多功能多功能繼電保護及變電站自動化系統教學應用

王毅國

摘要：變電站自動化系統的功能配置在現階段能滿足變電站運行的基本要求，隨著計算機技術和通信技術的發展，電網的運行和管理對變電站自動化系統將提出更多的要求，變電站自動化系統的功能將不斷豐富和發展。

關鍵詞：多功能繼電保護自動化 教學應用

中圖分類號：TM65 文獻標識碼：A

一、引言

在供電系統中，輸送電力的設備中最重要的是電力變壓器，電力變壓器一旦出現故障會直接影響設備的工作與區域用電，危害電力系統的安全持續運行，造成一定的經濟損失。電力變壓器工作時一般都是二十四小時連續工作，工作強度非常大，通常會出現故障，尤其是大容量變壓器出現故障，對整個電力系統的影響更為嚴重。隨著核電、水電等供電系統快速發展當今社會，對供電系統的安全穩定運行提出了更高的要求，需要更好的多功能繼電保護。因此，要增強電力變壓器多功能繼電保護裝置的安全與功能，確保電力系統得以安全穩定運行。

二、變電站自動化供電系統

1.1 供電系統

以前變電站監控系統( RTU )采用二次電源供電模式, 即交流、直流經過濾波切換, 再通過開關電源隔離后給測控單元供電。這種供電模式從一定程度上保證了測控單元不受外部沖擊電壓的影響,但是從運行實際經驗看, 開關電源一般四年就到壽命期了, 并且由于開關電源采用風扇散熱方式, 在夏季容易由于風扇堵轉而輸出不穩定, 影響系統的可靠運行。

為了提高系統供電的可靠性并加強對供電的監視, 系統電源增加電源切換的信號輸出, 便于及時有效的監視系統供電狀態。在保證二次供電的基礎上, 改變現在開關電源風扇散熱的方式, 改為系統自循環散熱, 減少電源故障幾率, 提高系統供電的穩定性。

隨著測控單元面向對象的模式出現以及電源變換技術的提高, 測控單元可以經過一個空開直接接220V 供電, 一個測控單元一個空開獨立控制, 空開額定電流選擇2A 即可保證測控單元不會受到沖擊電壓影響, 同時在交直流切換電源前端增加電源三級防雷可有效保證測控單元的安全運行。

1.2繼電器：

與接觸器的工作原理基本相同。但是也有不同點，因為接觸器的主觸頭是可以通過大電流的，但是繼電器的卻只允許通過小電流。所以，繼電器一般在控制系統中只能應用于控制電路里面進行延時，隔離，遙控檢測電路從而實現自動轉換調節線路以此保證安全性甚至以小電流控制大電流等功能（如圖二、圖三所示）。通常按照電氣性質分為電氣量（如電流、電壓、頻率等）和非電氣量（如溫度，壓力、速度等），除此之外還可以根據工作原理分為：電磁式、固態式、時間控制式、溫度感應調控式、環境風速感應式、以及其他光度聲度加速的等感應式繼電器。由于繼電器兼具反應敏捷，工作性質穩定，結構經久耐用，占據體積小巧等特性被大量應用在日常生活的電力保護，自動化控制，遙控檢測等機械裝置中。

（圖二：常見空氣式時間控制功能及電氣工作結構圖）

（圖三：延時功能繼電器控制系統電路結構圖）

三、多功能繼電保護

（一）多功能繼電保護的特點與要求

多功能繼電保護裝置是目前人們采用的最普遍的裝置，自多功能繼電保護裝置應用開始，短時間內就得到廣泛利用，主要是由其特點決定的。多功能繼電保護的特點是可靠性高、

實用性強，并且能夠實現遠程監控。多功能繼電保護應用的裝置是配置合理并且科學技術含量高的多功能繼電保護裝置。多功能繼電保護的信息管理技術采用方法庫與數據庫，整個信息管理系統由傳統的分散式傳輸轉變為集中式運輸。各種新技術與新系統的使用使多功能繼電保護的可靠性增強。多功能繼電保護信息系統的應用，使供電系統中出現的實際問題，能夠通過系統有效的對各個部分中的各類數據及時使用和共享，更方便工作人員的操作，因此多功能繼電保護的實用性也得到增強。隨著電子技術與信息化技術在各個領域的推廣與應用，供電系統也及時的根據實際情況采用了新的信息化技術。通過電子信息技術的應用，能夠對供電系統的電力變壓器的運行狀態，進行二十四小時無人監控。最先進的是通過運行狀態分析，能夠發現電力變壓器的隱形故障，及時的在大的故障產生前把隱形故障排除，保障了供電系統的安全平穩運行，減少了經濟損失。

