變電站二次繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方法及問題研究

盛敏　汪楚錕

摘要：文章介紹了二次繼電保護(hù)的編制方法及依據(jù)原理，分析了繼電保護(hù)的設(shè)備和組屏設(shè)計(jì)方案的原則，提出了在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)該注意到的問題，確保變電站的二次設(shè)計(jì)對(duì)變電站的保護(hù)水平以及保護(hù)設(shè)備的安全使用和運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變電站；二次設(shè)計(jì)；繼電保護(hù)裝置；組屏設(shè)計(jì)方案；零序電流保護(hù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM77 文章編號(hào)：1009-2374（2016）02-0135-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.066

1 二次繼電保護(hù)的依據(jù)原理

隨著科技的快速發(fā)展，一些微小型繼電保護(hù)裝置得到了廣泛使用，特別是在電力方面更是發(fā)揮著重要作用。但是在實(shí)際的使用中，不同廠家不同保護(hù)裝置的輸入和輸出、端子、報(bào)告以及定值等都不統(tǒng)一，也不規(guī)范，在使用時(shí)出現(xiàn)很多問題，同時(shí)給繼電保護(hù)的運(yùn)行和使用、維修和管理方面帶來很大的困擾。因此國家電網(wǎng)調(diào)度中心編制了兩個(gè)針對(duì)繼電保護(hù)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即國家電網(wǎng)線路保護(hù)方法規(guī)范和繼電保護(hù)以及二次繼電檢驗(yàn)規(guī)范。

二次繼電保護(hù)裝置是在準(zhǔn)許的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范上進(jìn)行操作的，以編制的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。二次典型設(shè)計(jì)中對(duì)繼電保護(hù)的配置堅(jiān)持的原則、技術(shù)需求和組屏設(shè)計(jì)方案等與這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是一致的，同時(shí)二者各有不同和側(cè)重點(diǎn)。二次典型設(shè)計(jì)比較適合設(shè)計(jì)院在大型工程建設(shè)和設(shè)備采購時(shí)對(duì)繼電保護(hù)的統(tǒng)一規(guī)定，但是兩個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)則是對(duì)廠家的保護(hù)裝置統(tǒng)一規(guī)定。

2 設(shè)備選型問題

2.1 零序電流保護(hù)

對(duì)零序的保護(hù)只需要使用通用定時(shí)比較器T1，這種比較器是事件管理器EVA中的一項(xiàng)，同時(shí)進(jìn)行連續(xù)增加和計(jì)算數(shù)據(jù)模式就可以了。PFC部分的系統(tǒng)流程是，在主程序開機(jī)后或者復(fù)位后，對(duì)系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化。其他初始化還有變量初始化、事件管理器以及中斷進(jìn)行初始化。中斷流程主要是對(duì)整流電壓以及電感電流進(jìn)行輸入和輸出。對(duì)這些模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，同時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。最后進(jìn)行電壓環(huán)路的調(diào)節(jié)。

當(dāng)電壓超過110kV時(shí)，單項(xiàng)接地現(xiàn)象的發(fā)生率很高，占到總故障的80%以上。零序電流的作用就是及時(shí)排除和解決這些單相接地現(xiàn)象的發(fā)生，確保線路的正常運(yùn)行。零序電流常使用的元件類型是零序電壓在3UO和電流在3IO形成的方向上。

2.2 母線電壓進(jìn)行切換問題

如果變電站使用雙母線進(jìn)行施工時(shí)，需要對(duì)母線電壓進(jìn)行二次切換，在實(shí)際的操作中使用母線側(cè)隔離閘。如果在電力正常運(yùn)行的情況下，隔離電閘出現(xiàn)接觸不良情況就會(huì)出現(xiàn)失壓或者發(fā)生距離保護(hù)誤動(dòng)的現(xiàn)象，因此，要提前想辦法解決這種現(xiàn)象，生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)切換繼電器時(shí)，在電壓切換箱中將切換轉(zhuǎn)換器改為雙位置繼電器。

2.3 變電站的后臺(tái)系統(tǒng)問題

對(duì)變電站自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，后臺(tái)系統(tǒng)的一些細(xì)節(jié)問題是容易忽略的。需要進(jìn)行電流的輸出和計(jì)算寄存器值和占空比，同時(shí)產(chǎn)生PAM信號(hào)控制開關(guān)。在正常操作的情況下，變電站直接供電，電源電流成為后備電源。在選擇逆變器時(shí)，逆變器的容量大小需要在500～1000VA之間選擇，這樣就可以解決后臺(tái)監(jiān)控經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的問題而且也能穩(wěn)定電源電壓，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

