電站二次繼電保護設(shè)計方法

咸 鵬

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司，江蘇 宿遷 223800）

我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，電力企業(yè)也在持續(xù)地改進自己的基建，在電力企業(yè)建設(shè)的過程中，要確保將其基本的防護措施做好，并在此過程中提高了電力公司的總體發(fā)電量。同時，要在技術(shù)上不斷地進行創(chuàng)新，以保證變電站二次繼電保護工作的有效性和科學(xué)性。二次繼電保護是傳輸電力最主要的控制要素，在變電所中，二次繼電保護技術(shù)是一項非常重要的技術(shù)。在電力企業(yè)二次繼電保護工程施工期間，要確保二次繼電保護裝置可以根據(jù)電力事業(yè)單位的供電需求進行有針對性的輸送，這樣才能保證供電效果，使電力企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)安全供電的目的。二次繼電保護可以在一定程度上對電力系統(tǒng)工作效率進行提升，同時，它還可以幫助變電站相關(guān)部門制定更科學(xué)、更高效的設(shè)備檢修計劃，利用二次繼電保護完成變電站相關(guān)設(shè)備的監(jiān)測和檢測，持續(xù)關(guān)注運行狀態(tài)，確保企業(yè)發(fā)電廠能夠穩(wěn)定運行。

1 二次繼電保護在變電站中的重要作用

在變電站的實際運行中，如果系統(tǒng)中二次繼電保護裝置的部件出現(xiàn)問題，則會導(dǎo)致整個變電站的斷路器出現(xiàn)跳閘情況，這會對電源設(shè)備造成極其有害的影響。針對此種情況，為了有效避免對變電站電力系統(tǒng)造成更大的損壞，必須將損壞的元件與變電站隔離開來，使其受到的沖擊能夠保持在可控范圍內(nèi)[1]。在電力系統(tǒng)的日常運行過程中，通過二次繼電保護裝置，能夠?qū)ψ冸娬具M行實時監(jiān)控，當(dāng)變電站發(fā)生故障時，二次繼電保護裝置能夠在最短的時間內(nèi)將故障區(qū)域與整個電力系統(tǒng)隔離，縮小故障影響的范圍。因此，保證了整個變電站的穩(wěn)定、安全運行。

2 二次繼電保護設(shè)計原理與依據(jù)

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對電力的需求量越來越大，各種微型的電力保護器被廣泛地使用，起到了越來越大的作用。但是因為各個廠商在制造繼電保護設(shè)備時，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不一樣，所以在設(shè)計各種類型的保護設(shè)備時，參考的標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)也是不一樣的[2]，進而造成繼電保護的工作不能正常運行，維修也不方便。同時，還存在著一些不規(guī)范的操作，在實際應(yīng)用中造成了不少的麻煩。為此，國家電網(wǎng)公司特別制定了線路保護和繼電保護二次回路檢驗兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)。在具體的設(shè)計過程中，應(yīng)以有關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為主要的原則和基礎(chǔ)。但在后續(xù)運行中，又出現(xiàn)了一些不規(guī)范的操作，從而給繼電器的使用帶來了安全隱患。二次繼電保護裝置在輸電作業(yè)中起主要作用，正確地選用繼電器，能最大程度地滿足輸電作業(yè)的需要。加強變電站當(dāng)前配電工程二次繼電保護裝置的管理和控制，可以及時地消除電力輸送環(huán)節(jié)的安全隱患，圖1 為繼電保護二次回路設(shè)計原理圖。

圖1 設(shè)計原理圖

3 變電站二次繼電保護設(shè)計方法分析

3.1 電壓切換箱接線保護設(shè)計方法

電壓切換箱的管理對于變電站的運行至關(guān)重要；在電壓切換箱的設(shè)計中，采用了兩種不同的觸頭形式，可以很好地解決因接觸不好而造成的失壓問題。然而，在對其進行維修的時候，若采用的措施和方法不正確，就會產(chǎn)生反送電的現(xiàn)象，影響到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，還會造成設(shè)備的損壞。所以，在對二次供電箱進行設(shè)計的時候，基于電壓開關(guān)盒的二重保護結(jié)構(gòu)，隔離刀閘輔助觸點的設(shè)計需采用一個單元裝置的輸入模式，若因刀閘輔助觸點造成系統(tǒng)接觸不良而導(dǎo)致了開關(guān)回路的異常，可以視具體情況而定，在短時間內(nèi)將一組設(shè)備撤出。

