智能變電站的繼電保護配置探討

摘 要：本文對智能變電站的繼電保護配置進行了深入探討。介紹了智能變電站的繼電保護配置的構造設計，探討了智能變電站的運行情況，研究了智能變電站繼電保護的相關問題，最后分析了智能變電站繼電保護配置實施的保護。

關鍵詞：智能化變電站；繼電保護配置；運行維護

中圖分類號：F40 文獻標識碼：A

隨著電力技術的發展，智能電網技術以及智能電氣設備進一步發展和運用，數字化智能變電站已經逐漸成為變電站發展的趨勢。繼電保護設備是智能變電站的重要組成部分，為了增強智能變電站的可靠性和速動性，需要對變電站內部智能電子設備，尤其是繼保系統的信息描述方法、訪問方法、通信網絡等進行統一規范。下面本文就對智能化變電站的繼電保護裝置進行探討。

1 智能變電站的繼電保護配置機構

數字化變電站的是在自動化一次設備基礎上加上網絡化二次設備，以IEC61850通信規范為前提，實現信息的共享和交互性，并具有繼電保護和數據管理等功能的現代化變電站。智能變電站可以分為三個層次，即現場間斷層裝置、中間網絡通信層、后臺的操作層。

（1）過程層。過程層包括合并單元、智能終端和接口設備，其核心設備是交換機。過程層對繼電的保護主要通過快速跳閘裝置。首先，對電力運行的電氣量進行實時監控，比如電流、電壓幅值、相位、諧波分量等，并通過交換機以網絡交互式傳遞信息。其次，檢測運行設備的狀態參數，檢測變壓器、隔離開關、斷路器等設備的工作狀態等。最后，執行和驅動操作控制，比如直流電源充放電的控制。

（2）間隔層。間隔層承擔著對設備進行保護和控制的作用，對間隔層數據的實時采集以及控制命令發出的優先級別等，開展操作同期以及其他控制功能，承擔承上啟下的通信功能。

（3）控制層。控制層的主要設備是主機、運動裝置、規約轉換器等。主要功能是，對全站數據信息的實時匯總，對數據庫的刷新，并把收集到的信息傳送到監控中心接受指令，向間隔層和過程層傳遞指令。另外，可以根據不同運行方式，預先結合離線定制整定算法，確定幾套定值整定方案，確定系統運行中發生狀況時，保護相應切換到預先設定好的一套定值區。

智能變電站按照對象進行保護裝置的配置，如主變保護、線路保護、母線保護等，和采用常規互感器時一樣，只不過將原來保護裝置的交流量輸入插件更換為數據采集光纖接口，用以太網統一傳輸GOOSE以及采樣值。

2 智能變電站的運行情況和繼電保護配置

2.1 智能變電站的運行情況

（1）智能變電站中的供電系統的正常運行主要是指系統中的線路及其設備均在理想的狀態下運行所反應出的各項活動都屬于正常范疇內。

（2）供電系統的故障運行是指某些設備或線路出現了損壞而陷入無法工作的狀態，并且妨礙了系統的安全運行，而且有可能是事態變得更為嚴重。

（3）供電系統的異常運行是指系統雖然系統已經不能按照正常方式運行，但是不會引起系統出故障。如果智能變電站中的供電系統存在異常運行的狀況時，則繼電保護裝置能夠準確的發出相關的信號，并在故障發生前做好對異常運行的設備進行妥善處理。由此可見，通過對事故范圍的縮小以及對事故發生的及時預報，實現系統中繼電保護裝置的作用，因此在智能變電站電力系統中繼電保護裝置是保證電力系統運行安全可靠的最重要的裝置。綜上所述，在智能變電站中供電系統能否安全可靠運行主要在于繼電保護裝置配置的合理性。

2.2 智能變電站繼電保護配置

在智能變電站的發展進化中，繼電保護從之前的模擬式保護發展到了現今的數字式保護模式。智能變電站中智能化一次設備以及網絡化二次設備，使各個電氣設備能夠達到信息共享和交互性操作。其中分層配置中的繼電保護，其變壓器保護以及線路保護等均在過程層中，因此就可以對MU智能操作的數據信息以及采樣進行直接獲取，不用再通過過程層中的交換機。間隔層中的為多間隔母線保護配置，其數據信息的獲得需要通過過程層的交換機。智能變電站的站域保護管理單元，在后臺控制層。如圖1所示。

站域保護管理單元監控計算機間隔層交換機間隔層數據采集系統母線保護過程層交換機監控裝置線路和變壓器保護合并單元MU智能操作箱后臺控制層間斷層過程層。

（1）在分層配置方案里，主設備的保護，例如線路保護、變壓器保護等，不需要一覽間隔信息，就可以和MU智能操作箱直接對信息進行交流，并且網絡信息癱瘓，也不會對其產生影響，其可以進行脫機交換。那么在智能變電站中對其保護性能進行了實現，對傳統繼電保護中人們對網絡安全的擔心進行了消除。