3 繼電保護(hù)裝置及組屏方法

繼電保護(hù)的裝置方法、技術(shù)需求及組屏方案都可以參考國家電網(wǎng)公司變電站的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，本文只針對(duì)220kV變電站的繼電保護(hù)的一些功能差別比較大的以及機(jī)器配置和組屏方法做出詳細(xì)的分析和闡述。

3.1 220kV母線保護(hù)和斷路器失靈保護(hù)

以往的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的安全使用情況表明，失靈保護(hù)產(chǎn)生的主要原因是誤碰失靈保護(hù)進(jìn)入回路，因?yàn)槭ъ`電流的判斷是通過獨(dú)立裝置進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，而不是由經(jīng)常說的跳閘功能的失靈保護(hù)來判斷的。如果出現(xiàn)這種現(xiàn)象，失靈保護(hù)很容易進(jìn)入回路，需要依據(jù)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行操作并且判斷電流的方向。針對(duì)失靈電流的運(yùn)行需要有準(zhǔn)確的判斷力和觀察力，從而解決出現(xiàn)的問題，保證它運(yùn)行的可靠性。

3.2 二次繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的要求

（1）對(duì)雙母線的設(shè)置進(jìn)行雙套電流保護(hù)，電流保護(hù)的功能都是體現(xiàn)在雙套母差的運(yùn)行保護(hù)中；（2）對(duì)二次繼電保護(hù)進(jìn)行雙重化配置后，變電站使用的線路或者變壓器與失靈保護(hù)需要采用一對(duì)一的啟動(dòng)方法，從而使失靈啟動(dòng)更容易造成回路；（3）對(duì)失靈電流的保護(hù)進(jìn)行判斷需要通過母線保護(hù)來實(shí)現(xiàn)，撤銷各間隔相對(duì)獨(dú)立裝置的失靈保護(hù)設(shè)備；（4）針對(duì)主變壓器方面，不管是什么原因產(chǎn)生的故障（母線問題造成的變壓器無法運(yùn)行、失靈保護(hù)裝置電流判斷或者是延遲電流運(yùn)行等），都是需要母線進(jìn)行保護(hù)實(shí)現(xiàn)的。

3.3 20kV線路重合閘問題

在斷路器的失靈保護(hù)現(xiàn)象出現(xiàn)以后以及對(duì)失靈的電流功能做出判斷以后，二次典型設(shè)計(jì)中不再進(jìn)行配置斷路器的輔助保護(hù)設(shè)備。因此，在實(shí)際的操作中對(duì)每一套線路的保護(hù)需要含重合閘這項(xiàng)功能。同時(shí)為了縮短電流回路，也要保持兩套保護(hù)線路之間的相對(duì)獨(dú)立性。二次典型設(shè)計(jì)是將兩套重合閘采取一對(duì)一的線路保護(hù)方法，即保持在控制狀態(tài)下發(fā)揮各自不同的方法，對(duì)啟動(dòng)和封閉之間可以使用相同的方法。所以每套線路的保護(hù)和重合閘可以同時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)和運(yùn)行，同時(shí)退出。如果電力的運(yùn)行只需要一套重合閘進(jìn)行操作時(shí)，那么另一套重合閘可以選擇壓板斷開或者對(duì)其進(jìn)行控制設(shè)置。

3.4 重合閘溝通三跳回路

對(duì)雙母線的二次設(shè)計(jì)時(shí)需要兩套線路的保護(hù)帶有重合閘。在實(shí)際的運(yùn)行中，重合閘可以直接連接線路進(jìn)而保護(hù)三跳，只有連接后的線路才能進(jìn)行保護(hù)三跳，但是兩套保護(hù)線路之間不能獨(dú)立連接三跳。

3.5 電壓切換箱的操作

電壓切換箱的操作中，可以選擇雙位置接點(diǎn)，這樣可以避免接觸不良，確保不會(huì)失去電壓。但是在檢查時(shí)，如果操作不到位，很容易發(fā)生反送電。因此，對(duì)電壓切換箱以及保護(hù)裝置，在二次典型設(shè)計(jì)時(shí)就需要把隔離刀閘的輔助接點(diǎn)使用單位設(shè)置輸入方式，如果刀閘的輔助接點(diǎn)出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象或者造成切換回路出現(xiàn)變化時(shí)，在不會(huì)失去電壓的情況下，選擇短時(shí)間地退出一套線路的運(yùn)行。

3.6 信息管理系統(tǒng)