現代的多功能繼電保護雖然有著非常好的優勢，但是對裝置的要求更高，沒有好的多功能繼電保護裝置，多功能繼電保護的特點與性能就不能完全發揮。多功能繼電保護裝置最基本的要求就是靈敏性與可靠性。供電系統一般要求多功能繼電保護裝置的設計原理、整定計算、安裝調試等全部要正確無誤，還要求組成多功能繼電保護裝置的各元件的質量可靠。多功能繼電保護裝置也需要定期的進行運行維護檢查與保養，盡量提高供電系統變壓器多功能繼電保護的可靠性。

（二）多功能繼電保護措施

1.瓦斯保護

瓦斯保護是供電系統電力變壓器油箱的主要保護措施，能夠在變壓器油箱發生內部故障的時候自動啟動。變壓器油箱內部發生故障一般會引起油面降低，瓦斯繼電器的能夠平衡錘的力矩會發生變化而降落，從而接通上下觸點，自動發出報警信號。供電系統的電力變壓器發生突發性的嚴重事故的時候，也會有相應應對措施。變壓器的最嚴重故障為油箱漏油，油箱漏油會使變壓器發生爆炸，導致整個供電系統癱瘓。漏油使電力變壓器的液面會發生較大的變化，繼電器的上下觸點也能夠接觸，初步實現自動報警。隨著漏油的繼續，油位降低到一定數值，繼電器能夠自動跳閘保護整個供電系統，避免大的損失產生。供電系統的電力變壓器大多在0.8MVA以上，都應該配備瓦斯保護裝置。

2.差動保護

供電系統的變壓器內部引出線短路，絕緣套管相間短路故障發生時，變壓器內的匝間出現問題時，繼電系統都會及時啟動電流速斷保護。電流速斷保護的主要優勢是能夠準確的定位故障發生的位置，及時分析出發生故障的類型，然后馬上調用內部已經編訂好的程序，根據故障的情況發出相應的預警措施。如果故障程度比較輕，差動保護可以預警后并延長故障繼續發生的時間，為專業人員的維修提供一定的時間差，同時差動保護還可以利用已經編好的程序，對小型故障進行自動的排除等。如果故障程度比較嚴重，差動保護會直接報警并且斷電，避免短路后經濟損失情況的發生。由于差動保護具有以上的優勢，目前供電系統廣泛采用該技術，它將成為未來多功能繼電保護的一種趨勢。

3. 過電流保護

過電流保護是作為瓦斯保護和差動保護后備保護，可以準確反應出變壓器短路所導致的過電流。過電流保護裝置一般是裝在電力變壓器的電源側，并且根據變壓器的要求裝配不同的保護裝置。升降壓變壓器處可以裝配復合電壓起動的過電流保護，大接地電流系統中，可以在變壓器外部裝配零序電流保護，作為主變壓器保護的后備保護。過電流保護的具體啟動方式應該根據相配備的變電器的相應數據進行合理選擇，沒有統一的標準，可以根據供電系統的不同需求裝配不同的 過電流保護裝置。

4.過勵磁保護

現代供電系統由與工作電壓過高，電力變壓器的額定磁密接近飽和。頻率降低時與電壓升高時，變壓器都很容易出現過勵磁，導致鐵心的溫度上升影響絕緣性能。安裝勵磁保護裝置，可將變壓器的過勵磁引起的過電流反映出來，從而可防止變壓器絕緣老化，提高變壓器的使用效能。

5.過負荷保護

過負荷保護能夠反應變壓器正常運行時所出現的過負荷情況。過負荷裝置僅在變壓器有可能過負荷的情況下才裝設，通常能夠檢測出過負荷的信號。它的基本工作原理為：一相上進行一個電流繼電器的裝設，并經過一定時間延長動作于信號來進行過負荷保護

總結：“理論結合實際才能實現理論研究指導的功能最大化”，這是所有研究人員，乃至技術性教學工作都應該時刻遵守的指導方針，所以為了順應現在多功能多功能繼電保護及變電站自動化系統教學應用在實際生活方方面面的大趨勢下，我們有必要深入研究繼電保護與自動化系統，切實做好理論教學與實踐應用工作。