供配电安全技术-第7讲煤矿防越级跳闸系统及数字化变电站.ppt

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供配电安全技术 第七讲:煤矿防越级跳闸系统及数字化变电站 中国矿业大学信息与电气工程学院 电气安全与智能电器研究所 刘建华 目录 一、煤矿越级跳闸问题分析 二、常规微机保护构造的防越级跳闸系统 三、数字化变电站 四、数字化变电站构造的防越级跳闸系统 一、煤矿越级跳闸问题分析 1、短路越级跳闸 煤矿高压供电存在如下特点：  短线路较多  有的下井线路仅有100-500米；  采区变到配电点仅有50-500米  下井线路经过的开关级数多  地面-井下中央-采区-配电点  电力系统给定的速断定时限短（1-2秒）  井下高压开关一般均装设速断保护  井下高压开关一般均装设有低电压保护 短路越级跳闸原因1 整定方法不合理  速断保护按躲过最大负荷电流整定，比按短路电流整定 得到的值要小得多，发生短路后沿线保护均启动，跳闸 取决于开关的机械特性。 解决方法  正确整定 短路越级跳闸原因2 短线路造成保护定值无法区分  短线路短路电流的变化平缓，始末端短路电流差值小，按 躲过线路末端最大短路电流整定，一般保护灵敏度<1。  电力系统规程建议在灵敏度小于1的情况下不适宜装设电 流速断保护，但是煤炭规程规定井下必须装设速断保护， 不准甩掉不用。  此时一般按同一灵敏系数法整定，造成线路在最小运行方 式下有保护范围，然而在最大运行方式下可能发生越级跳 闸。 解决方法  在短线路增设限流电抗器，注意端电压、井下条件限制。  改变保护原理：差动保护 短路越级跳闸原因2 短线路造成保护定值无法区分 短路越级跳闸原因3 系统的运行方式差异较大  系统运行方式差异较大，按躲过线路末端最大短路电流 整定，一般保护灵敏度<1。  电力系统规程建议在灵敏度小于1的情况下不适宜装设 电流速断保护，但是煤炭规程规定井下必须装设速断保 护，不准甩掉不用。  此时一般按同一灵敏系数法整定，造成线路在最小运行 方式下有保护范围，然而在最大运行方式下可能发生越 级跳闸。 解决方法  电力自动化系统：随运行方式切换保护定值  改变保护原理：差动保护 短路越级跳闸原因3 系统的运行方式差异较大 短路越级跳闸原因4 短路电流过大  短路电流超出了保护装置短路电流的最大保护范围 （现在井下高压综保一般为10倍），如线路末端母 线的最大三相短路电流为3340A,而线路的CT的变比 为200/5，也就是保护的最大电流只能选取2000A。 解决方法  改变CT变比  加装限流电抗器  改变保护原理：差动保护 短路越级跳闸原因5 失压保护延时难以整定导致的“越级跳闸”  大多井下保护器的失压保护动作延时不能整定，为 瞬动，另外部分失压脱扣动作值不准确。馈线距离 母线很近的地方发生短路故障时母线电压短时失压， 该段母线上其他开关的失压保护误动作导致“越级 跳闸” 。 解决方法  选择具有失压保护延时可整定或具有延时的保护装 置；  改变保护原理：差动保护 短路越级跳闸原因6 开关拒动  煤矿井下高爆开关质量参差不齐，开关动作速度差 异较大，开关质量差异较大。 解决方法  保证开关质量 2、漏电保护无选择性跳闸 煤矿80%以上供电事故均为单相接地故障造成 中性点不接地系统中单线路单相接地故障判定存在 技术实现难点 单相接地故障判定原理较多 中性点接地方式较多 单相接地故障危害严重  事故扩大为短路，降低供电可靠性  事故引发过电压，导致事故扩大 漏电保护误动或拒动原因1 高压漏电保护选择性原理有效性  零序过电流原理：适用于中性点不接地系统，且各出 线电容电流差别不大。  零序无功方向型原理：适用于中性点不接地系统。  零序有功方向型原理：适用于中性点经并或串阻尼的 消弧线圈接地。  五次谐波原理：适用于中性点各种接地形式，但灵敏 度较低，不适合单条线路应用。 解决方法  根据系统中性点运行方式，选择具有正确原理的保护 装置。 漏电保护误动或拒动原因1-保护原理 以母线流向线路电流方向为正 漏电保护误动或拒动原因1-保护原理 以母线流向线路电流方向为正 漏电保护误动或拒动原因1-保护原理 漏电保护误动或拒动原因1-保护原理 漏电保护误动或拒动原因2 高压漏电保护整定方法不合理  井下高压漏电保护同一条线路应按时限保证选择性。  零序过电流原理：在中性点不接地系统应按躲过本支 路电容电流整定。 解决方法  正确整定 漏电保护误动或拒动原因3 接线不正确  选择性原理必须依靠电压与电流方向的判别。  电压互感器零序电压加、减极性接法不一。  误以为漏电试验动作即检验了漏电保护可靠。 解决方法  做经电阻接地或直接接地试验验证接线正确性。 二、常规微机保护构造的防越级跳闸系统 从地面到井下所有变电所连接线上光纤纵差 保护 线路纵差保护作为线路的主保护 过流II段为后备保护 高爆综合保护应改造为具有光纤差动保护的微 机保护测控单元 地面到井下所有变电所连接光纤 防越级跳闸系统纵差保护原理 正常运行和线路外部故障时 线路内部故障 防越级跳闸系统优缺点 优点 改造简单。 