智能變電站繼電保護裝置的改進設(shè)計

程衛(wèi)綱

(山西焦煤 西山煤電 杜兒坪煤礦 機電科，山西 太原 030022)

0 引言

電力工業(yè)是我國能源產(chǎn)業(yè)的核心，當前各國為解決能源安全和環(huán)境保護的問題，大力發(fā)展智能電網(wǎng)。變電站作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)電能傳輸、分配的關(guān)鍵系統(tǒng)[1]。而且，電網(wǎng)的各種關(guān)鍵設(shè)備均置于變電站內(nèi)，可見變電站的可靠性很大程度上決定了電網(wǎng)運行的安全性。因此，對與智能電網(wǎng)相對應(yīng)的智能變電站提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。為提升智能變電站的可靠性，本文對其涉及到的繼電保護技術(shù)和保護裝置進行了優(yōu)化設(shè)計。

1 智能變電站

智能變電站是以智能設(shè)備為基礎(chǔ)，采用數(shù)字化、標準化和網(wǎng)絡(luò)化的通信要求，實現(xiàn)對電網(wǎng)信息的采集、控制、計量以及保護等功能。此外，基于智能變電站還能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)的實時自動控制、在線分析決策等功能，還具備與相鄰變電站實現(xiàn)互動的功能[2]。

1.1 智能變電站組成

智能變電站的智能化功能主要體現(xiàn)在站內(nèi)一次設(shè)備的智能化，主要包括變電站自動化系統(tǒng)和輔助信息集成化系統(tǒng)。簡單地說，智能變電站主要由三部分組成，分別為過程層、間隔層和站控層，如圖1所示。

過程層主要為一次設(shè)備及其智能電子裝置，根據(jù)其功能的不同可分為電氣量檢測、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、操作命令的執(zhí)行。間隔層主要為二次設(shè)備，主要以測控裝置和繼電保護裝置為主，其主要功能是實現(xiàn)對一次設(shè)備的保護。站控層主要包括通信系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等，其主要功能是對整個智能變電站進行信息管理、數(shù)據(jù)采集以及運行監(jiān)視等[3]。

1.2 繼電保護

當變電站在運行中由于電氣故障和線路問題對電網(wǎng)安全運行造成威脅，此時繼電保護裝置可在第一時間發(fā)出報警信息，并對控制斷路器動作實現(xiàn)掉閘，從而確保事故降至最低。

圖1 智能變電站組成

按照繼電保護裝置的應(yīng)用可將其分為三大類，分別為主保護、差動保護和母聯(lián)保護。繼電保護裝置的原理框圖如圖2所示。

圖2 繼電保護裝置原理框圖

如圖2所示，繼電保護裝置將測量部分采集到的數(shù)據(jù)與整定值進行對比，從而得出邏輯控制指令，進而實現(xiàn)對繼電保護裝置動作的控制。在繼電保護裝置動作的同時，系統(tǒng)會發(fā)出對應(yīng)的報警信號。

2 繼電保護裝置的現(xiàn)狀與改進

2.1 繼電保護裝置現(xiàn)狀

經(jīng)對當前智能變電站繼電保護裝置在實際應(yīng)用中常見的問題進行綜合分析，可總結(jié)為以下幾點：

(1) 當主變電站在超負荷狀態(tài)下運行時，主變電站后備過流保護出現(xiàn)誤保護動作。

(2) 當繼電保護裝置在低壓側(cè)母線發(fā)生故障時，其對應(yīng)的高后備過流保護功能存在啟動延時或不啟動的問題。

(3) 當繼電保護裝置出現(xiàn)CT斷線的故障時，與其相對應(yīng)的被保護電氣元件也出現(xiàn)故障，從而使得繼電保護功能失效。

(4) 當進線負荷電流的一次值較小時，導(dǎo)致備自投裝置出現(xiàn)PT斷線的事故發(fā)生，從而導(dǎo)致備自投功能的誤動作。

2.2 繼電保護裝置的改進

2.2.1 復(fù)壓閉鎖判據(jù)的優(yōu)化

目前，繼電保護裝置所采用的過流保護邏輯為復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護，當繼電保護裝置的主變低后備保護裝置在低壓側(cè)開關(guān)閉合時，其對應(yīng)的過流保護經(jīng)復(fù)壓閉鎖。因此，當繼電保護裝置的低壓側(cè)開關(guān)未閉合時，其對應(yīng)的過流保護也不會閉鎖，從而導(dǎo)致繼電保護為純過流保護，導(dǎo)致過流保護功能的誤動作[4]。

