變電站二次繼電保護設計方法及問題研究

盛敏　汪楚錕

摘要：文章介紹了二次繼電保護的編制方法及依據原理，分析了繼電保護的設備和組屏設計方案的原則，提出了在實際運行中應該注意到的問題，確保變電站的二次設計對變電站的保護水平以及保護設備的安全使用和運行。

關鍵詞：變電站；二次設計；繼電保護裝置；組屏設計方案；零序電流保護 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2016）02-0135-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.066

1 二次繼電保護的依據原理

隨著科技的快速發展，一些微小型繼電保護裝置得到了廣泛使用，特別是在電力方面更是發揮著重要作用。但是在實際的使用中，不同廠家不同保護裝置的輸入和輸出、端子、報告以及定值等都不統一，也不規范，在使用時出現很多問題，同時給繼電保護的運行和使用、維修和管理方面帶來很大的困擾。因此國家電網調度中心編制了兩個針對繼電保護的企業標準，即國家電網線路保護方法規范和繼電保護以及二次繼電檢驗規范。

二次繼電保護裝置是在準許的標準和技術規范上進行操作的，以編制的兩個標準為依據。二次典型設計中對繼電保護的配置堅持的原則、技術需求和組屏設計方案等與這兩個標準是一致的，同時二者各有不同和側重點。二次典型設計比較適合設計院在大型工程建設和設備采購時對繼電保護的統一規定，但是兩個企業標準則是對廠家的保護裝置統一規定。

2 設備選型問題

2.1 零序電流保護

對零序的保護只需要使用通用定時比較器T1，這種比較器是事件管理器EVA中的一項，同時進行連續增加和計算數據模式就可以了。PFC部分的系統流程是，在主程序開機后或者復位后，對系統首先進行初始化。其他初始化還有變量初始化、事件管理器以及中斷進行初始化。中斷流程主要是對整流電壓以及電感電流進行輸入和輸出。對這些模擬信號進行采樣，同時進行A/D轉換。最后進行電壓環路的調節。

當電壓超過110kV時，單項接地現象的發生率很高，占到總故障的80%以上。零序電流的作用就是及時排除和解決這些單相接地現象的發生，確保線路的正常運行。零序電流常使用的元件類型是零序電壓在3UO和電流在3IO形成的方向上。

2.2 母線電壓進行切換問題

如果變電站使用雙母線進行施工時，需要對母線電壓進行二次切換，在實際的操作中使用母線側隔離閘。如果在電力正常運行的情況下，隔離電閘出現接觸不良情況就會出現失壓或者發生距離保護誤動的現象，因此，要提前想辦法解決這種現象，生產廠家在生產切換繼電器時，在電壓切換箱中將切換轉換器改為雙位置繼電器。

2.3 變電站的后臺系統問題

對變電站自動化設計中，后臺系統的一些細節問題是容易忽略的。需要進行電流的輸出和計算寄存器值和占空比，同時產生PAM信號控制開關。在正常操作的情況下，變電站直接供電，電源電流成為后備電源。在選擇逆變器時，逆變器的容量大小需要在500～1000VA之間選擇，這樣就可以解決后臺監控經常會出現的問題而且也能穩定電源電壓，保證整個系統運行的可靠性和安全性。

3 繼電保護裝置及組屏方法

繼電保護的裝置方法、技術需求及組屏方案都可以參考國家電網公司變電站的標準設計內容，本文只針對220kV變電站的繼電保護的一些功能差別比較大的以及機器配置和組屏方法做出詳細的分析和闡述。

3.1 220kV母線保護和斷路器失靈保護

以往的繼電保護和自動裝置的安全使用情況表明，失靈保護產生的主要原因是誤碰失靈保護進入回路，因為失靈電流的判斷是通過獨立裝置進行實現的，而不是由經常說的跳閘功能的失靈保護來判斷的。如果出現這種現象，失靈保護很容易進入回路，需要依據相關技術進行操作并且判斷電流的方向。針對失靈電流的運行需要有準確的判斷力和觀察力，從而解決出現的問題，保證它運行的可靠性。

3.2 二次繼電保護設計的要求

（1）對雙母線的設置進行雙套電流保護，電流保護的功能都是體現在雙套母差的運行保護中；（2）對二次繼電保護進行雙重化配置后，變電站使用的線路或者變壓器與失靈保護需要采用一對一的啟動方法，從而使失靈啟動更容易造成回路；（3）對失靈電流的保護進行判斷需要通過母線保護來實現，撤銷各間隔相對獨立裝置的失靈保護設備；（4）針對主變壓器方面，不管是什么原因產生的故障（母線問題造成的變壓器無法運行、失靈保護裝置電流判斷或者是延遲電流運行等），都是需要母線進行保護實現的。

