FWKF型失步振荡解列装置原理及使用说明书.docx

1、FWKF型失步振荡解列装置原理及使用说明书第一部分 FWK-F失步解列柜一、概述该装置所适用的厂站系统接线图当变电站电厂与主系统失去同步，发生失步振荡时，系统在失步过程中某些地区，尤其是振荡中心附近的电压、频率将大幅度变化，对用电负荷的安全威胁很大，甚至引起大面积停电事故。因此应安装一面FWK-F失步解列柜，要求系统发生振荡事故时解列线路（旁代运行时解列旁路）。二、用途与功能1 UFV-2F型装置主要功能装置的单元处理机1DCJ、2DCJ分别测量线路、旁路的三相电压、三相电流、有功功率和相位角。正常情况下，用线路电气量判失步；投上旁代压板时，装置自动转用旁路电气量判失步。当系统失去同步，发生振

2、荡时，若振荡中心落在预定的动作范围内，装置根据相位角振荡判据，振荡周期次数，有选择地切除联络线本侧或旁路开关，并另输出接点闭锁重合闸。另外预留六对备用出口。2 其他功能2.1 UFV-2F装置能自动记录两次事故过程中电压、电流、功率、相位角的变化（事故记录和数据记录），便于事故分析和掌握事故时的动态过程。记录内容在断电后不会消失。2.2 屏上配一个带汉字库的打印机，事故后自动打印出事故记录和数据记录。2.3 UFV-2F装置带有RS-485串行通讯口，可将有关信息上送监控系统。2.4 UFV-2F装置具有GPS脉冲自动对时功能，可保证时钟回路计时准确，避免累计误差。2.5 采用3U0、3I0、

3、失压等多种闭锁措施，以防止由于短路故障、PT断线、CT断线或电压异常情况可能引起的误动作，并发中央告警信号。2.6 具有完善的自检措施及整组自试功能，使现场运行维护更为简单、方便。正常运行自检发现异常后会闭锁出口并发中央告警信号，保证了装置的安全性。2.7 主机板上具有滤除高次谐波的二阶带通滤波器，可有效防止冲击负荷、电气化铁路等谐波源的影响。2.8 装置的电压电流定值、功率定值及时间定值均连续可调。此外，定值显示及设定修改方便、准确、直观，定值存放在E2PROM内，断电后定值不会消失。面板上设有定值允许设置开关，只有该开关拨在“允许”位置时才能写进新的定值；定值设置开关在“允许”位置时，装置

4、不进行事故判断，定值修改完毕后必须及时将该开关拨回“禁止”位置；并且仅在设置开关拨回“禁止”位置时方可返回主菜单。2.9 装置面板上的信号灯可准确反映出装置的运行、启动、动作、异常等情况。2.10通过装置面板上的9个按键，可以选择各种显示菜单、修改整定值、设定日期时间、召唤打印、结束打印、进行整组检查试验及动作信号的复归。2.11 通过装置面板上的液晶显示屏以菜单方式显示时间、正常运行测量值、整定值、事件记录及数据记录等。自检发现异常或装置动作后，均会立即发出中央告警信号，并在当前显示菜单屏幕上显示异常的内容，或自动停止显示当前菜单，改为显示动作的内容。UFV-2F装置采用汉字显示方式。三、装

5、置输入的模拟量及电气量测量方法1 装置输入的模拟量UFV-2F型装置测量线路的三相电压（UA、UB、UC、UN）、三相电流（IA、IB、IC、IN）、旁路的三相电压（PUA、PUB、PUC、PUN）、三相电流（PIA、PIB、PIC、PIN）、有功功率和相位角。直流电源通过屏后抗干扰端子后，再引入装置。抗干扰端子内部装有一个电容（C=0.1f，耐压3kV），用以滤去高频干扰，防止电压、电流回路的干扰电压侵入微机装置内部。交直流电压通过空气开关1ZK3ZK再和装置相连。ZK是具有高分断能力的空气开关，具有过流反时限脱扣性能和短路瞬时脱扣性能，用以防止短路事故损坏装置、外部PT或直流电源设备。2