（2）在這一方案中，在其后臺控制中對集中控制以及決策進行了實行，那么變電站中的線路負荷保護、電源備自投以及線路重合閘等設備也均可以統一進行監控以及保護。這些裝置可以通過后備保護進行整體的配合，使原來分散到變壓器、母線、線路等得保護的重復裝置進行整合得以簡化，提高了變電站運行的效率。很好解決傳統中對設備保護動作時間過長、故障切除范圍較大的問題。

（3）自適應去調整保護定值和保護范圍，避免變電站直流系統接地引發繼電保護錯誤跳閘。傳統中保護定值由運行人員切換定區域，智能邊站可以根據實際運行情況調整保護定值，也可以由人工來進行定值調整，實際運行情況的考慮涉及到線路保護，旁路運行方式等。站內繼電保護的測試涉及到光纖以太網性能測試，跨間隔數據同步測試等。由于繼電保護裝置的介質是光纖，采用的是光數字電壓和電流信號的輸入方式，所以跨間隔數據同步性測試十分必要。

3 智能變電站繼電保護的問題

（1）智能變電站中的主要保護是電流速斷保護，電流速斷保護是在最大運行方式情況下利用系統線路的末端三相短路電流來進行整理規定的，但是由于其靈敏度大于1.2，因此要把動作電流值取得較小一點，特殊情況下比如是在線路較長，配電變壓器較多時，即系統阻抗能力比較大的時候，動作點就要取更小的數值。如果在整定時不考慮給電流速斷保護帶來的影響，那么配電變壓器投入時所產生的勵磁涌流的起始值就會元超過無時限速斷保護定值，進而造成系統故障后恢復送電時發生開關合上或運行過程中頻繁跳閘的情況。

（2）隨著電力系統的不斷發展，其規模的在不斷的擴大，因此智能變電站電力系統中的短路電流也會隨著發生變化，如果變電出口處或者是配電出口處發生短路，那么短路電流就會變大，甚至會達到普通額定電流的幾百倍。在正常情況下，短路電流倍數越大，那么就會造成誤差較大的電流互感器變比，進而就可能使靈敏度低的電流速斷保護拒絕操作命令。

（3）二次回路問題，繼電保護涉及到的二次回路數量較多、接線復雜，常常是故障頻發環節。設備檢驗時，通常會注重檢查設備本體，忽視對二次回路接線檢查，所以運行中會出現二次回路接線故障。比如開口三角N與L、PT切換時失去了零序電壓，造成回路不暢通等。

4 智能變電站繼電保護配置實施的保護

4.1 電壓限定延時的過電流保護

在電力系統中，由于外部短路問題很容易造成過電流和不正常運行而出現過負荷電流，其可能在數值上相差不大，但是當外部故障出現問題時，發電機過流保護應該出現跳閘的現象，如果是過負荷故障時， 則電力系統的保護裝置的動作信號應動作。在電力系統繼電保護系統中為了能夠區別故障原因，則需要將過電流保護中加入低電壓元件，這種保護系統主要是由低電壓元件和過電流元件組成。

4.2 變壓器保護配置

變壓器保護裝置主要采用分布式裝置，實現差動保護功能的，變壓器后備保護主要采用集中式配置方式實現保護，而對于非電量保護裝置主要采用獨立式安裝方式，具體安裝方式主要是通過電纜直接引入斷路器跳閘，然后跳閘命令通過電纜線引入GOOSE和采樣的網絡上，其中2/3主接線變壓器的配置方式如圖2所示。

4.3 線路保護

在電力系統中的線路保護配置主要是以縱聯差動作為主保護系統，后備保護裝置主要是集中式保護裝置中。對于單斷路器方式的主接線以及線路保護裝置通過主保護系統的對側線路保護和光纖通信口保護裝置通信，以能夠達到實現縱聯保護的作用（圖3）。

4.4 復合電壓過電流保護

在智能變電站系統中，復合電壓過電流保護主要應用過流保護或者變壓器保護靈敏度得達不到要求的變壓器系統中，其原理接線圖如如圖4所示。

上述配置裝置的工作原理為：如果變電站系統中出現不對稱短路情況時，則會引起的相電流繼電器動作，同時也會導致繼電器動作，這時常閉觸頭斷開，造成低電壓繼電器失壓，常閉觸頭閉合，啟動中間繼電器。 如果想要使電流繼電器通過常開觸頭進行啟動時間繼電器時，則需要通過整定延時將啟動信號以及出口繼電器使變壓器兩側斷路器斷開。如果出出現短路的現象時，由于在短路瞬間將會出現短時負序電壓，則就會造成電壓繼電器失去電壓，如果負序電壓消失后，則常閉觸頭閉合，所以能夠將電壓元件的靈敏度得到提高[9]。

結語

智能電網和智能變電站的發展，給繼電保護發展既帶來了機遇，也帶來了挑戰，在智能變電站繼電保護中，充分利用智能變電站的新技術，將最新技術和最新技術引入到到繼電保護系統中，并且重新審視繼電保護的原理和配置，不僅能夠保證繼電保護不受系統的影響，并且還能夠快速切除故障，解決后備保護容易受到系統運行的影響以及動作時間長等問題。隨著科學技術的快速發展，我國電力企業的發展，智能變電站的投入應用，對智能繼電保護系統進一步提高了，將使繼電保護系統在智能變電站中發揮最大的作用。

參考文獻

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