220kV變電站繼電保護系統(tǒng)研究

唐剛

摘要：隨著我國電子科學技術的不斷研發(fā)與升級，電網自動化水平逐漸提高，促進了電網設備的智能化轉型。繼電保護系統(tǒng)作為保障電網長期穩(wěn)定運行的關鍵，如何進一步強化繼電保護系統(tǒng)的應用高效維護電網設備穩(wěn)定運行尤為重要?；诖耍疚闹饕治雠c研究220kV變電站繼電保護系統(tǒng)，旨在為相關電網行業(yè)從業(yè)者提供參考與借鑒。

關鍵詞：220kV變電站；繼電保護系統(tǒng)；應用分析

DOI：10.12433/zgkjtz.20232835

繼電保護系統(tǒng)是維護和監(jiān)測電網設備正常運行的重要傳感裝置，通過繼電保護系統(tǒng)能夠有效感知故障，迅速定位故障點，同時經由斷路器輸出跳閘信號。在接收到信號后，斷路器會進行斷開操作，進而及時處理故障，避免電網設備以及相鄰地區(qū)供電受到影響。因此，繼電保護系統(tǒng)具有重要作用，必須具備選擇性、速動性、可靠性以及靈敏性。本文主要討論220kV變電站繼電保護系統(tǒng)，以期供相關人員參考。

一、220kV變電站繼電保護系統(tǒng)概述

隨著計算機技術的快速發(fā)展和廣泛應用，電力系統(tǒng)運行管理水平逐漸提高，繼電保護控制原理以及方法不斷創(chuàng)新，有效推動了繼電保護系統(tǒng)智能化、網絡化發(fā)展，加快了繼電保護系統(tǒng)集保護、控制、測量以及數(shù)據(jù)通信四方面為一體的建設進程。但對于變電站發(fā)展而言，安全是首要問題，電力系統(tǒng)中繼電保護的安全性能直接影響著變電站運行管理發(fā)展的持續(xù)性以及穩(wěn)定性。在實際設計繼電保護方案時，要充分借助相關技術設備建立保護設施，例如，在變電站中設置開關控制系統(tǒng)、優(yōu)化變壓系統(tǒng)等用以全面安全防護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。具體控制保護流程為：相關技術設備借助監(jiān)測設備實時獲取和監(jiān)控電網電壓、基礎外界環(huán)境參數(shù)等，進而對設備開關實施自動化控制。如果電壓數(shù)值大于電力設備承受的最大數(shù)值范圍，或監(jiān)測設備感知到外界環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)明顯異常時，繼電保護裝置會發(fā)出相應信息，做出斷電保護反應，以確保電力系統(tǒng)的安全運行。對于當前220kV變電站的保護系統(tǒng)而言，已逐步向智能化方向發(fā)展，能使用自動化開關進行調控，同時借助具有監(jiān)控、調試功能的自動化設備應用，有效提升變電站繼電保護系統(tǒng)技術水平。

二、220kV變電站繼電保護系統(tǒng)自動化技術分析

（一）接線技術

對于繼電保護系統(tǒng)而言，接線是實現(xiàn)系統(tǒng)自動化發(fā)展的基礎部分。接線作業(yè)過程中，要嚴格按照接線技術規(guī)范和要求科學、規(guī)范地進行接線，同時盡可能合理地簡化繼電保護系統(tǒng)的接線，一方面，用以保證變電站的正常穩(wěn)定運行；另一方面，用來強調繼電保護的自動化。實際上，根據(jù)接線方法的差異，繼電保護效率也有所不同，通常情況下，越精簡的接線方法，電網線路的損耗越小。220kV變電站繼電保護系統(tǒng)的接線作業(yè)設計需要科學配合電力系統(tǒng)總線路和子線路，嚴禁避免交叉接線現(xiàn)象，影響繼電保護自動化正常運行。

（二）監(jiān)測技術

監(jiān)測技術作為220kV變電站繼電保護系統(tǒng)自動化的核心構造，監(jiān)測功能模塊的主要作用是實時監(jiān)測和控制變電站繼電保護的運行狀態(tài)，分析和識別變電站是否發(fā)生故障。如果繼電保護系統(tǒng)做出錯誤反應，發(fā)出錯誤指令信息，監(jiān)測功能模塊也會及時給出信息反饋，而全部的故障信息會統(tǒng)一輸送至變電站的調度中心，進一步對變電站架運行做出指示，以此確保220kV變電站正常運行，充分展現(xiàn)繼電保護系統(tǒng)自動化的優(yōu)勢。

（三）回路技術

合理優(yōu)化傳統(tǒng)回路技術可以有效提升220kV變電站電能轉換水平?；芈吩O計是否符合技術規(guī)范要求，直接關系繼電保護效果以及拒動、誤動故障發(fā)生頻率。因此，對于220kV變電站繼電保護系統(tǒng)自動化的回路設計而言，需精準把控一次回路和二次回路設計，使回路設計充分符合技術規(guī)范要求，且各回路之間能夠穩(wěn)定運行。在此基礎上，還要在回路設計中加設電子感應設備，通過靈敏的電子感應設備及時指導隔離開關的運行動作，進而降低傳統(tǒng)220kV變電站繼電保護系統(tǒng)的調控壓力，增強無人值守時系統(tǒng)調控的便捷性。