6、电气量测量方法2.1 电压、电流、功率的测量方法装置的微机部分对输入的交流电压UA、UB、UC及交流电流IA、IB、IC的瞬时值进行采样，采样周期为1.667ms（20ms采样12点），然后按以下算法计算出电压、电流有效值、有功功率值。UAK kV3U0 kV（相当3U0UAUBUC）IAK A3I0 A（相当3I0IAIBIC）P MW（三相对称时，P3UAKIAKCos）2.2 相位角的测量方法2F装置相位角的测量方法：先计算出有功功率P及无功Q，再用以下公式求出。这一测量方法具有良好的连续性及抗扰动性。相位角：tg = Q / P四、主要技术参数1 额定参数a 交流电流：5A/1A。CT

7、变比在定值设置时，只需将CT一次侧额定电流值IN输入即可。b. 交流电压：相电压100/V。PT变比在定值设置时，只需将PT一次侧额定相电压值UN输入即可。变比正确设定后，装置显示的电压、电流、功率值为实际系统的一次值。c. 频率：50Hz。d. 直流电源电压：220V/110V。2 过载能力a. 交流电流回路： 2倍额定电流，连续工作；10倍额定电流，允许10秒；40倍额定电流，允许1秒。b. 交流电压回路：1.2倍额定电压，连续工作。c. 直流电源回路：80%120额定电压，连续工作。3 整屏功率消耗a. 交流电流回路：额定电流时，每相不大于1VA。b. 交流电压回路：额定相电压时，每相不

8、大于1VA。c. 直流电源回路：正常工作时，不大于30W；出口动作时，不大于50W。4 整定范围a. 电压整定范围： 20100UN。b. 电流整定范围： 20120IN。c. 功率定值整定范围：5100PN。5 动作时间失步振荡判出时间：相位角原理判据一般需0.660.7个振荡周期，解列出口的延时以振荡周期次数N进行整定，一般整定Ns=34。失步解列出口接点在振荡平息后（即解列后）延时6秒返回。6 返回系数a. 电压返回系数：不大于1.05。b. 电流返回系数：不小于0.89。7 测量精度a. 电压有效值测量相对误差小于1%。（电压20120% UN，频率4951 Hz）b. 电流有效值测量

9、相对误差小于2%。（电流0.21.2 IN，频率4951 Hz）c. 有功功率测量相对误差小于2%（电压20120% UN，电流0.21.2 IN，频率4951 Hz）d. 相位角测量误差小于2度e. 动作延时时间误差小于0.02 秒（0.199.9秒范围内）8 事件记录及数据记录装置具有事件记录和数据记录功能，可存贮两次记录内容，该记录内容在断电后不丢失。8.1 装置可连续记录两次事件（当前事件记录和上次事件记录），内容包括发生的动作事件及发生时间。8.2 装置可连续记录两次事件的数据（当前数据记录和上次数据记录），记录时间长度为启动前-0.2秒至启动后50秒钟。数据记录在内存中步长为0.0

10、2秒一点，但在打印或阅读液晶屏的数据记录时，可在定值菜单中“数据阅读间隔”一项选择所需的时间间隔变化倍数，共有1、2、5、10四档，即数据记录有0.02秒、0.04秒、0.1秒、0.2秒四种间隔供选择。9 装置输入量9.1 模拟量见附图1、附图2及“三、装置输入的模拟量及电气量测量方法”的说明。9.2 输入开关量（见附图3）开入1：供接入自动对时GPS脉冲信号用，使用DC24V光隔端子，用以隔离装置内部电源和外施GPS信号电源之间的联系。开入2：屏面上失步解列功能投退压板1SLP。使用失步解列功能时应投入压板。开入3：信号复归开关量，即装于屏面上手动复归按钮的常开接点，用来复归装置内部自保持信

