【木森电气】继电保护技术改造中的关键点
发布时间：2014-10-27 14:04 文章来源：木森电气技术部 作者：钱有松 人气：
一、概述
1、微机继电保护定义
微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。
2、微机继电保护特点
① 微机继电保护集测量、控制、监视、保护、通信等多种功能于一体的电力自动化高新技术产品,是构成智能化开关柜的理想电器单元。
②多种功能的高度集成，灵活的配置，友好的人机界面，使得该通用型微机综合保护装置可作为35KV及以下电压等 级的不接地系统、小电阻接地系统、消弧线圈接地系统、直接接地系统的各类各类电器设备和线路的保护及测控，也可作为部分66KV、110KV电压等级中系 统的电压电流的保护及测控
③采用32位数字处理器（DPS）具有先进的内核结构，高速运算能力和实时信号处理等优点。
④支持常规的RS485总线和及CAN（DEVICENET）现场总线通讯，CAN总线具有也错帖自动重发和故障节点自动脱离等纠错机制，保护信息的实施性和可靠性。
⑤完善的自检能力，发现装置异常自动报警；具有自保护能力，有效防止接线错误和非正常运行引起的装置永久性损坏；免维护设计，无需在现场调整采样精度，测量精度不会因为环境改变和长期运行引起误差增大。
二、提出问题及解决方案：
1、WMZ-41A型母差保护改造
母线保护是保证电网安全稳定运行的重要系统设备，它的安全性、可靠性、灵敏性和快速性对保证整个区域电网的安全具有决定性的意义。在电网中广泛应用过的 母联电流比相式差动保护、电流相位比较式差动保护、比率制动式差动保护，而就适应母线运行方式、故障类型、过渡电阻等方面而言，无疑是按分相电流差动原理 构成的比率制动式母差保护效果最佳。但是随着电网微机保护技术的普及和微机型母差保护的不断完善，以中阻抗比率差动保护为代表的传统型母差保护的局限性逐 渐体现出来。从电流回路、出口选择的抗饱和能力等多方面，传统型的母差保护与微机母差保护相比已不可同日而语。下面通过对WMZ-41A微机母差保护在我 厂的应用了解，对出现的问题及改进方法做一介绍。WMZ-41A是新型微机母线保护装置。装置采用整面板背插式机箱结构，保持WMZ-41成熟的保护原理 及算法，吸取WMZ-41多年成功的运行经验，提高了整体技术性能。由其构成的GZM-W41A系列微机母线保护柜可适用于500kV及以下各种电压等 级、各种接线方式的母线保护。其有如下特点:
（1）WMZ-41A型微机母线保护装置以32位主CPU为核心，CPU板采用6层印制板，贴装工艺；模拟量转换采用高精度16位模数转换器。
（2）采用带比率制动特性的完全电流差动判据，利用采样值算法及突变量算法实现快速母线差动保护，采用同步识别法抗TA饱和措施，有效地消除了TA饱和对差动保护的不利影响。在母线区内故障时，保护迅速出口。而区外故障时，保护可靠不误动。
（3）自动跟踪、识别双母线运行方式，并可适应于母联带出线、旁路兼母联、母线兼旁路等各种特殊运行方式。对系统并列、解列或出线倒闸过程中的各种运行状态，均能确保母线安全运行。
（4）配置中文打印机，可打印定值报告、采样报告、自检报告及故障报告；其中故障报告可记录最近8次故障，有三种打印格式如：简明故障报告，采样值故障报告，波形故障报告。
（5）多种可选的通信接口（RS485/RS422/RS232及以太网口）以及GPS对时功能。多层布线印刷电路板工艺，抗干扰能力强（通过IEC 60255-22-4标准规定的Ⅳ级（4kV±10%）快速瞬变干扰试验和IEC 60255-22-2标准规定的Ⅳ级（空间放电15kV，接触放电8kV）静电放电试验）。
现有WMZ-41A型母差保护中需要对母联开关加装I、II母隔离刀闸辅助接点。由于母联开关隔离刀闸辅助接点已无空接点，而是用合闸位置继电器、跳闸 位置继电器的空接点代替，在倒母线操作时，运行按常规先取下母联开关操作保险（这样是为了防止倒闸操作过程中，母联开关跳闸）从而使木联合、跳位继电器全 部返回，造成母差保护频发“识别错误”光字信号。