三、220kV變電站繼電保護系統(tǒng)常見問題分析

（一）過渡電阻問題

過渡電阻問題主要是由線路接地故障引發(fā)的，這是220kV變電站普遍發(fā)生的問題之一。在介質通過線路時會產生放電產生過度電阻，打破電壓穩(wěn)定狀態(tài)，主要原因在于暫態(tài)分量和諧波電流造成的小幅度電壓數(shù)值波動，通常來說，該電壓數(shù)值波動不會引發(fā)變電設備故障，但會對氣電保護造成不良影響。在實際發(fā)出保護反應時，阻抗值是主要影響保護效果的因素，但由于距離保護超越動作，會造成電力系統(tǒng)不穩(wěn)定，而差動保護會產生大量的制動電流。對于常見的高阻故障問題，通常采用連續(xù)不間斷電流進行解決，并借助改種技術手段實現(xiàn)零序保護，即通過連續(xù)零序差動延時有效防范高阻接地故障問題的出現(xiàn)，但如果出現(xiàn)高阻接地故障問題，線路中存有極少的電壓跌落值，會形成一定的連續(xù)電流。

（二）變電站的系統(tǒng)設備問題

變電站中會涉及眾多設備，如果設備出現(xiàn)故障問題，會導致變電站不能正常運行，甚至需要停止運行檢修故障。實際上，此類故障問題主要是由于變壓器低壓側缺乏雙重保護所致，且相關管理人員并未制定有效的斷路器失靈處理對策，會影響變電站的正常運行。如果變壓器中10kV母線發(fā)生故障，主變的10kV會延長側保護時間用以消除故障問題。需注意的是，如果在此期間，10kV測過流沒有實施保護措施或斷路器處于失靈狀態(tài)，就無法消除相應的故障問題。除此之外，還要綜合考慮變壓器耐受沖擊電流情況，通常情況下，變壓器在日常運行過程中的耐受瞬間沖擊電流較弱，所承受的沖擊時間也有所減少。

（三）變壓器干擾異常

高低壓變壓器是220kV變電站中的核心部分，自身磁場具有很強的主導性，可以完成高低壓電流的自行切換，通過電力發(fā)電形成的輸電能能在變壓器中完成高低壓切換，以此實現(xiàn)遠距離電力傳輸以及信號傳遞的目的。同時，輸電系統(tǒng)作為變電站電力系統(tǒng)運作的關鍵，其輸電系統(tǒng)的正常運作直接關系電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行狀態(tài)，與變電站中其他傳動系統(tǒng)相比，輸電系統(tǒng)所耗費的維護成本和故障處理成本相對較多。實際上，僅產生一次系統(tǒng)故障問題或繼電保護系統(tǒng)受電磁干擾，都會引發(fā)變電站全部電力系統(tǒng)發(fā)生短路問題，如果通過斷路器切斷的方式進行解決問題，會耗費大量的資金成本用以后期更換和檢修相關設備。因此，相關管理人員需要科學、有效的保證變壓器不受磁場干擾，從而進一步保障變電站中輸電系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

（四）基礎資料管理存在一定缺陷

相關檢測維修工作人員會定期檢修變電站繼電保護系統(tǒng)，處理發(fā)現(xiàn)的故障問題和存在的安全隱患，并詳細記錄檢修情況，以此為后續(xù)工作提供參考資料和依據(jù)。但存在對基礎資料管理不到位的情況，如果部分檢測維修工作人員在完成檢修后沒有及時更新變電站二次設備檔案，容易出現(xiàn)繼電保護工作人員結合自身工作經驗開展系統(tǒng)維護的現(xiàn)象，導致設備檔案資料出現(xiàn)缺失、遺漏的問題，造成日后檢修工作中數(shù)據(jù)庫資料不全面、資料與實際情況不符、資料所描述情況過于陳舊等問題，進而影響后續(xù)維護工作的正常進行。例如，相關工作人員在對繼電保護裝置開展現(xiàn)場檢測的過程中，如果發(fā)現(xiàn)檢測結果和跳閘矩陣控制數(shù)字存在明顯差異，就會進一步引發(fā)部分回路故障。

四、220kV變電站繼電保護系統(tǒng)常見問題的解決措施

（一）減少變電站接地阻值

充分的接地工作是保障220kV變電站中各電力設備長期穩(wěn)定運作的基礎條件之一。不僅如此，接地電阻阻值也是影響電力設備正常運行效率的客觀因素。因此，變電站通常會采取提升避雷針設備性能的方法，應用較多的是避雷器與互感器，但在應用時容易形成電流以及電磁。所以在應用220kV變電站過程中，要根據(jù)實際情況，科學減少變電站接地阻值，合理防范和減少電力設備在日常運行時可能面臨的安全風險，避免電力設備出現(xiàn)故障問題，提升電力設備的抗干擾能力。

