安全自动装置课件.ppt
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1、2011年06月 乌鲁木齐,安全自动装置介绍及应用,一、安全自动装置基本知识二、稳定控制技术简介三、新疆电网稳控系统介绍四、重合闸及备自投在新疆电网中的应用及案例分析,一 安全自动装置基础,电网的三道防线第一道防线:快速可靠的继电保护、有效的预防性控制措施,确保电网在发生常见的单一故障时保持电网稳定运行和电网的正常供电;第二道防线:采用稳定控制装置及切机、切负荷等紧急控制措施,确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行;第三道防线:设置失步解列、频率及电压紧急控制装置,当电网遇到概率很低的多重严重事故而稳定破坏时,依靠这些装置防止事故扩大、防止大面积停电。,安全自动装置定义及分类,定
2、义:电网安全稳定自动装置,是指用于防止电力系统稳定破坏、防止电力系统事故扩大、防止电网崩溃及大面积停电以及恢复电力系统正常运行的各种自动装置的总称。主要作用:功率过剩地区快速减少发电机功率(切机、快关汽门)在功率缺额地区快速切负荷等分类:如稳控装置、失步解列装置、低频减负荷装置、低压减负荷装置、过频切机装置、备用电源自投装置、水电厂低频自启动装置、输电线路的自动重合闸等。,安全自动装置定义及分类,一 电网安全稳定控制装置(系统)电网安全稳定控制装置(即区域稳控系统)是为保证电力系统在遇到大扰动时的稳定性而在电厂或变电站内装设的控制设备,实现切机、切负荷、快速减出力、直流功率紧急提升或回降等功能
3、,是保持电力系统安全稳定运行的第二道防线的重要设施。电网安全稳定控制系统是由两个及以上分布于不同厂站的稳定控制装置通过通信联系组成的系统。其结构可以分为:分散式、集中式。或远方控制、就地控制,安全自动装置定义及分类,二、自动解列装置 针对电力系统失步振荡、频率崩溃或电压崩溃的情况,在预先安排的适当地点有计划的自动将电力系统解开,或将电厂与接待的适当负荷自动与主系统断开,以平息振荡的自动装置。可分为:振荡解列装置、频率解列装置、低电压解列装置。失步解列装置是当电力系统失去同步发生异步运行时,在预先安排的适当地点有计划地自动将电力系统解开,或将电厂与连带的适当负荷自动与主系统断开,以防止事故扩大的
4、自动装置。,安全自动装置定义及分类,三、低频低压减负荷装置 低频减负荷装置是在电力系统发生事故出现功率缺额引起频率急剧大幅度下降时,自动切除部分用电负荷使频率迅速恢复到允许范围内,以避免频率崩溃的自动装置。低压减负荷装置是为防止系统无功缺额,引发电压崩溃事故,自动切除部分负荷使运行电压恢复到允许范围内的自动装置。,安全自动装置定义及分类,四、自动重合闸装置 架空线路或母线因故断开后,被断开的断路器经预定短时延时自动合闸,使断开的电力元件重新带电,若故障未消除,则由保护装置动作将断路器再次断开的自动操作循环。可分为:三相重合闸、三相重合闸、综合重合闸。,安全自动装置定义及分类,五、备用电源自动投
5、入装置:备自投:分段备自投、进线备自投、变压器备自投和远方备自投。装置根据设置备自投的方式工作,自动识别工作段电压消失,执行备用开关自动投入,以恢复工作段电压。并在自投中实现备用段保护后加速以及自投后自动切除多余负荷。是为满足电网经济运行及可靠供电,而采用的一种装置。,常见安自装置,RCS-992A型分布式安全稳定控制装置 本装置主要用于区域电网及大区互联电网的安全稳定控制,尤其适合广域的多个厂站的暂态稳定控制系统,也可用于单个厂站的安全稳定控制。装置采用主从式模块化结构,由主机(RCS-992A)和从机(RCS-990A)共同构成,主从机通过光纤交换数据,从机可分散布置于不同的保护小室。,常