11、号继电器及动作后液晶屏所显示的动作内容。开入4：屏面上旁代功能投退压板2SLP。线路正常运行时，应退出压板2SLP；当线路由旁路代送时，应投上压板2SLP。10 装置输出量10.1中央信号输出接点（见附图4）2F装置输出动作信号（XJ2）、PT断线信号（PTJ2）、异常信号（YJ2）、直流电源消失（DY）各一对接点，另外输出一对动作信号接点（XJ1）供遥信用。动作信号（XJ1、XJ2）由运行人员手动复归，其余信号在该状态消除后自动复归。功能输出信号指示灯和出口继电器板的出口指示灯均为动作自保持指示灯，亦由运行人员手动复归。10.2出口继电器及输出接点（见附图5）UFV-2F装置有24个出口继电

12、器。本柜出厂时，将继电器1CKJ4CKJ接于轮、5CKJ8CKJ接于轮。即装置判出线路失步动作出口时，装置输出轮，1CKJ4CKJ动作闭合；判出旁路失步动作出口时，装置输出轮，5CKJ8CKJ动作闭合。每个出口继电器输出两对接点，一对接点作用于线路的跳闸，另一对接点供该线路的重合闸装置放电用。出口跳闸接点及重合闸放电接点均允许接通5A。由于出口跳闸接点配置有电流自保持继电器，所以出口跳闸接点可以经保护装置的操作箱回路作用于断路器跳闸线圈，也可直接作用于断路器跳闸线圈。由于中央信号继电器输出接点断弧容量只有10W，故要求现场中央信号灯应为节能光字牌。若为大功率白炽灯，需增加重动继电器扩大断弧容量

13、。11 介质强度和绝缘电阻屏的直流电源输入端子，交流电压、电流输入端子、输出接点端子之间，以及上述所有端子与地（即对屏柜外壳）之间，应能承受2000V（有效值）50Hz的交流电压历时1分钟试验并且无绝缘闪络或击穿现象。上述各部分之间用1000V兆欧表测量的绝缘电阻应不小于10M。试验时应将屏上抗干扰端子的接地线拆去，以使其内部的抗干扰电容和地端断开。另外，开入1（GPS对时信号）及串行接口系弱电回路，耐压试验电压不应超过500V，为防止损坏装置的弱电部分，现场不需测试。12 抗干扰性能抗干扰性能符合GB6162静态继电器及保护装置的电气干扰试验的有关要求，并符合IEC255-22及国家标准的有

14、关要求。13 使用环境条件环境温度 1050相对湿度 95大气压力 80110 kPa海拔高度 2kM第二部分 UFV-2F型失步振荡解列装置一、用途及主要功能1振荡解列功能装置的单元处理机1DCJ、2DCJ分别测量线路及旁路的三相电压、三相电流、有功功率和相位角。当系统失去同步发生振荡时，若振荡中心落在预定的动作范围内，装置将根据相位角振荡判据，振荡周期次数（Ns），有选择地切除联络线本侧开关，使系统解列运行，防止事故进一步扩大。2装置具有振荡中心位置方向选择功能：正方向或无方向。3装置具有判失步振荡事故前功率方向选择功能，例如：可选择有功功率从母线流向线路为允许解列的方向。4装置具有旁代功

15、能。正常时，装置用线路电气量进行判别，失步振荡时，装置输出1；当旁路替代线路运行时，应投上旁代压板（2SLP），这时装置自动改用旁路电气量判别，发生失步振荡时，装置输出2。5采用原理先进、可靠的相位角失步振荡判据，其优点：(1) 不受运行方式的影响。该判据已考虑了各种运行情况，还考虑了振荡中心位置的改变，因此实际应用时一般就不必再去关心运行方式的变化。例如，不必关心潮流大小或方向的改变，不必关心发电机组、变压器的停投。(2) 输出线路短路时，相位角判据不会误检测。(3) 整定简单，且运行中不需要改变。该判据使用的定值主要是判保护区范围的低电压定值ULS及振荡周期次数定值Ns，这些定值对于具体系