由于變電站低壓側(cè)開關(guān)處于未閉合的狀態(tài)，從而使得繼電保護裝置中僅有高壓側(cè)作為復(fù)壓開入。因此，當?shù)蛪簜?cè)的母線出現(xiàn)故障時，導(dǎo)致高后備過流保護功能的失效。針對主變電站后備保護裝置的誤動作和效果問題，需將繼電保護裝置中復(fù)壓閉鎖的判定依據(jù)進行優(yōu)化。綜合分析，在繼電保護裝置的開關(guān)位置加入復(fù)壓閉鎖的判據(jù)，從而能夠避免由于開關(guān)閉合信號的誤傳導(dǎo)致保護裝置的誤動作或者失效。

2.2.2 CT斷線故障閉鎖保護裝置的優(yōu)化

針對CT斷線故障時繼電保護裝置的被保護電氣元器件出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致繼電保護裝置失效的問題，通過研究繼電保護裝置失效的原因，針對CT斷線的故障，對故障信息分析后采用軟壓板控制，從而保證作業(yè)人員能夠根據(jù)電網(wǎng)的實時需求完成對整定計算結(jié)果的取舍，從而做出正確的動作指令[5]。

2.2.3 進線負荷電流的優(yōu)化

目前，繼電保護裝置進線負荷電流的設(shè)定值為0.2 A，常由于進線負荷電流過小導(dǎo)致繼電保護裝置的PT出現(xiàn)斷線故障，進而導(dǎo)致備自投的誤動作。因此，進線負荷電流值應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的實際情況、變電站的負荷以及CT的變比進行優(yōu)化。為進一步提高繼電保護裝置的可靠性，將進線負荷電流設(shè)定為其采樣電流值的固定倍數(shù)。

3 繼電保護裝置優(yōu)化效果驗證

采用上述方案對繼電保護裝置進行優(yōu)化后，采用數(shù)字化的電壓互感器和電流互感器將大電流和大電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號和低電平信號。此外，通過以太網(wǎng)通

信實現(xiàn)對智能變電站的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對智能斷路器的控制。優(yōu)化后的繼電保護裝置應(yīng)用效果主要體現(xiàn)為以下幾點：

(1) 優(yōu)化后的繼電保護裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對智能變電站一次設(shè)備和二次設(shè)備的隔離；在一定程度上提升了對變電站數(shù)據(jù)的動態(tài)測量范圍和采集精度，為智能變電站的信息自動化控制奠定基礎(chǔ)。此外，為二次設(shè)備提供了數(shù)字化應(yīng)用接口。

(2) 優(yōu)化后的繼電保護裝置具有更強的實時性和可靠性。

繼電保護裝置優(yōu)化前后變電站的運行效果如表1所示。

表1 繼電保護裝置優(yōu)化前后變電站運行效果對比

4 總結(jié)

智能變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)變電站的發(fā)展趨勢，在實際應(yīng)用中智能變電站由于繼電保護裝置設(shè)計不合理導(dǎo)致其經(jīng)常發(fā)生誤動作或者失效。因此，需對繼電保護裝置進行改進設(shè)計，以提升保護裝置的可靠性，進而確保電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。經(jīng)對繼電保護裝置優(yōu)化設(shè)計后，其誤動作次數(shù)、失效次數(shù)均降為0次，報警正確率、動作正確率和主網(wǎng)電壓合格率均為100%。即，優(yōu)化后的繼電保護裝置能夠極大地提升變電站運行的可靠性，繼而確保電網(wǎng)供電的合格率為100%。