针对这种现象，继电保护班与运行人员协商，在倒母线操作中，由运行人员先将母差保护屏上模拟母联位置的I、II母手动小开关都置于手合位置，在取下母联 开关操作保险。这样可防止“识别错误”信号的频发，带刀闸母线操作完后，在将母联I、II母小开关切至自动位置。
110kV WMZ-41A型微机母线保护投入运行后不久，装置频发“电压突变”信号，“电压突变”将开放母差保护跳闸的一个条件，这样，只有差电流超限，差动就会动 作出口；以上这种情况，很可能造成母差保护的误动，为主设备的安全运行造成严重隐患。
为了杜绝保护基于此情况的母差保护误动，经过查看采样数据，利用两点乘积法检查发现，母差保护数据采集系统中的计时芯片，在采集中并不是每一个周波都按 20点触发晶振脉冲，而有时按一个周波24点采样，多采4个点，造成本周波电压的采样值与前一个周波电压的对应采样值比较中产生一个ΔU的差值，当这个 ΔU累加超过电压突变门槛值时从而造成“电压突变”信号频发，更换计时芯片后，问题得到了解决。
2、110kV、220KV母线电压互感器改造
原有的110kV、220kV电压互感B相接地点均在就地开关箱中，不符合继电保护二十五项反措要求，电压互感器的二次绕组也为保护和测量共用，并且共 用一个击穿保险。不论保护还是仪表，那个回路冲击电压互感器的二次绕组，都会造成二次绕组空气小开关跳开或击穿保险击穿，造成保护失压，同时关口表测量损 失。
为解决这一问题，在更换新的大容量电磁式电压互感中，加有两组独立的二次绕组，将保护和测量回路分开，互不影响，可有效防止关口表失压，同时将两组绕组 分别经不同的击穿保险接地，既防止了TV过压，又防止了两绕组之间产生干扰。 在执行反措方面：将电压互感器就地开关箱的B相接地点拆除，并用四平方截面电缆（可有效防止传输压降）分别引至主控制室，经小母线用2×4平方铜导线引至 主控电缆夹层接地铜牌，保证接地点等电位（有效防止悬浮地电位的产生）。将开关场至控制室TV电缆更换为4平方电缆，减小了线损,提高了电压质量。电压互 感器的测量等级也由原来的0.5级提高到0.2级，提高了测量精度。
3、红托线微机保护更新
根据220KV及以上线路保护双重化要求及红托线原有WXB-11、15型已运行近十年，将红托线微机保护换型为许继产WXH-802型保护和南瑞产 RCS-931B型保护，其中RCS-931B保护中光纤纵差保护为红厂第一套光纤保护。 WXH-802由综合距离方向元件和零序方向元件构成全线速动主保护，由三段式相间距离和接地距离以及六段零序电流方向保护构成后备保护；并配有综合重 合闸。相对于前有保护具有以下特点：
（1）采用32位DSP作为保护CPU，数据处理能力强，可靠性高， 16位A/D作为数据采集，保护测量精度高，每个CPU有独立的A/D,A/D自动校准，不需要零漂及刻度调整。
（2）保护中采用自适应振荡判据及自适应数据滤波器，增设了适用于弱电源侧的保护逻辑。
（3）保护动作事件可连续记录16次，具体记录发信、停信、收信及保护各种动作情况，每次可记录故障前2周和故障后8周采样数据，报告全汉化输出，可体 现 保护动作的测量值与整定值，采样数据可波形输出也可采样值输出，采用80186芯片作为人机对话（MMI），LCD采用全汉化显示。
（4）硬件存储容量大，可存储多达100次保护事件报告记录。装置的任何操作，如装置上电、修改定值等均有记录。具有RS-422/485或LonWorks总线网络。可直接同微机监控或保护管理机相连。