16、统来说是很容易给定的，不必进行复杂的整定计算，只需进行类似低电压保护的计算，投运前一次整定后运行中一般是不需要改变的，故运行维护简单。(4) 用相位角判断失步振荡具有方向性，利用其方向性可以获得良好的选择性，有利于保护范围整定计算的配合。6装置具有完善的自检措施及整组自试功能，使现场运行维护更为简单、方便。二、失步解列的判别方法（工作原理）1 概述同步运行的电力系统如果稳定裕度不够，在受到扰动后系统的某一部分将可能与主系统失去同步，发生失步振荡。系统在失步过程中某些地区、尤其时振荡中心附近的电压、频率将大幅度变化，对用电负荷及发电机组的安全威胁很大，甚至引起大面积停电事故。为了防止系统稳定破坏

17、，除在运行方式上进行合理安排以外，还应采取稳定控制措施，使系统在受到扰动时不失去同步。当系统一旦失步后，一般采取尽快在事先安排的解列点上将电网解列为两个部分，防止事故进一步扩大。考虑到一些电网在失步后通过在送端切机、受端切负荷的措施，系统能够再次拉入同步，因此失步解列又分为快速解列和延时解列两种。如果系统内多处安装有失步振荡解列装置，则解列装置之间还应有一个选择和配合的问题，一定要避免多处同时解列。2F型装置采用原理先进、有多年成功运行经验的相位角失步振荡判据，不受电网运行方式的影响，不需要进行复杂的整定计算，各解列点之间配合方便，运行维护简单。尤其对环网结构或多回平行线，2F装置具有其它原理

18、的解列装置无法相比的优越性。2 系统失步振荡过程中相位角的变化规律对于图2-1所示的两机等值系统，E1、E2为两侧等值电源的电势，f1、f2为等值电源的频率，M点为失步解列装置的安装点。当f1f2时，A侧为送端，反之f1f2时，A侧为受端。当E1E2时，无功从A流向B，反之E1E2时，无功从B流向A。2F装置定义潮流正方向从M流向B（从母线流向线路）。振荡中心在AB两点之间，定义振荡中心在MB之间时处于装置检测的正方向，振荡中心在AM之间时处于装置检测的反方向。图2-1 两机等值系统图经过仿真分析计算，可以得到以下各种工况时电压UM与电流I之间相位角的变化规律：2.2 振荡中心在装置安装处的正

19、方向（即MB之间），M点处于送端（f1f2）(1) 初始无功为送出方向时，M点相位角的变化如图2-2-a所示，0180，相位角每个周期在0180内从小往大变，达到最高点后迅速降到最低点。(2) 当初始无功为零时，M点相位角的变化如图2-2-b所示，0180，每个周期从0变到180，相位角在达到180后突变到0。(3) 当初始无功为受进时，M点相位角的变化如图2-2-c所示，0360，每个周期从0变到360，相位角在180 360之间的变化时间很短暂。以上三种情况下相位角变化的共同点是每个周期都经过0180。图2-2 振荡中心在MB之间，M点处于送端（f1f2）2.2 振荡中心在MB之间，M点处

20、于受端 （f1f2）M点初始无功Q0、Q0、Q0三种工况下相位角的变化分别如图2-3中a、b、c所示，三种工况的共同点是相位角每个周期都经过1800。图2-3 振荡中心在MB之间，M点处于受端 (f1f2)2.3 振荡中心在AM之间，M点处于送端（f1f2）M点初始无功Q0、Q0、Q0三种工况下相位角的变化分别如图2-4中a、b、c所示，三种工况的共同点是相位角每个周期都经过360180。图2-4 振荡中心在AM之间，M点处于送端（f1f2）2.4 振荡中心在AM之间，M点处于受端 (f1f2)M点初始无功Q0、Q0、Q0三种工况下相位角的变化分别如图2-5中a、b、c所示，三种工况的共同点是

