站用380V交流电源系统各级开关保护选择性问题的研究2014.01.21

中国南方电网有限责任公司科技项目申请书及可行性研究报告项目名称： 站用 380V 交流电源系统各级开关保护选择性问题的研究申请单位：起止时间：项目负责人：联系电话：通信地址：申请日期：填 写 说 明一、请严格按照要求填写各项。二、专业类别根据项目所属专业种类从发电（能源） 、输电、变电一次、配电一次、电力建设、系统运行、继保自动化、电网规划设计技术、通信及信息技术、计量营销、智能电网新技术、综合研究共 12类技术中选择。三、项目摘要应简要说明项目研究内容和预期成果，字数要求 500字以内。四、 项目申请单位指提出项目建议与申请的单位或部门， 如总部各部门、直属机构、各分子公司及其所属基层单位等。五、项目分工应主要描述项目申请单位与协作单位的任务划分，项目计划进度安排应按时间段列出研究推进计划，并明确各阶段交付物及标志性里程。六、科技经费预算支出科目具体解释见附件 1。项 目 简 表项目名称 站用 380V 交流电源系统各级开关保护选择性问题的研究项 目负责人姓名 工作单位性别 年龄 职称项目分类1、发电（能源） 2、输电 3、变电一次 4、配电一次 5、电力建设 6、系统运行 7、继保自动化 8、电网规划设计技术 9、通信及信息技术 10、计量营销 11、智能电网新技术 12、综合研究 项目起止时间 2014.2-2015.2 申请经费总额 155 万项目摘要 (500 字以内 )：在变电站中不时发生因站用 380V 交流电源馈线开关、进线开关和变压器高压开关之间保护级差配合不当，导致馈线回路故障不能隔离引起变压器高压开关跳闸的事故发生；而无人值守变电站特别是偏远变电站因开关跳闸无法及时排除故障恢复供电，导致电池耗尽造成全站失电的事故。因此提高站用电源的可靠性就必须解决各级开关级差配合问题和故障排除快速恢复供电问题。本项目主要研究解决站用 380V 交流电源馈线开关、进线开关和变压器高压开关之间的级差配合保护问题 （考虑消防泵启动和相不平衡电流等影响） ； 解决终端负载小电流短路故障隔离以及故障停电快速恢复供电问题。主要研究内容 ：1. 调研1变电站站用交流负荷，按照负荷类型进行分类均匀配置，减少站用变三相电源不平衡。2. 研制1研制有保护功能并能进行保护级差配合的微机备自投装置和馈线监控装置。2研究各级开关之间的极差保护配合整定值。3. 优化设计配置1进线开关使用电子式三段保护框架断路器， 定值和脱扣时间都可以整定与高压开关配合。2站用变所有控制电源全部由逆变电源输出供电，提高控制电源可靠性。3零序电流使用三相电流矢量合成，电流互感器使用保护型。4所有馈线开关使用带电动操作机构的塑壳开关， 由馈线监控装置保护和分合控制。 当负载发生短路故障时， 跳馈线开关防止故障扩大化。 如果越级跳进线开关，也可以远程隔离故障回路快速恢复供电。申请单位意见：（公章） 年 月 日总部部门、直属机构、分子公司意见：（公章） 年 月 日项目分工与计划进度安排1、项目相关单位及具体分工单 位 具 体 分 工项目申请单位协作单位 1协作单位 2协作单位 32、计划进度安排任务名称 开始时间 完成时间 主要内容及交付项编写要求：1. 列出分时间段计划研究内容；2. 分时间段提供成果的内容和形式，要求具有可检查性 。一、 目的和意义1变电站站用电源是给整个变电站设备供电的系统，然而现有保护不能对小电流故障进行有效准确隔离造成开关越级跳闸导致站用交流电源失电； 电池组现有技术也不能保证 100%支撑负荷运行以及电池供电时间有限，所以有造成全站失电的危险。2本项目主要的是研究解决站用 380V 交流系统电源馈线开关、 进线开关和变压器高压开关之间的级差配合保护问题； 解决终端负载小电流短路故障准确隔离问题以及故障停电快速恢复供电问题。