3.2 母線保護與斷路器失靈保護

在變電站二次繼電保護系統(tǒng)中，母線保護和斷路器故障保護是變電所二次繼電保護的核心環(huán)節(jié)。有關(guān)變電所的維修和運營管理人員，在執(zhí)行二次繼電保護時，應(yīng)提高二次繼電保護系統(tǒng)的應(yīng)用效果；在二次繼電保護系統(tǒng)的應(yīng)用實施時，應(yīng)進行專用的保護措施，防止由于失誤性碰撞導(dǎo)致二次繼電保護系統(tǒng)應(yīng)用的失效，因此，由于故障現(xiàn)象的發(fā)生，減少了線路的脫扣[3]。如果二次繼電器保護系統(tǒng)在線路的傳輸運行中出現(xiàn)了開路故障，將會對裝置的應(yīng)用造成較為嚴(yán)重的回路現(xiàn)象，這對線路傳輸非常有害，只有保證二次繼電保護系統(tǒng)完好，才能很好地控制整個電路的傳輸故障現(xiàn)象，降低其對輸電的影響，改善輸電的總體效益。

3.3 重合閘保護系統(tǒng)設(shè)計

在二次繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計中，重合閘保護系統(tǒng)的研制具有十分重要的意義。在目前的電力工業(yè)中，為了符合變電站未來的發(fā)展?fàn)顩r，本文介紹了一種以虛擬終端機為基礎(chǔ)的重合保護系統(tǒng)。在具體的設(shè)計過程中，將在系統(tǒng)中構(gòu)建GOOSE 信息發(fā)送系統(tǒng)，從而可以對整個電廠的狀態(tài)進行實時監(jiān)測和探究。當(dāng)線路系統(tǒng)中出現(xiàn)了操作故障時，就可以利用信息傳輸系統(tǒng)，將故障信息傳送到智能控制系統(tǒng)中，并通過該系統(tǒng)執(zhí)行故障信息的完整分析，最后給出對有關(guān)系統(tǒng)的控制方案[4]。值得注意的是，在這一類應(yīng)用中，需要考慮的是，如果所使用的設(shè)計方式是通過線路保護設(shè)備將故障信息發(fā)送給智能控制系統(tǒng)，那么，在系統(tǒng)的有關(guān)操作結(jié)束之后，應(yīng)該將該信息反向到智能控制系統(tǒng)，該方法實現(xiàn)了兩個信源的同步發(fā)送，大大增加了網(wǎng)絡(luò)阻塞故障的概率，也大大提高了故障處理的效率。

4 變電站二次繼電保護中應(yīng)注意的幾個問題

4.1 變壓器保護設(shè)置

110kV 變壓器中經(jīng)常使用的是三相式三卷變壓器，按照有關(guān)規(guī)定，在同一儀器設(shè)備上分別安裝自動保護和氣體保護，并設(shè)置中、高壓側(cè)的保護，其中包括了電壓鎖止復(fù)合過電流保護、間隙保護、零序過電流保護，此外，還應(yīng)當(dāng)設(shè)有電壓鎖止復(fù)合過電流保護裝置，使其位于低壓側(cè)。

4.2 協(xié)調(diào)通信專業(yè)

總體而言，因兩個專業(yè)對通訊裝置的規(guī)范要求不同，因此二次設(shè)計中對繼電保護和系統(tǒng)通訊的規(guī)范做了一系列的修改，具體表現(xiàn)為：第一，50km 以下的短距離電纜，且無光纜線路時，同塔雙回路上應(yīng)有兩條光纖電纜。第二，在同一線路上采用兩組縱聯(lián)保護的專用光學(xué)終端時，必須分別設(shè)置單獨的光學(xué)通訊裝置，以實現(xiàn)相互間的通訊。第三，在采用特殊的芯線通道的情況下，應(yīng)當(dāng)采用通信光布線器將被保護的纖維直接引入網(wǎng)絡(luò)中。

4.3 對一次設(shè)備的要求

為使二次電路更加簡單，避免因線路過長而導(dǎo)致的繼電器誤動作等問題，傳統(tǒng)的二次電路結(jié)構(gòu)并未對斷路器進行三相同步保護，而是將開關(guān)壓力閉鎖和斷路器的防跳等工作交給了斷路器。另外，在二次原型設(shè)計中，針對雙母線接線的變壓器，在雙母線間設(shè)置了三相變壓器，這不但可以降低開關(guān)電路的復(fù)雜度，同時，還能提高防護裝置的安全、可靠程度。

4.4 設(shè)備選擇問題

針對變電所的工作條件，采用零序保護，可以更好地對二次設(shè)備進行隔離，是一種較為合理的線路保護方式。母線電壓的斷開，由于二次母線電壓和相應(yīng)的DC 電源將進行二次開關(guān)，所以應(yīng)該使用母線上的絕緣開關(guān)，但是，當(dāng)絕緣開關(guān)在運行過程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的接觸問題時，就會導(dǎo)致保護動作失誤，這種情況下，應(yīng)該將繼電保護裝置進行適當(dāng)?shù)奶鎿Q，并將其改為兩位式繼電器。