21、相位角每个周期都经过180360。图2-5 振荡中心在AM之间，M点处于受端（f1f2）2.5 振荡中心在M点，M点处于送端（f1f2）不论初始无功的方向如何，变化轨迹基本是方波形状，在0与180两个状态之间来回翻转，见图2-6中a表示。2.6 振荡中心在M点，M点处于受端（f1f2）不论初始无功的方向如何，变化轨迹基本是方波形状，在180与0两个状态之间来回翻转，见图2-6中b表示。图2-6 M点处于振荡中心时相位角的变化2.7 结论：失步振荡时相位角的变化规律(1) 振荡中心在装置安装处的正方向，当M点处于送端时，从0到180周期变化；当M点处于受端时，从180到0周期变化。(2) 振荡中

22、心在装置安装处的反方向，当M点处于送端时，从360到180周期变化；当M点处于受端时，从180到360周期变化。(3) 装置安装点恰好在振荡中心附近时，在0与180两个状态之间来回翻转。注：相位角在0360范围内变化的情况出现在图2-2-c，图2-3-c，图2-4-a，图2-5-a中，其中图2-2-c的M点处于有功为送出而无功为受进，而图2-5-a的M点处于有功为受进而无功为送出，这二种工况一般不会出现，更为重要的是不符上述规律出现的时间很短暂，因此可利用规律(1)(3)作为经历了一个振荡周期及振荡中心位置方向的判据。(4) 在E1和E2摆开180、即功角180时，振荡电流I最大，且相位角穿越

23、90或270，可利用此特点作为相位角起动判据。3 相位角失步振荡判据首先把四个象限的角度划分六个区：12为区，290为区，903为区，34为区，4270为区，2701为区。系统正常情况下一般运行在区或区。根据上述失步振荡过程中在各种工况下相位角的变化规律，把作为正方向判断区（见图2-7-a），把作为反方向判断区（见图2-7-b），把作为振荡中心附近判断区（见图2-7-c）。图2-7 相位角判断区划分相位角失步振荡判据：振荡中心位 置相位角变化区间M点为送端（f1f2）M点为受端（f1f2）在MB之间（正方向）A： 090180B： 180900在AM之间（反方向）C： 360270180D：

24、180270360M点E： 01800F： 1800180图2-8 相位角失步振荡判据(1) 判断振荡中心在正方向A正常运行在区时（送端），从区开始按顺序经过区、区、区，则判断振荡中心在正方向并认为经历了一个振荡周期。B正常运行在区时（受端），从区开始按顺序经过区、区、区，则判断振荡中心在正方向并认为经历了一个振荡周期。(2) 判断振荡中心在反方向C正常运行在区时（送端），从区开始按顺序经过区、区、区，则判断振荡中心在反方向并认为经历了一个振荡周期。D正常运行在区时（受端），从区开始按顺序经过区、区、区，则判断振荡中心在反方向并认为经历了一个振荡周期。(3) 判断振荡中心就在安装处附近振荡中心

25、相位角变化规律如图2-6所示，此时将可能检测不到穿过、（或、）两个区，判据改为：E正常运行在区时，从区开始突变到区再突变回到区，作为一个失步振荡周期。F正常运行在区时，从区开始突变到区再突变回到区，作为一个失步振荡周期。G为了判断装置安装地点是否处在振荡中心附近，再采用低电压辅助判据，当电压UM的电压包络线的最小值UML（有效值）20UN时，则认为M点处在振荡中心附近（图2-9-b）。该判据固化在程序中，不必整定。图2-9 振荡中心处振荡电压波形同时满足E、G或F、G时，判为失步振荡，且振荡中心就在安装处附近。4 保护区范围内的判断及选择性配合对于失步振荡解列装置来说其保护区是指系统发生失步振