3.3 20kV線路重合閘問題

在斷路器的失靈保護現象出現以后以及對失靈的電流功能做出判斷以后，二次典型設計中不再進行配置斷路器的輔助保護設備。因此，在實際的操作中對每一套線路的保護需要含重合閘這項功能。同時為了縮短電流回路，也要保持兩套保護線路之間的相對獨立性。二次典型設計是將兩套重合閘采取一對一的線路保護方法，即保持在控制狀態下發揮各自不同的方法，對啟動和封閉之間可以使用相同的方法。所以每套線路的保護和重合閘可以同時進行啟動和運行，同時退出。如果電力的運行只需要一套重合閘進行操作時，那么另一套重合閘可以選擇壓板斷開或者對其進行控制設置。

3.4 重合閘溝通三跳回路

對雙母線的二次設計時需要兩套線路的保護帶有重合閘。在實際的運行中，重合閘可以直接連接線路進而保護三跳，只有連接后的線路才能進行保護三跳，但是兩套保護線路之間不能獨立連接三跳。

3.5 電壓切換箱的操作

電壓切換箱的操作中，可以選擇雙位置接點，這樣可以避免接觸不良，確保不會失去電壓。但是在檢查時，如果操作不到位，很容易發生反送電。因此，對電壓切換箱以及保護裝置，在二次典型設計時就需要把隔離刀閘的輔助接點使用單位設置輸入方式，如果刀閘的輔助接點出現接觸不良的現象或者造成切換回路出現變化時，在不會失去電壓的情況下，選擇短時間地退出一套線路的運行。

3.6 信息管理系統

目前經常使用的Windows系統的代碼很多，當然出現的惡意代碼也是比較多的。經常使用的PC硬件的可靠性偏低，計算機操作系統的穩定性也比較弱。但是LINUX系統的安全性很高，而且該系統出現的惡意代碼相對比較少。同時UNIX系統有著很強的安全機制，系統的核心部分具有很高的穩定性，備份功能比較完善。除此之外，該系統的嵌入式設備系統穩定性比較好，可靠性較高，相關的裝置設備使用起來比較方便和可靠，因此UNIX系統不會產生由于硬盤儲存設備因震動而造成故障這些問題。針對調度對保護和管理子站系統的穩定性和可靠性要求逐漸提高，二次設計對子站系統比較容易使用嵌入式裝置設備，主機應該使用UNIX或者LINUX的安全操作系統。

4 二次繼電保護應注意的問題

4.1 針對220kV及以下變壓器的保護設置

常用的220kV變壓器屬于三相式三卷變壓器，根據變壓器的技術設計要求，這種變壓器會裝置瓦斯保護和差動保護功能，尤其是在高壓側和中壓側都會裝有復合電壓保護，有的還會安裝有零序方向電流保護或者間隙保護，一些變壓器設備還會裝有低壓側復合電壓過流保護。將各方向的復合電壓保護以及零序方向的電流保護結合起來可以反映變壓器的內部情況、母線線路反應變壓器自身保護、母線臨近的電壓設備的接地情況和產生的故障由母線臨近的后備設備進行保護。110kV及以下的變壓器通常也會裝設瓦斯保護和差動保護，對于零序保護和間隙保護以及復合電壓電流保護等這些方面的保護作用和220kV變壓器的作用類似。

4.2 與通信設備相配合

針對電流的保護系統對通信設備的要求，兩者需要密切配合。二次設計在這方面進行統一和協調。在繼電保護裝置和通信設備方面做了具體的規定，包括以下三點：（1）如果是50km以下的線路，條件合適的可以優先使用雙光纜。條件不合適的或者沒有迂回線路的需要由雙回線路設置雙光纜；（2）一條回路線的兩套保護措施在進行專業操作時，需要通過兩套獨立的通信設備相互傳輸，每套通信設備可以傳輸最多8套的保護信息；（3）如果使用專用的光纖線路進行操作時，光纖線路可以直接從通信架直接引接。

4.3 對其他設備的設計要求

（1）對斷路器的設計要求是簡化二次回路的運行，以免長電纜進入造成保護誤動，二次設計與斷路器保護不一致時，發揮斷路器的跳閘壓力閉鎖等功能，由斷路器本身的機構箱進行實現；（2）針對雙母線的設計要求是簡化電壓回路，提升保護裝置，確保運行的可靠性。在對雙母線進行設計時，二次設計需要裝置三相電壓互感器。

5 結語

通過對上面各方面的敘述，繼電保護裝置和組屏方法需要按照二次設計進行考慮，適當的情況下按照各個地區的習慣進行設計，在電力設備招標采購階段，設計師需要注意處理一些問題，比如處理好電網的繼電保護標準或者了解招標采購方面的信息。在進行變電站二次繼電保護設計時，既要把握整體運行情況，也要注意每個方面的細節，對繼電保護配置以及組屏方法做好充分的考慮和準備。同時還要注意二次繼電設備的選型。通過對設計進行優化，能夠使二次系統真正運用到實際中去，同時發揮對變電站系統的保護作用。設計者應該做好各方面的準備方案，從而提高電力水平和技術質量。

參考文獻

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作者簡介：盛敏（1985-），女，江西九江人，供職于國網江西省電力公司經濟技術研究院，研究方向：電力系統繼電保護與變電二次設計。

（責任編輯：蔣建華）