前变电站的二次回路的特点 旧对比不一致 如断路器保护的联跳 保护装置之间的联系 保护 双重化 的原则等等 对变电站的后来的保护更换及扩建造成很大的困难和标准化的混乱 使得继电保护运行存在安全隐患 标准化设计的实施在山东超高压系统已经开始 根据要求 厂家产品 二次回路设计 安装工艺已经按标准执行 同时我们也发现了一些实施中的问题 目前HGIS GIS组合电器的厂家分散 金属封闭开关设备的规格不一 二次原理及接线端子排不规范 通常是变电站的初建选用谁的产品 以后大量的扩建工程必须选用它的产品 由于GIS HGIS的设备投资较常规敞开式电器大 使用年限长 存在二次回路与一次设备使用寿命不同步的现象
7、 因此必须二次线实现 标准化 加强施工工艺 简化二次回路 方便运行维护 提高GIS的使用寿命 1 5 1GIS组合电器的机构箱二次部分实现 标准化 设计可以 大幅度减少二次接线的设计 提高GIS的操作可靠性 防止由于断路器的偷跳 三相不一致等造成电网瓦解的事故发生 防止人员的操作到各种短路故障时发生继电保护拒动 可能威胁人身安全及系统越级跳闸事故 给检修人员减少了维护的工作量和提高了安全性 目前变电站的二次回路的特点 1 5 2山东电力系统使用HGIS GIS的现状分析受各个厂家的技术影响 形成GIS HGIS各自 独立 的状态 目前变电站的二次回路的特点 1 6对应运行的二次回路1 6 1
8、远方 就地 把手的控制范围运行人员在进行大范围的倒母线操作时 为便于观察GIS的动作 习惯于就地操作 因此 远方 就地 把手的控制范围为 在 就地 方式 只控制断路器的合闸 第一组跳闸回路 不控制第二组跳闸回路 以保证继电保护在 就地 方式对发生的各种短路故障进行切除 保证设备和人员的安全 1 6 2三相不一致保护与操作把手无关把手的控制在 就地 时 三相不一致保护 远方 时有效 在 远方 时失效 2007年11月 在500kV潍坊变电站的AIS设备改造为GIS组合电器时发现有这个现象 GIS组合电器的改动部分见图3 目前变电站的二次回路的特点 1 6 3断路器与隔离开关 接地开关的交流电源分
9、开为实现国家电力主管部门曾要求防止电气误操作应达 五防 的要求 既 防止误操作断路器 防止带负荷拉合刀闸 防止带电挂接地线 防止带地线送电 防止误进入带电间隔 因此要求HGIS GIS组合电器中的断路器与隔离开关 接地开关的交流电源分开 以德州变电站为例 提供图纸隔离刀闸电机为直流 实际到货为交流 而且与断路器的蓄能电机共用一组交流电源 为防止在检修时出现误操作隔离开关及接地开关的事故 因此将隔离开关的交流电源增加开关一组 见图4 目前变电站的二次回路的特点 1 6 43 2断路器方式的电气闭锁采用断路器辅助接点采取措施 隔离开关使用断路器辅助接点闭锁 可以同时起到闭锁两侧隔离刀闸的作用 这样
10、与传统的3 2断路器的隔离开关闭锁统一 并且可以减少80根电缆芯的接线 1 6 5简化比较复杂的闭锁图5HGIS组合电器断路器的电气闭锁回路 目前变电站的二次回路的特点 HGIS组合电器较常规电器电气闭锁 联琐 的复杂性 不但隔离开关具有500kV一个半断路器接线方式的AIS敞开式电器闭锁的特点 并且断路器设置了联琐回路 在HGIS断路器两侧设有隔离刀闸的辅助接点断开位置 合闸位置串联的接点 主要是为了防止隔离开关非全相断路器合闸 造成对设备的危害 见图5 1 6 5 1增加闭锁回路带来的危害这样就在有限的端子排上增加了近30芯电缆 使二次设备工作量加大 二次设备是按工作需要 依一定的次序用导
11、线或电缆连接的电路称为二次接线 二次接线的任务是反映一次系统的工作状态 控制一次系统并在一次发生故障时使故障部分退出工作 表明二次设备之间的连接关系的电路图 称为二次接线图和二次回路图 在设备定检和运行中发现异常 检查二次接线时 接线越少越容易掌握 越容易找出问题所在 同时设备与电缆更换也就越容易 因此必须加强施工工艺 取消隔离开关不一致闭锁断路器回路 使用监控系统监视隔离开关不一致 简化二次回路 方便运行维护 提高HGIS的使用寿命 断路器是超高压系统重要设备 起着合上或断开负荷电流 在发生各种短路故障中由继电保护发出跳闸脉冲 快速切除短路电流 防止电气设备损坏 人员伤亡的重要作用 因此断路