6、见安自装置,RCS-992A型分布式安全稳定控制装置,常见安自装置,RCS-993E型失步解列及频率电压紧急控制装置具备判断两回线路的失步解列功能和低频解列、低压解列、过压解列、过频解列或切机功能。基本原理:利用UCOS判别原理进行判别,以装置安装处测量电压最小值确定动作区域,其主要性能如下:失步继电器利用UCOS的变化轨迹来判别电力系统失步,利用装置安装处采集到的电压电流,通过计算 来反应振荡中心的电压,根据振荡中心电压的UCOS变化规律来区分失步振荡和同步振荡及短路故障。,常见安自装置,RCS-993A、B型失步解列装置具备判断两回线路在电网失步时的解列、切机、切负荷等功能。RCS-993
7、A型装置基于阻抗循序判别方式原理进行失步判别和保护区域限制 RCS-993B型装置利用UCOS判别原理进行判别.同RCS-993E。,常见安自装置,RCS-965XB系列备用电源自投保护测控装置功能,引言:电网安全防御体系应包含系统的合理的一次网架、优质的一次设备、健全的三道防线、良好的调度运行及管理等方面,它是一个系统工程,从一次、二次、运行、管理多个方面去解决电网的安全问题。随着电力系统的发展,电网规模的扩大、结构的复杂化,以及一系列新技术的应用和资金的投入,电力系统安全防御体系也在不断完善,其功能也在逐步提高。经过多年的实践和探索,已建立了较为完善的电网稳定控制理论体系,为电网安全防御体
8、系奠定了扎实的基础。,二 稳定控制技术,海南及西藏电网大停电主要原因,海南2005年“9.26”大停电的直接原因是:达维台风造成了大量线路永久性故障跳闸,线路损坏严重,220kV玉官线官塘侧发生BC相间间歇性短路故障,玉洲侧线路保护拒动(直流电源异常),引起其他线路及发电机组后备保护动作跳闸,保护拒动是导致海南电网大面积停电事故扩大的直接原因。2005年“10.24”西藏藏中电网大停电的直接原因是:羊西110kV线路一回发生单相故障断路器拒动(不设失灵保护),引起发电机组远后备低压保护无序跳闸,系统最终垮网。“06.1.8”西藏电网垮网事故直接原因是:羊湖电站的综自站调试过程中人员误操作导致电
9、站出线全部跳闸,另外部分空载线路引起电厂母线电压升高,发电机低励、失磁保护动作跳闸,尽管系统安稳装置正确动作,曾使电网频率维持在49Hz以上数分钟,但终因功率缺额过大(超过60),电网最终崩溃。継电保护或断路器拒动引起发电机组远后备保护无序动作,是引起大停电的重要原因。为此,应考虑电网事故解列,隔离故障区,确保剩余电网的安全。,西藏电网一次接线示意图,1、20:47 嵩郑II线跳闸;10s后嵩郑I线跳闸;因郑州站#1母线检修,随即郑祥线、白郑线均被断开;,豫中,豫北,豫南,豫西,获嘉,郑州,嵩山,祥符,邵陵,白河,至湖北襄樊,至华北,牡丹,至湖北孝感,姚孟,沁北,柳新,焦峡,澳苗,仓颉,安阳,
10、洛热,三火,三水,小浪底,至西北,首常,龙泉,万县,辛洹线,万龙线,河南电网“7.1”事故发展及处理过程,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,2、20:50-20:58 小浪底、三水、洛热、沁北等多个电厂手动跳机或减出力;,3、20:54 220kV柳新线(豫北豫中)跳闸;,4、20:56 220kV焦峡线(豫北豫中)跳闸;,5、20:58 220kV澳苗线(豫北豫西)跳闸;,6、20:58 220kV首常线(豫西豫中)跳闸;,7、21:00 系统出现振荡,电压和功率大幅波动。,8、21:00 灵宝直流闭锁;,10、21:03 500kV辛洹线手动解列;,11、21:06 电网振荡平息。