可以减小站用电源故障停电范围，保证变电站的可靠运行，远程快速恢复供电，减少故障维护成本，可以在南网改造和新建的变电站中广泛推广应用。项目组成人员情况序号 姓 名 年龄 职称、职务 工 作 单 位 任 务 分 工4 5 6 7 8 9 10 11 12 二、 项目研究的背景1 国内外研究水平的现状和发展趋势站用 380v 交流电源系统因各级开关保护选择性失配， 发生小电流故障引起全站站用交流电源系统失电时有发生。案例： 今年某 220KV 变电站发生了户外照明灯发生短路， 终端开关箱微断开关、电源屏馈线开关和进线开关都没有跳闸，最后变压器高压开关零序过流保护跳闸，然而高压开关零序跳闸失电后没有能闭锁低压电源屏备自投，切换到另一台站用变电源，因户外照明灯的故障尚未排除，所以导致另一台站用变也跳闸失电，最终引起全站失电的事故。经过分析，以上故障是因为终端户外照明灯线路短路故障电流比较小只有 200A，而电源屏馈线开关为 C65N/3P C63A，该开关为反时限特性，只有过流达到 5-10 倍的开关额定值时才会启动瞬时脱扣，而故障电流为200A 时需要 5-30 秒才能脱扣，进线开关的瞬时脱扣电流和脱扣值比馈线开关更大，此时零序保护早已启动跳闸变压器高压开关，另一台站用变也是同样原因跳闸。由于开关的固有特性，各级开关无法实现级差配合保护引起事故扩大化的情况时有发生。因此为了保证稳定的电源供应急需解决各级开关级差配合以及故障快速隔离恢复故障问题。2介绍国外研究机构对本项目的研究情况。未见相关报道。3介绍国内研究机构对本项目的研究情况。现在运行变电站站用 380V 交流系统设计方案未充分考虑闭锁备自投装置，各级开关级差配合保护、变压器三相负荷不平衡、故障隔离快速恢复供电等问题。因存在的问题为尚未得到根本性解决，所以对直流系统的要求越来越高，然而电池组现有技术也不能保证其 100%的可靠性，所以只能反过来要求站用交流系统的高其可靠性。4项目研究的技术关键与难点。主要技术难点在于微机备自投装置的开发，馈线监控装置的开发，馈线开关、进线开关和站用变高压开关之间的级差配合整定。三、 项目申请单位具备的研究基础和条件该项目的协作厂家为深圳市泰昂能源科技股份有限公司，该公司一直专注于变电站站用电源领域开发和配套，有 10 多年的研发和生产经验，有自主知识产权的技术开发和研发团队， 具有软件、 硬件综合开发能力。 其交直流一体化电源系统、直流电源系统、 智能模块化精密配电系统等相关产品已获得国家发明专 3 项、 实用新型专利 35 项， 17 项发明专利进入实审阶段。泰昂第一个提出站用电源交直流一体化设计方案思路，并且参与制定站用电源交直流一体化系统技术规范， 交直流一体化已经成为国家电网集中招标的标准方案，他们生产的站用电源交直流一体化系统已经在南网和国网中有广泛应用。其微机备自投装置 IPC-03 是专门解决站用电源发生的事故而研发的， 它有意识地将零序保护、 过流保护等功能集成于备自投装置内， 不仅具有备自投逻辑控制功能，电量监测功能，同时具备保护功能，且提供六种工作模式：固定电源 1、固定电源 2、自动电源 1、自动电源 2、自动切换、停止供电。该装置的部分设计要求已经成为南网站用电源备自投招标的标准要求。四、 项目研究内容、技术路线与实施方案1、项目研究内容的详细说明主要研究内容1、 主要技术内容：1调研1) 调研变电站站用交流负荷， 按照负荷类型进行分类均匀配置， 减少站用变三相电源不平衡 。2研制1) 微机备自投装置：具有两段过流保护、零序过流保护、电压异常告警、失压跳进线、闭锁备自投、电量监测等功能。且过流保护和零序过流保护定值和时间可以与站用变高压开关实现级差配合保护，当过流时闭锁微机备自投，防止故障引起另一台站用变跳闸失电。 微机备自投装置在失压跳进线时， 需要避开高压线路重合闸的整定时间。 因为高压线路有时候会因短时暂态故障跳闸，延时后又重合闸，如果线路不再有故障则又继续保证供电。