（二）科學設計繼電保護設備的電位面

對于220kV變電站的電力設備控制而言，設備控制手段主要是借助計算機技術對各項電力設備展開集中、統(tǒng)一的調控，即把各個電力設備、繼電保護裝置全部連接至中央控制器，借助無線局域網對所有設備和裝置實施集中管理。通過此種信息化管理方式，繼電保護裝置的電位面和其他電力設備的電位面將處于相同狀態(tài)，盡管此種管理方式能有效強化繼電保護系統(tǒng)管理效果，加強對電力設備的安全控制，但和其他管理方式相比，實踐性交比不高，不夠實用。如果220kV變電站中有一個電力設備出現(xiàn)故障問題，會進一步影響周邊其他電力設備以及繼電保護裝置，增加故障范圍，嚴重的情況下還會引發(fā)一系列的電力設備故障問題，導致繼電保護系統(tǒng)失去保護作用，無法展現(xiàn)其對220kV變電站的安全保護。所以相關管理人員要想有效保障220kV變電站穩(wěn)定運行，就要確?？垢蓴_工作和繼電保護系統(tǒng)可以充分發(fā)揮自身效用，同時結合220kV變電站實際運行和管理情況，優(yōu)化繼電保護裝置的電位面設計，科學調控電位差。

（三）采取有效的變壓器保護對策

為進一步提高220kV變電站中變壓器上的繼電保護設備與自動系統(tǒng)在實際運行期間的可靠性、穩(wěn)定性以及安全性，不僅要結合實際情況采用上述相關措施對220kV變電站的變壓器進行保護，還應增強變壓器繼電保護系統(tǒng)在實際運行期間的抗電磁能力，以此避免因電磁干擾而影響繼電保護系統(tǒng)的正常運行。在構建220kV變電站時，需要相關工作人員加強對繼電保護系統(tǒng)抗干擾能力的重視程度，并采取以下三方面措施：

第一，降低干擾源產生的干擾強度。通過降低相關設備在實際運行期間的接地阻抗，實現(xiàn)對高頻電流流入設備中產生電壓的有效控制，從而調整整個輸電線路的電壓。另外，應結合實際情況加強低阻抗接地網建設，以此減少大地與220kV變電站之間的電位差，從而降低出現(xiàn)二次回路干擾現(xiàn)象的概率。

第二，降低二次回路中的干擾。為有效減少整個220kV變電站在實際運行期間產生的電磁干擾，需要相關工作人員增強二次回路的抗干擾能力。具體措施包括：一是選擇帶屏蔽層的控制電纜；二是結合實際情況將二次回路與一次回路之間進行耦合切斷。除此之外，也可以利用屏蔽層有效處理控制室或開關場兩端的接地，從而切實減少二次回路在實際運行期間受到的干擾，主要原理是利用屏蔽層降低其中的暫態(tài)感應電壓，并達到屏蔽感應電流的效果，以此避免暫態(tài)電流產生磁通的效果。

第三，提高裝置配線上的抗干擾能力。可以結合實際情況將繼電保護盤端中開關場接線處的電容進行接地處理，以此實現(xiàn)利用母線傳回控制回路有效控制電纜產生的電磁干擾，從而增強控制電纜在實際運行期間的抗干擾能力。

（四）完善基礎資料管理

在繼電保護系統(tǒng)實際運行期間，需要相關工作人員加大對該系統(tǒng)運行期間各項參數(shù)與數(shù)值的采集、分析、判斷等工作的力度，同時將歸納后的資料存入專屬數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)繼電保護系統(tǒng)的維修工作提供可靠數(shù)據(jù)支撐。通過分析繼電保護系統(tǒng)歷史運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，將其與該系統(tǒng)實際運行期間的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行對比，從而發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段繼電保護系統(tǒng)在實際運行期間可能存在的安全隱患或故障，相關工作人員可以有針對性地排查繼電保護系統(tǒng)，以此提高檢查與維修繼電保護系統(tǒng)的效率與質量，提升繼電保護系統(tǒng)在運行期間的安全性、穩(wěn)定性以及可靠性。需要注意的是，在記錄相關數(shù)據(jù)信息時，要確保所記錄的內容具有較強的真實性、完整性以及全面性，即所記錄的數(shù)據(jù)必須符合實際情況。

五、結語

綜上所述，在全面推進我國電力基礎設施高質量建設的背景下，要進一步升級220kV變電站繼電保護系統(tǒng)性能，有效保護電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，避免出現(xiàn)大范圍的供電短缺現(xiàn)象。因此，相關工作人員要做好220kV變電站繼電保護系統(tǒng)常見問題的處理，合理降低變電站接地阻值，同時科學設計繼電保護設備的電位面，并采取有效的變壓器保護對策，同步完善相應的基礎資料管理，進而有效保障變電站電力設備正常運行，使其能夠長期穩(wěn)定供電。

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