11、,500kV万龙线跳闸;,河南电网“7.1”事故的教训,(1)互联电网在联网与不联网两种状态下系统的稳定控制措施是不同的。华中与华北不联网时嵩郑线跳闸采取豫北、豫西切机措施是有效的,而联网状态下切机不仅无效而且会使事故加剧,此时解列辛洹联络线后再切机或直接解列与嵩郑线构成电磁环网的220kV线路才是有效的。(2)任何情况下高一级电压等级联络线断开不允许低一级电压线路进行大区联网。(3)同一路径双回线N-2的事故必须考虑,06-07年曾发生多起N-2及N-3事故,对这类事故必须有足够的准备。(4)大区互联电网失步振荡的模式可能有多种,如果振荡中心主网内部,则目前装设的失步解列装置将拒绝动作,系统
12、无法消除振荡。应该研究这种振荡模式下的解列对策。(5)220kV及500kV线路保护不应有过负荷跳闸功能。,巴西大停电事故,2009年11月10日晚22点13分(北京时间11日8点13分),巴西电网全国范围内发生大面积停电,引起世界关注。本次大停电影响巨大,受影响人口约5000万,损失负荷约24436MW,约占巴西电网全部负荷的40%。由于此次停电事故影响到圣保罗、里约热内卢等负荷中心,引发人们对巴西举办奥运会能力的质疑。,国内外事故的主要原因:(1)电网整体结构不合理:高低压电磁环网运行情况严重,一旦高压侧输电回路断开引起潮流向低压侧大转移就可能出现灾难性的后果。(2)继电保护的不正确动作是
13、事故扩大的直接原因:如保护拒动或误动;距离三段定值不能有效躲过线路短时过负荷;线路保护装置的振荡闭锁功能不完善,当系统发生失步振荡时就可能出现无序的跳闸,引发连锁反应。(3)电网内安稳控制系统的配置不完善:如过负荷控制、失步解列、低频低压解列、低压切负荷等配置不足、定值不当或装置配置与性能不完善。(4)对于严重的多重事故缺乏应对措施,如出现N-2、N-3事故时缺少对策,往往事故扩大。此外,在电网稳定水平下降时没能及时调整方式、限制潮流,线路走廊的树木没有及时修剪等等方面也有影响,但一般不是大停电的主要原因。总之,任何一次大停电事故都是由多种原因、多个因素汇集形成。,图 电力系统状态转换及三道防
14、线,为了分析的方便,我们把电力系统运行状态分为:正常状态,警戒状态,紧急状态,失步状态,恢复状态。,电力系统发生突然的有功功率变化时,系统的频率将要发生变化,当功率缺额时频率下降,功率过剩时频率上升。当功率变化较大时若不及时采取措施,频率将超越正常范围,甚至引起系统频率崩溃。频率紧急控制的措施:频率下降时,基本措施是自动低频减负荷;频率上升时,基本措施是过频自动切机;联络线低频解列。频率紧急控制的判据:按频率值、频率变化率及动作延时综合进行判断,但必须防止暂态过程中频率测量的不正确及系统内负荷反馈等问题引起的装置误动作。当系统功率缺额过大(例如缺额达20)时,应装设联络线跳闸或大机组跳闸时联切
15、负荷(或联切蓄能电厂的抽水机组),快速制止频率大幅度下降。联切负荷与低频减载两者应协调,例如切除对象不能完全重迭,控制量需进行配合。,频率电压紧急控制,电力系统频率特性 当系统负荷突然变化时系统频率运行点的变化过程:负荷增加引起频率降低,负荷减少频率升高,电力系统频率特性2 当系统机组(或受电联络线)突然跳闸时系统频率运行点降低的变化过程。,电力系统频率特性3 当系统频率下降过程中采用低频减载措施可以制止频率下降并恢复系统运行频率。,低频减载配置方案的若干问题:(1)设有快速动作的基本轮:对于大型电力系统动作的频率级差为0.2Hz,每轮动作延时为0.2秒;一般配置911级。(2)设有长延时动作
16、的特殊轮:其整定值应考虑使系统不能长期悬浮在49Hz以下,一般动作频率值与基本轮的第一轮一致,按动作延时可分为2 3级。(3)为了提高动作可靠性,应设有频率启动级和频率变化率df/dt闭锁。(4)为了在大功率缺额时能快速动作,应设有按频率变化率df/dt加快动作的功能,例如在第一轮动作时可加速第二或第二、三轮动作。(5)为了防止过切,在每轮动作的延时过程中应检查df/dt符号是否从负变为正,发现已变为正值时立即停止延时。(6)第一轮的频率定值应考虑利用系统的旋转备用,一般不大于49.2Hz。(7)对于可能从主网解列出来的地区电网,除了服从主网安排外,还应考虑孤立运行时确保地区电网安全稳定运行的
