直流系统主动式综合保护

以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife南京国臣信息自动化技术有限公司2014.11以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife直流系统存在问题及重大事故统计直流系统的重要性直流系统主动式综合保护目录/Directory主动式综合保护的实现直流系统保护的发展安全性分析以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife1.1电网继电保护运行现状被誉为电力系统“静静哨兵”的继电保护，一年365天，每天24小时站岗放哨，是保证电力系统安全、稳定运行的钢铁长城。经过科研制造、设计、运行单位几代继电保护人的共同努力，220kV及以上高压电网的继电保护装置正确动作率已达到100%，对电力系统发生的各种故障能迅速、正确地隔离。但是，直流系统故障仍然存在，对电力系统的安全、稳定运行危害很大，往往引发事故或造成事故扩大，损坏设备、破坏电网稳定、大面积停电等，对国民经济造成严重损失，教训是沉痛的。以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife1.2直流系统直流系统主要应用于各类变电站、火力、水力发电厂等使用直流设备的用户。作为电力二次系统的重要组成部分，直流系统是继电保护、自动装置、监控、遥控通讯、操作回路、信号回路、微机及五防系统等的直流供电电源。它是继电保护、安全稳定装置的供电电源，是继保、安稳装置运行的“血液”。直接关系着继电保护的动作正确率，关系着整个电网的安全稳定运行。以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife1.3直流系统的重要性直流系统的用电负荷极为重要，对供电可靠性要求很高。当控制回路、监控系统、信号回路失去直流电源时，运行人员就会无法掌握设备的运行状态、系统潮流等，无法进行设备的正常操作。当直流故障发生在继电保护、自动装置或开关分合闸回路中，就有开关意外跳闸或拒动的可能，造成事故或扩大事故。实际电网运行过程中，直流系统引起保护的误动或拒动严重威胁到电网的安全运行。以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife1.4直流系统的组成与设计•交流输入、充电装置•馈电屏、蓄电池组•监控单元、绝缘监测•硅降压回路（可选）•蓄电池电压巡检装置•电压电流测量表计等组成•蓄电池组•充电装置•接线方式•网络设计等设计规范、技术成熟电池柜+馈电柜+充电柜以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife1.5直流系统故障出现故障的实际原因•馈电屏后所带的负荷之间相互影响•馈电屏后端（负荷侧）出现故障是导致保护拒动、误动的根本原因解决方案•可考虑在馈电屏和负荷之间增加主动式综合保护屏•采用主动式综合保护屏替换原有的馈电屏（带主动式综合保护的馈电屏）以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife直流系统存在问题及重大事故统计直流系统的重要性直流系统主动式综合保护目录/Directory主动式综合保护的实现直流系统保护的发展安全性分析以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.1直流系统常见故障常见故障接地绝缘降低交直流混接短路环网以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.2接地故障危害•有可能使继电保护及自动装置误动作。•因为一般跳闸、合闸线圈通常与负极电源接通，若此时正极电源越过操作按钮或开关接点，接地时就有可能引起误动作。正极接地•有可能使继电保护及自动装置拒动作。•因为跳闸、合闸线圈此时被接地点短接而产生拒动。负极接地•可能将某些继电器短接，不能动作于跳闸、甚至越级跳闸。•直流回路短路电流会使电源保险熔断，并有可能烧坏继电器触点，直流保险熔断会使保护及操作等失去电源。两点接地以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.3绝缘降低及交直流混接危害绝缘降低•正极或负极绝缘降低，若不及时处理，则有可能发展成金属接地，与上述金属接地的危害相同，造成保护拒动、误动或越级跳闸，损坏设备，威胁电网安全运行。交直流混接•交直流回路是两个相互独立的系统，直流回路是正负极对地绝缘系统，而交流回路是接地系统。•若发生混线，势必会造成直流接地，如果接地发生在直流正极则会造成保护误动的可能，如果接地发生在负极则会造成保护拒动的可能。•交、直流电压叠加于直流跳闸回路的中间继电器的两端，其幅值远远超过中间继电器动作电压，因此就会出现周期性的继电器抖动或光电隔离信号的动作。以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.4接地、绝缘降低、交直流混线故障举例接地检测电路馈电屏和负荷侧直流屏侧以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.5直流系统事故统计——接地1、1990年5月8号某220kV变电站直流一点接地跳闸2号主变压器220kV断路器旁路代路运行，做电流互感器带负荷电流相位测试，试验结束后，拆除试验接线过程中，在断开零相试验小线时，接在TA零相回路小线的一端尚未断开（接地端），而试验小线的另一端不小心瞬间掉到3LP连接片上端，通过直流监测装置和抗干扰电容形成回路，1KBC跳闸中间继电器动作，KX有掉牌信号，2号主变压器无故障跳闸。选自国调中心典型故障分析以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.5直流系统事故统计——接地2、1996年7月28号某水电厂主机、主变压器烧毁事故某水电厂先发生直流接地，派人前去处理，仅隔几分钟的时间，中控室光字牌显示“全场所有发电机、变压器、厂用电保护及操作的直流电源全部消失”。后果：5号发电机短路故障，因其保护和操作的直流电源消失，保护不能动作，断路器不能跳闸导致事故扩大。5号机、4号变压器烧毁，该厂与系统解列。健全发电机端电压急剧下降，调速器自动关水门或自动灭磁，因都无直流电源，紧急停机命令都难执行。选自国调中心典型故障分析以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.6直流系统事故统计——交直流串线1、1996年华北电网“5.28”事故事故影响：系统失去稳定，振荡时间达1min44s，损失负荷800MW。