26、荡时，振荡中心落在该区范围内，装置应能动作，换言之，振荡中心不在预定的保护范围内装置应不动作。确定保护范围时，需要考虑的因素是：(1) 是否与同一系统内其他解列装置相配合，如有其他解列装置，应划分各装置的保护区范围。(2) 一般应考虑保护本线路全长并包括正、反方向相邻线路的一部分。4.1 判失步低电压定值ULS振荡中心处电压包络线的最低电压值为零，离振荡中心越远，电压包络线的最低电压值UL（有效值）就越高。对于一个具体的系统来说，振荡中心确定了，系统各点的UL值是可以计算出来的，因此设定振荡中心落在保护区的边界上，可以求出解列装置安装点（M点）处的UML值，考虑一定的可靠系数K，就可确定：判失

27、步低电压定值ULSKUML，式中可靠系数K1，系考虑运行方式的某些可能变化。电压包络线最低电压出现在1/2振荡周期时刻（E1和E2反相，功角180时），这个电压的检测在先，失步振荡周期的判断在后（相位角原理的判据一般需2/3个振荡周期），因此对N1的快速解列而言，检测电压包络线最低电压的时间不会延缓对失步振荡周期的判断。4.2 振荡中心位置方向选择功能振荡中心方向：N（Y只允许正方向，N无方向），当选择Y时，振荡中心在安装点背后时，2F装置就不能动作。因此，2F装置可根据检查电压有效值的最低值及相位角判据的方向性来确定保护区的范围，这样将有利于保护范围的选择性配合。由于运行方式改变，网络结构变

28、化，振荡中心位置总有些移动，所以2F装置另外又规定：当检测到电压包络线最低电压值小于20UN时，装置判为振荡中心落在安装点附近，此时没有方向性。即此时不受振荡中心方向选择功能的控制，即使其设置为Y，振荡中心落在安装点背后附近，失步解列仍能出口动作。4.3 振荡周期次数Ns的选定振荡周期次数Ns是本判据的又一个重要参数，当经过Ns个振荡周期时就发出解列命令。系统内几套解列装置保护区有重叠时，可用Ns值的不同来配合以保证选择性，希望慢动的装置取较大的Ns值，一般取Ns34或更大；需快速解列时，Ns选为12（不推荐Ns1）；如果希望失步振荡后，通过采取措施（如送端切机，受端切负荷）使失步的系统再拉入

29、同步，只有经过规定的振荡周期次数以后仍拉入不了同步时才进行解列，这种情况下Ns可取510。注1：失步振荡判出时间。相位角原理的判据一般需2/3个振荡周期，解列出口的延时是以振荡周期次数Ns进行整定的。最短Ns1，解列出口的时间为0.60.7个振荡周期，例如f150HZ，f248HZ，Ns1时，振荡周期1/（5048）0.5秒，SB出口时间（0.60.7）0.50.30.35秒。相同的NS时，快速振荡（f1和f2相差大时）出口快，慢速振荡（f1和f2相差很小）出口慢。解列出口接点在振荡平息后（即解列后）延时6秒返回。注2：快速解列判据（2F5型）。某些电网希望在判出失步时尽快将电网解列，此时可采

30、用“快速解列判据”：只要判出相位角按顺序穿到第三区时（对应功角摆过180），就发出解列命令。为了保证动作的安全性，一般不推荐使用此判据，若特别需要时订货时应注明，才提供此功能。5 装置启动判据：相位角启动或功率突变量dP启动满足二个启动判据之一时，装置就判为允许启动，启动灯点亮。启动回路在振荡平息后（即解列后）延时6秒返回。(1) 相位角启动判据：相位角穿过90或270，且此时三相电流均大于35额定电流。越过90或270时，Cos正负变号，有功功率由正变负或由负变正，故又可称为“功率变号”启动。由于穿越90或270发生在功角180、E1与E2反相时，此时振荡电流I最大，可保证三相电流均大于35额定电流；穿越0（360）时，亦会穿越90或270，此时电流I最小，故穿越0时，不能启动失步解列。相位角启动判据已固化在程序中，无需进行设定。功率突变量启动判