17、减载措施。(8)国内某些电网开始采用分轮按整定功率值自动选择被切负荷线路的方案,技术上更加完善。,自动低频减负荷,电压稳定性:是指系统维持电压的能力,电力系统在正常运行条件下和遭受扰动之后系统中所有母线都持续地保持可接受的电压的能力,并且功率和电压都是能控的。当发生扰动、增加负荷或改变系统运行方式造成渐进的、不可控制的电压降低时(至少有一个母线的电压幅值随注入母线的无功功率的增加而减少),则系统进入电压不稳定状态。电压不稳定的主要因素是系统不能满足无功功率的需求。电压不稳本质上是一种局部现象,但其后果却给系统带来广泛的影响。电压崩溃是伴随电压不稳定导致系统大面积、大幅度的电压下降的过程,致使大
18、范围内停电。美加“814”大停电过程中,最后阶段就是发生电压崩溃。,电压稳定及低电压紧急控制,功角不稳定和电压不稳定经常同时发生,一种形式的不稳定可导致另一种形式的不稳定。区别功角稳定与电压稳定对弄清楚问题的根本原因,改进电网设计、合理安排运行方式、以及针对性的控制有着重要的意义。提高电压稳定性的控制措施主要有发电机无功控制(励磁控制)、低电压切负荷、静止补偿设备(SVC、STATCOM)等,低电压切负荷措施是电压紧急控制最基本而有效的措施。对于复杂电网,仅靠分散安装的低压切负荷装置往往不能有效解决电压稳定问题,需要配置多个厂站的电压稳定控制系统,根据多个相关站点的电压水平及系统的运行状态(包
19、括故障)来进行决策;在线电压稳定控制在福建已经投运,取得了良好运行经验,是今后发展的方向。,电压稳定及低电压紧急控制2,在线电压稳定分析及控制:利用EMS系统采集的当前系统数据、电压稳定控制厂站采集的数据及针对可能造成电压不稳定的予想事故,进行短期(暂态)电压稳定(10秒)和中期电压稳定(10秒-30秒)分析计算,提出电压预防性控制的措施,并刷新电压稳定控制系统策略表的内容。对电压崩溃最脆弱的母线和地区进行监视,发现相关厂站电压均低于警戒水平时应立即采取措施,经规定时限电压仍不能恢复时则应果断采取人工限制负荷或自动切负荷措施。电压稳定控制系统与分散的低压切负荷装置功能上分工和协调,以达到互补效
20、果。,电压稳定及低电压紧急控制3,过负荷现象:线路或变压器等设备允许长时间流过的电流值称为安全电流,如果设备实际流过的电流超过其安全电流则出现过负荷现象。设备的过负荷属于热稳定问题。一般来说,电力设备都有一定过负荷能力,设备允许过负荷的时间与过载的倍数、环境温度、风速、日照等因素有关,过载倍数小允许时间较长,过载倍数越大,允许的时间越短,具有反时限特性。输电回路中串接多种设备(导线、金具、阻波器、电流互感器、开关、刀闸等),输送电流受允许电流最小设备的限制。过负荷处理不及时可能导致严重后果:设备因过热而损坏,导线变形,弛度增加,甚至线路烧断、变压器烧毁;线路因弧垂增加与下方物体(线路、树木)发
21、生短路,导致线路跳闸,引起与之平行的线路更严重的过载;引发电力系统连锁反应,出现大面积停电事故。从1965年11月美国东北部大停电到2005年莫斯科大停电,很多次事故都是由于线路过负荷引起的。,设备过负荷及其控制,设备过负荷原因:线路与主变过负荷分为两类:突然过负荷与缓慢过负荷。缓慢过负荷是由负荷的增长引起的。引起线路突然过负荷的原因有:(1)平行线中一回线突然跳闸;(2)电磁环网高压侧线跳闸潮流向低压侧转移;环网系统在不平衡点解开;(3)突然失去大电源,引起潮流重新分布;(4)线路突然跳闸后潮流重新分布引起某些线路过负荷。引起变压器突然过负荷的原因有:(1)并联变压器一台跳闸,引起另一台过负
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