12、器回路不应受到闭锁 目前变电站的二次回路的特点 1 6 5 2使用监控系统代替闭锁的措施HGIS组合电器防止隔离开关非全相断路器合闸联琐回路 完全可以用变电站的监控系统 既微机五防系统的反映隔离刀闸的三相串联辅助接点的代替 它的回路与非全相完全一样 可以事先准确地判断隔离开关的位置正确性 见图6 图6使用隔离刀闸监控信号代替隔离刀闸位置不一致原理图 目前变电站的二次回路的特点 1 7不一致保护必须装设出口动作信号及压板1 7 1不一致保护在断路器本体性能的作用国家电网公司十八项电网重大反措 2005年发布 继电保护专业重点实施要求 220kV及以上电压等级的断路器均应配置断路器本体三相位置不一
13、致保护 既在断路器单相跳开后 如果重合闸动作 断路器由于压力 机械 二次回路等原因 没有重合成功 必须在2 2 5S内跳开三相 并且不再重合 以保证系统的安全 在保护屏失去断路器保护的情况下 或者断路器三相不一致保护由于零序 负序电流闭锁值故障时达不到定值拒动的情况下 它可以发挥跳开三相断路器的重要作用 防止系统长时间在两相情况下运行 造成变压器后备保护跳闸的更大危害 例如2007年3月山东电网两条500kV同杆并架线路相继发生单相接地故障 故障发生后 保护动作 重合闸动作正确 但断路器并未重合 因此两台断路器出现不一致运行情况 2 5S后与华中联网的中断路器三相不一致保护动作 跳开其余两相
14、而边断路器由于故障后系统潮流的变化 电流量未达到保护动作的定值 断路器三相不一致保护未出口跳闸 因此 继电保护的断路器不一致保护与断路器本体的不一致保护动作的区别应该由各自的信号继电器反映 目前变电站的二次回路的特点 1 7 2没有出口动作信号的危害目前超高压变电站HGIS GIS组合电器断路器带有的本体跳闸继电器 三相不一致保护跳闸继电器 没有设计出口信号显示 给运行维护人员判别断路器二次回路误动还是断路器机械偷跳带来极大的困难 虽然断路器动作时监控屏有 断路器非全相 但是不能确定出口跳闸的真正原因 断路器的制造厂家只注重传统的二次典型设计 忽略继电保护有关规程的要求 特别近几年投产 扩建的
15、高压断路器二次回路仍然延袭了传统的设计方案 以至在后来的运行维护中存在许多的隐患 例如断路器本体三相不一致保护 断路器不一致的辅助接点将电源引入电磁继电器启动时间继电器 带动出口继电器 以单个继电器为主要元件 数量多 特别是维护时危险性大 同时没有出口跳闸压板 没有信号及信号自保持等 目前变电站的二次回路的特点 1 7 3为三相不一致跳闸信号部分采取措施及时反映断路器的动作信号情况见图6 当QFA QFB QFC 断路器本身的辅助接点 组成的回路 因为断路器三相不一致而闭合时 通过压板启动时间继电器 在时间继电器到达终点时 中间继电器ZJ得电 这个继电器一方面使各分闸电磁铁线圈 Y1A Y1B
16、 Y1C Y2A Y2B Y2C 得电跳开断路器 断路器分闸后 其辅助接点切除三相不一致回路的电源 另一方面启动重动中间继电器1ZJ 1ZJ的作用是在本体断路器上发出三相不一致跳闸红色信号灯 并且自身保持 另一方面向监控系统发出断路器三相不一致跳闸信号 通知值班人员及时处理情况和手动复归信号 目前变电站的二次回路的特点 1 9GIS HGIS的TA极性统一性1 9 1TA的P1指向母线TA的P1指向按照短路故障电流从母线流向线路短路潮流为准 因此在电力系统中 双母线单分段 双母线双分段 3 2断路器接线方式等主接线对TA的极性原则为 TA的P1指向母线 是3 2断路器接线方式GIS HGIS的边断路器TA指向各自的母线 中间断路器TA极性统一指向I母线或统一指向II母线 1 9 2TA的P1指向统一性的重要意义TA的P1指向统一性可以使设计标准化 对于线路保护 母线保护的TA二次组别从原理图的标号统一清晰 对新安装或设备回路经较大变动的装置 在投入运行以前 必须用一次电流和工作电压加以检验 判定带方向的线路保护 电流差动保护 母线 发电机 变压器的差动保护 线路纵差保护及横差保护等 接