缺点 仅能实现短路防越级，无法解决漏电无选择性问 题； 无法实现母线短路速断保护，靠后备保护动作， 存在一定危险性。 三、数字化变电站 数字化变电站是智能电网的核心。 智能变电站（数字化变电站）  数字化变电站  数字化变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在 IEC61850通信协议基础上分三层构建，即站控层、间隔 层、过程层，两级网络，能够实现智能设备间信息数字 化共享和互操作，可实现网络化二次功能、程序化操作、 状态检修、电网故障分析隔离等功能的智能化的变电站。  特点： •一次设备智能化 •二次设备网络化 •基础数据完备化 •信息交换标准化 •运行控制自动化 •信息展示可视化 •分析决策在线化 •设备检修状态化 •保护决策协同化 •设备安装就地化 •系统设计统一化 •二次系统一体化 数字化变电站设计模式1  仅站控层遵循IEC61850标准。  全国约有400座此类变电站。  通常认为，这种仅站控层遵循IEC 61850标准变电站，在 技术上已经相当成熟。在浙江、湖北、广东等地已经作 为新建或改造变电站的基本要求（如浙江海宁500kV变电 站）。  这种模式变电站仍属于常规性质的变电站设计。 数字化变电站设计模式2  站控层遵循IEC61850标准、过程层采用GOOSE网络。  一次设备采用常规互感器，在技术上规避了电子式互感 器不成熟的风险，成本也相对较低。  在华东等地区有应用（如浙江兰溪500kV变电站、浙江外 陈220kV变电站）。  这种变电站属于一种过渡性的变电站设计模式。 数字化变电站设计模式3-全数字化  站控层遵循IEC61850标准、过程层采用GOOSE网络。  过程层设备全部为电子式CT/PT及智能开关。对110kV以 下电网可 采用电子式互感器。 数字化变电站与传统自动化变电站比较 GOOSE网络 什么是GOOSE及特点？  GOOSE：面向对象的变电站通用事件（Generic Object Oriented Substation Event ）  是IEC61850定义用于快速和可靠传送变电站自动化系统 中实时性要求高的信息事件的通信模型。 为什么需要GOOSE？  在运行中，由于系统发生故障保护会产生：启动、跳闸、 重合等动作；运行状态发生变化时出现电网结构、一次 设备被控制切换会产生：启动、停止、闭锁、解锁、触 发、解除、状态变化等动作及信号。  以前这些快速动作命令信号基本上由继电器完成，随着 信息化、数字化的技术进步发展，改由通信技术完成。 非常规互感器 非常规互感器优点  优良的绝缘性能，造价低。  不含铁心，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题。  低压侧无开路高压危险。  暂态响应范围大。  频率响应范围宽。  没有因充油而产生易燃、易爆炸等危险。  体积小、重量轻，运输方便。  抗电磁干扰能力强。  由于信息载体是光，用光纤传输信号，因此具有光学敏感和光 纤传输的优点，例如耐腐蚀、耐老化等。  适应了电力计量与保护数字化、微机化和自动化发展的潮流。 电子式电流互感器ECT １１０kv系列 １０kv系列 电子式电流互感器 开关柜安装的小信号模拟量输出的电子互感器 防越级跳闸系统：地面数字化变电站模式 四、数字化变电站构造的防越级跳闸系统 防越级跳闸系统：井下数字化变电站模式 防越级跳闸系统：数字化变电站模式  特点：  基于数字化变电站模式，三层网络结构，两层网络。  具有数字化变电站典型特点，符合发展趋势。  地面井下一体数字化实现方案。  过程层设备：综合保护测控合并智能终端  采用传统PT/CT。  高爆开关中安装具有光纤通讯的综合保护测控合并智能终端， 通信网络正常时，起数字化变电站合并器作用，当双光纤网 络断开时，起微机综合保护作用。  过程层与间隔层之间网络：将IEC61850标准的GOOSE网、采 样值网、GPS同步网三网合一，集成在同一对光纤通道（双 重化）上实现 ；以矿用光纤网络接入分站为核心构成（单 台可接入最多39台智能终端）。 防越级跳闸系统：数字化变电站模式  间隔层设备：集成保护装置  基于最新超大规模FPGA和多DSP内核并行处理技术 ，计算 能力相当于100余台微机保护装置的保护主机。  针对煤矿井下线路短，短路电流大的特点，开发了CT饱和 识别技术，能避免穿越性故障时由于CT饱和导致的光差误 动。  功能软件化：保护功能软件化（可自由配置开关需要的软 件功能，如线路纵差、母线纵差等），故障录波软件化 （支持高达20次谐波分析，保存多达4096条故障记录， 32 套全网故障时的波形），接地选线软件化。  线路纵差保护动作速度快，平均动作速度小于25ms。 防越级跳闸系统：煤矿数字化变电站模式 优点 基于智能电网架构，第三代数字化变电站结构； 全矿保护信息共享； 可解决短路防越级、漏电无选择性问题； 功能升级软件化，保护投资； 电磁兼容性强，抗干扰能力强。 防越级跳闸系统：集成保护装置界面 防越级跳闸系统：集成保护装置界面 防越级跳闸系统：集成保护装置界面 防越级跳闸系统：集成保护装置界面