2) 馈线监控装置：具有对馈线开关进行保护、控制和通讯功能3优化设计配置1) 进线开关使用带电子式三段保护的框架开关，开关之间实现机械电气双闭锁，开关通过微机备自投装置进行控制。2) 站用交流屏的所有控制回路全部采用逆变电源， 提高控制电源的稳定性。 原方案控制电源是在进线开关前端就地取电， 当取电相发生缺相或者电源发生故障时， 控制电源受到影响不能准确及时的控制设备运行， 因此为了保证控制电源绝对可靠需要从逆变电源引入可靠电源。3) 进线开关、 母联开关的采集电流的互感器全部使用保护型 10P10等级的互感器，使电流测量能够具备 10 倍以上的过流测量能力，当微机备自投装置检测到过流时应先于高压开关分闸， 把故障范围控制在交流进线柜内。 零序电流采用三相电流互感器矢量和合成， 反映真实的零序电流， 但是定值设置时需要避开相不平衡电流。4) 站用变故障大多情况都发生在负载侧， 但是若非金属短路故障或者故障电流达不到馈线开关的瞬动电流时， 馈线开关有可能会慢于零序电流脱扣进线开关或者零序电流脱扣高压开关的时间， 导致越级跳闸故障范围扩大化。 监控系统无法判断到底是哪个回路发生故障导致站用变失电， 所以该项目在每一路馈线开关上都装有电动操作机构以及三相电流检测回路。 在负载发生短路故障时通过馈线监控装置实现定时限过流保护跳闸，将故障隔离在故障点上；如果故障点因各种原因没及时隔离，导致前端开关跳闸，则可以通过远程监控平台将故障的馈线回路强行分闸， 把故障点隔离后， 快速恢复站用电源供电。 该方法使无人值守的变电站出现故障时无需人员到达现场排除， 在供电中心就可以实现对故障的快速排除， 恢复供电， 减少停电时间和维护成本。5) 消防水泵、 喷淋泵因为功率较大， 启动时冲击电流可能达到 5-7 倍额定电流，为了躲开此类负载的启动电流和时间， 电机负载回路开关与进线开关的极差配合保护整定值往往发生冲突， 导致极差配合无法准确设置。 因此在消防水泵喷和淋泵等大功率的电机回路中配备软启动器， 减小电机启动电流对系统的冲击，保护线路和电机安全。6) 一体化监控系统，对站用电源进行实时监控。2、主要技术难点该项目主要难点在于微机备自投装置的开发，馈线监控装置的开发， 馈线开关、进线开关和站用变高压开关之间的级差配合整定。2、项目研究拟采用的技术路线的详细说明项目在常规方案基础上加装全功能监控保护系统，对每路负载的精确监控保护， 使用与高压微机继电保护的方式对站用变交流电源系统进行保护管理， 保证站用交流电源系统的可靠性。项目选择新建的 110Kv 站进行试点工作。3、需要多家单位共同承担的项目，需要写明各家的分工、职责和提供的成果；项目的组织方式；合作方式、知识产权和成果分享的初步方案广州供电局变电管理二所对项目的市场调研、 项目立项、 方案讨论验证、 计划周期、开发指导、生产指导、检验监督、验收试用以及应用推广负责，深圳市泰昂能源科技股份有限公司参与项目的全过程， 并根据广州供电局变电管理二所的要求开发出合格的产品、 提供项目研究的整套站用电源交流屏及系统维护。 项目成果由广州供电局变电管理二所和深圳市泰昂能源科技股份有限公司共同所有， 并在南网全面推广。五、 预期目标和成果形式1. 阐明项目研究预期达到的目标、技术经济指标；预期目标及创新点该项目解决站用 380V 交流系统站用电源馈线开关、进线开关和变压器高压开关之间的级差配合保护问题； 解决终端负载小电流短路故障的准确隔离问题以及故障停电快速恢复供电问题； 采用高压继电保护原理对站用电源进行全部智能化监控管理，减少维护成本，提高供电可靠性。主要技术经济指标1、提高供电可靠性。2、减少日常维护以及故障处理成本。2. 明确叙述提供研究成果的形式， 包括理论研究报告、 全套设计制造技术、 实用装置或软件等； 要求成果提供的形式能够被其他研究人员掌握，使