事故原因：沙岭子电厂高压试验人员在做2200甲断路器高压试验时，误将交流工频电压串入升压站直流电源中造成三条500kV线路跳闸（沙昌1、2线电抗器保护、丰沙县PSL保护、220kV断路器端子箱共用第二组直流电源）。选自国调中心全国电网典型事故分析以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2、1989年5月5号，重瓦斯保护误跳闸某500kV变电站扩建工程中，由于设计图纸错误，将直流系统正极同交流电源连接在一起，交直流电源混接，造成直流电源正极接地，这对变电站内继电保护安全运行构成威胁，由于瓦斯保护控制电缆较长，约400m左右，对地电容量大，首受其害，引起重瓦斯跳闸中间继电器KZ跳闸。后来在1994年6月28日和7月1日又发生两次重瓦斯保护误跳闸，均是交直流混接，造成直流系统正电源接地引起的误动作。2.6直流系统事故统计——交直流混接选自国调中心典型故障分析以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife3、2005年托克托电厂“10.13”事故事故影响：内蒙古大唐托克托电厂3台60万kW机组同时跳闸，损失负荷163万kW。事故原因：电厂维修人员在处理故障的时候，误将交流电源接入直流系统，造成交直流混接故障，造成本次全站大停电。选自国调中心典型故障分析2.6直流系统事故统计——交直流混接以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.7直流系统接地、绝缘降低、交直流混接现有解决方法便捷式接地查找测试仪（主要方法）•由于兼容性和抗干扰能力差的因素，误报率十分高。•对于接在母线上的任何导线都不能遗漏，查找工程量大。逐路断电寻找接地点（辅助方法）•需要的时间长，试停的回路多，也造成了继电保护或自动装置临时退出运行，对电力系统的安全稳定运行有一定影响。交直流混接，利用短接试验线识别交流电和直流电，但也无法避免误碰的错误。绝缘降低一般通过绝缘监测装置进行报警。以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife绝缘监测装置是否具备交流电源窜入直流的记录和告警功能2014年4月15日国家能源局发布《防止电力生产事故的二十五项重点要求》第22.2.3.23.1条规定“新投入或改造后的直流电源系统绝缘监测装置，不应采用交流注入法测量直流电源系统绝缘状态。在用的采用交流注入法原理的直流电源系统绝缘监测装置，应逐步更换为直流原理的直流电源系统绝缘监测装置。”2014年4月15日国家能源局发布《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中第22.2.3.23.3条规定：“新建或改造的变电所，直流电源系统绝缘监测装置，应具备交流窜直流的侧记和报警功能。原有的直流电源绝缘监测装置，应逐步进行改造，使其具备交流窜直流的侧记和报警功能。”2.7直流系统接地、绝缘降低、交直流混接现有解决方法以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.8短路故障短路故障直接熔断直流熔断器，导致保护系统因掉电而引起保护装置报警，若没及时进行故障处理，很容易造成保护及自动装置的误动或拒动，引起事故或事故扩大。若是正负极短路，则会导致直流消失，影响范围更大。以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.9直流系统事故统计——短路故障1、1990年广东电网“9.20”事故事故影响：大面积停电，总失去负荷800MW，损失电量177万kWh。事故扩大原因：芳村站芳顺线相差高频保护（许昌继电器厂1985年出品）出口继电器CKJ电压线圈并联的二极管D94（及出口触点耦合二极管D93）事故时击穿，直流正负电源通过D94短接，造成芳顺线控制、保护直流回路负极熔丝熔断，使受该熔丝控制的芳顺线所有保护均因失去直流电源而不能动作。选自国调中心全国电网典型事故分析以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.9直流系统事故统计——短路故障2、1993年海南电网“4.24”事故事故影响：全网瓦解，大面积停电。事故扩大原因：秀英站10kV母线发生短路时，主变压器10kV本应跳闸切除故障，但由于当时该站主控制室的直流操作熔丝熔断，导致主变压器10kV及110kV断路器无法切除故障，从而扩大事故范围。事故暴露问题：秀英变电站直流熔断器配置不合理，未按逐级保护的原则配置，引起熔断器熔断导致主变压器保护拒动。选自国调中心全国电网典型事故分析以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.9直流系统事故统计——短路故障3、1999年5月29日直流熔丝熔断母线失压保护失效变电站一条220kV线路保护装置更新改造，误碰使TV电压切换直流小母线短路，造成220kV四段母线TV电压切换中间继电器的直流熔丝正极熔断，四段母线电压切换中间继电器全部失电返回，致使220kV四段母线上的各条线路距离保护、方向保护、零序方向保护、主变压器后备距离保护、母差保护低电压闭锁功能全部退出。选自国调中心典型故障分析以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.9直流系统事故统计——短路故障4、1987年12月5日220kV失压误跳500kV主变压器500kV某变电站220kVI母线停电操作，将I、II母线TV二次切换回路并列时，电压切换继电器的直流熔丝熔断，全站220kV电压切换中间继电器全部失电返回，1号主变压器220kV阻抗保护TV失压闭锁不完善，造成后备阻抗保护误动跳1号主变压器三侧断路器。选自国调中心典型故障分析以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.10直流系统短路现有解决方法熔断器•越级熔断•熔断状态不能及时检测和报警微型断路器•交直流断路器混用。•上下级常常能够同时越过反时限动作区、达到各自的速断动作值，导致越级跳闸，扩大了继电保护、自动装置、控制回路的停电范围，从而影响了电力系统的正常运行。Q/GDW11078—2013直流电源系统技术监督导则5.1.2.6直流系统严禁采用交流断路器，严禁在直流断路器的下级使用熔断器。以诚信立足世界用科技服务中国GreenYourLife2.11环网故障为提高直流电源系统供电可靠性，发电厂与110kV及以上电压等级的变电站大多采用