（5）具有完善、灵活的后台分析软件，便于事故后分析，机箱结构采用6U结构。CPU采用先进的表面贴装技术；装置强弱电回路、开入开出回路合理布局。 提 高了装置的抗干扰能力。RCS-931B型保护本装置为由微机实现的数字式超高压线路成套快速保护装置，可用作220kV及以上电压等级输电线路的主保护 及后备保护。由三段式相间和接地距离及四个延时段零序方向过流构成全套后备保护，RCS-931D 以RCS-931A 为基础，仅将零序Ⅲ段方向过流保护改为零序反时限方向过流保护。RCS-931A/B/D 保护有分相出口，配有自动重合闸功能, 对单或双母线接线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。RCS-931XS 适用于串联电容补偿的输电系统。具有设有分相电流差动和零序电流差动继电器全线速跳功能。通道自动监测，通信误码率在线显示，通道故障自动闭锁差动保护。 红托线ZTZ-12 S分相操作箱中按照继电保护二十五相反措要求配置了两组跳闸回路，因红托线断路器仍为单跳闸线圈，新疆电力设计院在图纸中也按单跳回路设计的。所以在这次 改造过程中，希望完善双跳闸回路，等断路器更换后实现开关的双跳功能。在保护换型过程中 ，我们依据反措要求，通过独立分配电源的方法，将WXH-802和RES-931B保护分别由两组独立的直流电源保险供电，并按下图将两组电源保险分别接 入两套操作回路和两套保护装置中，利用许继ZFS-12S分相操作箱中两套独立的操作回路实现保护双跳功能，之间完全没有电联系。从而防止寄生回路造成两 套保护之间的电气干扰。在红托线投运后，在一次倒母线操作过程中，由于红托线隔离开关未断开，造成Ⅰ、Ⅱ母二次电压由红托线电压切换回路互联，在运行倒闸 操作中220KVⅡ母TV受到冲击，220KVⅡ母电压互感器B相空气开关跳闸，造成红托线电压切换箱ZYQ12S中两块电路板烧坏。经检查发现，两块烧 坏的电路板中，均为电压切换回路中的N相回路。由于红厂母线电压互感器 B相为保安接地，当Ⅰ母TV中B相空气小开关断开后，UBI电压恢复到57.7V，UNⅠ=0，而Ⅱ母TV正常，则UBⅡ=0V，UNⅡ=57.7V。由 于隔离刀闸辅助接点原因，造成1YQJ、2YQJ均闭合（造成互联），致使UNⅠ、UNⅡ之间有电势差，而UNⅠ、UNⅡ之间回路中为死连接方式未经空气 小开关，导致电压切换箱烧损。
针对以上情况将烧损电压切换箱更换，并经试验正常，投入运行。并计划分别停运220KV箱Ⅰ、Ⅱ母PT，将其N相加装空气小开关。如将B相空气小开关去 除改为死连接。则不能预防TV二次反充电，同时如果TV二次绕组中性点击穿保险击穿后，势必造成B相短路，也会对TV一次绕组带来严重影响。同时在TV的 UNⅠ、UNⅡ回路上分别加装一个空气小开关，可有效防止电压切换箱再次烧坏。改造后电压切换回路：在RCS-931B型保护调试过程中发现，断路器在分 闸状态下，模拟各种短路故障时，保护均加速出口。如做距离保护I段，保护加速，报告显示阻抗I段、阻抗II、III段出口，做零序保护I段，保护加速出 口。并且在做接地距离保护时，保护动作报告中显示没有故障测距。
在经过多次反复实践发现，在RCS－931B型保护调试模拟故障过程中，因线路在停运状态，断路器已跳开，控制开关KK也在断开位置。此时加入故障量，保 护盘手合于线路近距离故障点上，故保护加速跳闸，因此在微机保护试验台进行故障模拟时，应先将线路断路器置于合闸位，即合后KK在接通状态，或将分相操 作箱中合位继电器（HWJ）拔出，这样做试验就不会出现保护加速的问题了。对于模拟接地故障距离保护没有测距的问题，我们经过反复试验发现：我们试验所用 的微机保护试验台在加故障量时原为我们手动切断故障量的输出，这对于以毫秒计算的微机保护来讲误差太大，所以将保护跳闸出口回路的空接点分别引入微机保护 试验台的开关量输入接口，在模拟接地故障时，通过保护跳闸时输出空接点来切断试验台输出故障量，这样在做接地保护时就能正确动作，并在报告中显示准确的测 距了。
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