就變電站的后臺系統(tǒng)而言，它是由監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成的，是在不斷地運行的，為了使其能夠持續(xù)穩(wěn)定地運行，需要改善其運行特性，使其能夠滿足監(jiān)測系統(tǒng)的正常運行。同時，在選用逆變器的時候，要把它的容量設(shè)定在500～1000VA 之間，該方法能較好地解決監(jiān)控系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障，使監(jiān)控系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作，改善監(jiān)控系統(tǒng)的工作效率。

5 案例分析

在進行二次繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計時，必須嚴(yán)格遵守“選擇性”原則。同時，對二次繼電保護裝置進行整體性分析，以便更好地了解二次繼電保護裝置的真實狀況，從而保證各種設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

本文以某網(wǎng)某變電站智能變電站繼電保護設(shè)計方案為實例，利用自動化系統(tǒng)，對變電站二次設(shè)備進行保護、監(jiān)測和控制。

利用插值單位區(qū)間的設(shè)定，實現(xiàn)了多區(qū)間的匯流排保護開關(guān)。另外，在網(wǎng)絡(luò)模式下，采用GOOSE 模式，考慮到了共網(wǎng)絡(luò)的傳遞方式，按照兩層的模式，對220 kV 的保護進行了直接采集，該模型對可靠性和敏感性進行了評價，而未考慮到同步電源的作用，應(yīng)用IEEE 1588 中的時間分析方法，在工程上進行可靠性和敏感性的分析，采用不同的脫扣方式，構(gòu)造了一種新型的智能變電站的保護架構(gòu)，將設(shè)備取樣和管路的直連實現(xiàn)，得出了與保護作用有關(guān)的主干線路和分支線路；為了保證其二次電路設(shè)計的設(shè)備在運行時的電壓、電流都能被嚴(yán)格地控制在容許的范圍之內(nèi)，詳細(xì)地分析了二次電路中的虛終端的連接表。經(jīng)過各個步驟與操作，就能夠完成智能變電站二次回路體系的設(shè)計。應(yīng)結(jié)合具體情況，確保其裝置在正常運行中，以便在運行中進行更全面的分析和改善。

6 變電站二次繼電保護設(shè)計方法的改進

繼電保護是電力系統(tǒng)安全運行的重要保障。由于我國經(jīng)濟和科技的發(fā)展，對電力系統(tǒng)的安全性要求越來越高，對變電站二次繼電保護設(shè)計方法提出了更高的要求。變電站二次繼電保護設(shè)計是一項非常重要的工作，在很大程度上決定了變電站是否能夠安全、可靠地運行。但是在實際工作中，我國很多變電站二次繼電保護設(shè)計方法并不完善，還需要加強對這方面工作的研究，不斷地進行改進和完善，提高變電站二次繼電保護設(shè)計方法。

6.1 電流互感器二次回路

在對電流互感器進行二次回路設(shè)計時，要對二次電流回路進行認(rèn)真分析，要了解電流互感器的各種保護回路和二次回路的關(guān)系。由于電流互感器的保護回路主要是根據(jù)電力變壓器的運行情況進行設(shè)計，因此在設(shè)計電流互感器時，應(yīng)該根據(jù)變壓器運行的實際情況來確定。在對電流互感器二次回路進行設(shè)計時，要確保電力變壓器能夠安全、穩(wěn)定運行，對其保護和控制范圍進行有效分析。例如，在對電力變壓器進行保護時，一般采用過流保護和低功率保護兩種方法[5]。在對電流互感器進行設(shè)計時，應(yīng)該將其應(yīng)用于主變壓器保護中。在對電力變壓器進行操作時，應(yīng)該盡可能避免出現(xiàn)大負(fù)荷和小負(fù)荷交替情況。

6.2 差動保護繼電器

差動保護繼電器的作用是保護線路出現(xiàn)故障時，將其兩側(cè)的電流進行對比，并通過繼電器的動作來實現(xiàn)繼電保護。通常情況下，差動保護繼電器主要由兩個部分組成：一是二次回路中的電流互感器，二是線路中的電流互感器。通常情況下，在變電站二次繼電保護設(shè)計方法進行改進時，采用雙線圈電流互感器是最為合適的，因為其在對線路進行保護時具有較高的靈敏度。

7 總結(jié)

在進行變電所二次繼電保護的設(shè)計時，必須嚴(yán)格遵守有關(guān)的設(shè)計原理和規(guī)范，以保證設(shè)計更具科學(xué)性和有效性。在設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)各個區(qū)域的具體情況，對其進行詳細(xì)的分析，以保證繼電保護的設(shè)計能對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起到積極的促進作用。另外，在設(shè)計時應(yīng)結(jié)合變電所的具體情況，使繼電保護的功能得到最大程度的發(fā)揮。