目前經(jīng)常使用的Windows系統(tǒng)的代碼很多，當(dāng)然出現(xiàn)的惡意代碼也是比較多的。經(jīng)常使用的PC硬件的可靠性偏低，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性也比較弱。但是LINUX系統(tǒng)的安全性很高，而且該系統(tǒng)出現(xiàn)的惡意代碼相對(duì)比較少。同時(shí)UNIX系統(tǒng)有著很強(qiáng)的安全機(jī)制，系統(tǒng)的核心部分具有很高的穩(wěn)定性，備份功能比較完善。除此之外，該系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定性比較好，可靠性較高，相關(guān)的裝置設(shè)備使用起來比較方便和可靠，因此UNIX系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生由于硬盤儲(chǔ)存設(shè)備因震動(dòng)而造成故障這些問題。針對(duì)調(diào)度對(duì)保護(hù)和管理子站系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性要求逐漸提高，二次設(shè)計(jì)對(duì)子站系統(tǒng)比較容易使用嵌入式裝置設(shè)備，主機(jī)應(yīng)該使用UNIX或者LINUX的安全操作系統(tǒng)。

4 二次繼電保護(hù)應(yīng)注意的問題

4.1 針對(duì)220kV及以下變壓器的保護(hù)設(shè)置

常用的220kV變壓器屬于三相式三卷變壓器，根據(jù)變壓器的技術(shù)設(shè)計(jì)要求，這種變壓器會(huì)裝置瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)功能，尤其是在高壓側(cè)和中壓側(cè)都會(huì)裝有復(fù)合電壓保護(hù)，有的還會(huì)安裝有零序方向電流保護(hù)或者間隙保護(hù)，一些變壓器設(shè)備還會(huì)裝有低壓側(cè)復(fù)合電壓過流保護(hù)。將各方向的復(fù)合電壓保護(hù)以及零序方向的電流保護(hù)結(jié)合起來可以反映變壓器的內(nèi)部情況、母線線路反應(yīng)變壓器自身保護(hù)、母線臨近的電壓設(shè)備的接地情況和產(chǎn)生的故障由母線臨近的后備設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。110kV及以下的變壓器通常也會(huì)裝設(shè)瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)，對(duì)于零序保護(hù)和間隙保護(hù)以及復(fù)合電壓電流保護(hù)等這些方面的保護(hù)作用和220kV變壓器的作用類似。

4.2 與通信設(shè)備相配合

針對(duì)電流的保護(hù)系統(tǒng)對(duì)通信設(shè)備的要求，兩者需要密切配合。二次設(shè)計(jì)在這方面進(jìn)行統(tǒng)一和協(xié)調(diào)。在繼電保護(hù)裝置和通信設(shè)備方面做了具體的規(guī)定，包括以下三點(diǎn)：（1）如果是50km以下的線路，條件合適的可以優(yōu)先使用雙光纜。條件不合適的或者沒有迂回線路的需要由雙回線路設(shè)置雙光纜；（2）一條回路線的兩套保護(hù)措施在進(jìn)行專業(yè)操作時(shí)，需要通過兩套獨(dú)立的通信設(shè)備相互傳輸，每套通信設(shè)備可以傳輸最多8套的保護(hù)信息；（3）如果使用專用的光纖線路進(jìn)行操作時(shí)，光纖線路可以直接從通信架直接引接。

4.3 對(duì)其他設(shè)備的設(shè)計(jì)要求

（1）對(duì)斷路器的設(shè)計(jì)要求是簡化二次回路的運(yùn)行，以免長電纜進(jìn)入造成保護(hù)誤動(dòng)，二次設(shè)計(jì)與斷路器保護(hù)不一致時(shí)，發(fā)揮斷路器的跳閘壓力閉鎖等功能，由斷路器本身的機(jī)構(gòu)箱進(jìn)行實(shí)現(xiàn)；（2）針對(duì)雙母線的設(shè)計(jì)要求是簡化電壓回路，提升保護(hù)裝置，確保運(yùn)行的可靠性。在對(duì)雙母線進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，二次設(shè)計(jì)需要裝置三相電壓互感器。

5 結(jié)語

通過對(duì)上面各方面的敘述，繼電保護(hù)裝置和組屏方法需要按照二次設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮，適當(dāng)?shù)那闆r下按照各個(gè)地區(qū)的習(xí)慣進(jìn)行設(shè)計(jì)，在電力設(shè)備招標(biāo)采購階段，設(shè)計(jì)師需要注意處理一些問題，比如處理好電網(wǎng)的繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)或者了解招標(biāo)采購方面的信息。在進(jìn)行變電站二次繼電保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，既要把握整體運(yùn)行情況，也要注意每個(gè)方面的細(xì)節(jié)，對(duì)繼電保護(hù)配置以及組屏方法做好充分的考慮和準(zhǔn)備。同時(shí)還要注意二次繼電設(shè)備的選型。通過對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，能夠使二次系統(tǒng)真正運(yùn)用到實(shí)際中去，同時(shí)發(fā)揮對(duì)變電站系統(tǒng)的保護(hù)作用。設(shè)計(jì)者應(yīng)該做好各方面的準(zhǔn)備方案，從而提高電力水平和技術(shù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：盛敏（1985-），女，江西九江人，供職于國網(wǎng)江西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與變電二次設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）