變電站繼電保護(hù)裝置失效后備措施研究

（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 托克托 010206）

引言

隨著科技的發(fā)展，電力的應(yīng)用已經(jīng)延展到了世界各地，電力從高電壓的傳輸區(qū)域運(yùn)送到低電壓的居民家中就需要中途經(jīng)過(guò)變電站來(lái)進(jìn)行高電壓到低電壓的轉(zhuǎn)換，如果沒(méi)有變電站，我們就無(wú)法正常的用電。變電站的安全問(wèn)題需要引起我們的重視，當(dāng)變電站繼電保護(hù)裝置失效后，如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題，對(duì)變電站所管理的整個(gè)區(qū)域造成的影響和損失是無(wú)法估量的。

一、變電站繼電保護(hù)裝置失效后的嚴(yán)重性

變電站作為電力樞紐，在整個(gè)電力傳輸工程中占據(jù)了主導(dǎo)地位，在變電站電力系統(tǒng)出了問(wèn)題的情況下，如果繼電保護(hù)裝置不能夠及時(shí)的向工作人員反應(yīng)情況，很有可能造成電路癱瘓，影響電力傳輸，導(dǎo)致變電站傳輸區(qū)域電力受到影響，嚴(yán)重的可能會(huì)引起爆炸事故，造成大量的經(jīng)濟(jì)和人員損失。

二、數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用

為了預(yù)防在變電站繼電保護(hù)裝置失效后可能會(huì)造成的巨大損失，我們可以將變電站升級(jí)，建立數(shù)字化電力系統(tǒng)，將變電站和繼電保護(hù)裝置整個(gè)編入程序設(shè)定，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，且繼電保護(hù)裝置沒(méi)有任何反應(yīng)時(shí)，數(shù)字化電力系統(tǒng)程序就會(huì)自動(dòng)生成錯(cuò)誤報(bào)告，向工作人員發(fā)出警告。現(xiàn)在針對(duì)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題的情況提出兩種后備措施。

1.保護(hù)單元失效的可靠措施

繼電保護(hù)裝置失效后，由于數(shù)字化程序的運(yùn)行，變電站的每一層安全系統(tǒng)的變化都會(huì)反應(yīng)到程序中去，程序會(huì)通過(guò)信息共享的方式，讓工作人員了解到問(wèn)題的來(lái)源。

基于信息共享，在此提出利用共享后備單元SBPU來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置失效的后備。SBPU是一種數(shù)字化程序，它能通過(guò)采取當(dāng)前變電站的運(yùn)行狀態(tài)信息和人工輸入的安全系數(shù)做出對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)有差異，就會(huì)立刻將信息反應(yīng)給總部。

圖（1）是采用公共后備保護(hù)單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中保護(hù)單元1～n是變電站自己所配置的保護(hù)單元，SBPU是共享后備保護(hù)單元。

圖（1）保護(hù)單元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如上圖所示，當(dāng)各個(gè)保護(hù)單元都正常工作時(shí)，SBPU不會(huì)采取數(shù)據(jù)，但是如果發(fā)生了故障，當(dāng)某個(gè)單元例如交換機(jī)或者合并器失效或者發(fā)生電路狀況時(shí)，由保護(hù)交換機(jī)連接著的SBPU就會(huì)檢測(cè)到該單元所發(fā)生的的傳輸數(shù)值的變化，并根據(jù)下載失效對(duì)象的保護(hù)定值來(lái)采集間隔的數(shù)據(jù)，自動(dòng)承擔(dān)故障單元的保護(hù)工作，并將電路中失效部位的電流數(shù)據(jù)傳輸給總部。這樣既能做到保護(hù)了整個(gè)系統(tǒng)的不間斷性，又可以實(shí)時(shí)將出現(xiàn)的狀況返還給我們。這個(gè)方案的流程圖如下圖（2）所示：

圖（2）SBPU方案信號(hào)流切換流程

如圖所示，圖中DS表示檢測(cè)信號(hào)，ASS表示激活SBPU信號(hào)，AMS表示告知過(guò)程層設(shè)備信息換向信號(hào)，DLS表示為保護(hù)定值的下載信號(hào)，MS為測(cè)量信號(hào)。此方案的好處在于：

1.1 通過(guò)SBPU程序所形成的保護(hù)網(wǎng)，不必刻意的去對(duì)電力系統(tǒng)中每一個(gè)程序都嚴(yán)格的監(jiān)控就可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的作用，能提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，加強(qiáng)保護(hù)能力，減少所耗費(fèi)的能源，特別適合在中小型低壓電網(wǎng)未采用雙重化配置的情況。

1.2 變電站繼電保護(hù)裝置失效后，不用立刻去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更換裝置，適合于無(wú)人監(jiān)守的變電站。

1.3 程序中各個(gè)階段信號(hào)的傳播都采用光纖，不需要電纜的連接，工程容易簡(jiǎn)單且成本較低。

2.數(shù)字互感器失效的可靠措施

數(shù)字化的互感器作為數(shù)字化變電站的主要特征，通過(guò)應(yīng)用高科技的感應(yīng)技術(shù)來(lái)對(duì)信息進(jìn)行提取和分析，并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置失效后所提供的后備SB,確保在變電器發(fā)生故障而繼電保護(hù)裝置沒(méi)有采取任何反應(yīng)時(shí)可以第一時(shí)間將消息傳遞給總部。根據(jù)克西霍夫電流定律：

以圖（3）所示為例：

圖（3）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

在上述克西霍夫電流定律的公式中，i1為支路L1的電流，i2為支路L2的電流，i3為支路L3的電流。因此，不管任一電路發(fā)生電路短路或者電路短路故障，都可以通過(guò)電流的回量來(lái)計(jì)算總電流，從而判斷是否存在差錯(cuò)。這樣同樣意味著，當(dāng)某一條回路中互感器發(fā)生故障的時(shí)候，可以用其他回路的電流來(lái)間接獲取故障回路中的電流。避免電路短路，導(dǎo)致電壓過(guò)高，引發(fā)火災(zāi)，爆炸等事故。

圖（4）是假如回路2發(fā)生故障，傳感器失效時(shí)，該回路數(shù)據(jù)可以從其他回路獲取信號(hào)的流程圖。

圖（4）SB方案信號(hào)流程圖

通過(guò)以上圖表，可以看出。如果間隔1的保護(hù)單元檢測(cè)出該回路中互感器發(fā)生故障或者產(chǎn)生異常情況時(shí)，則該間隔的保護(hù)單元就會(huì)立刻向間隔2和間隔3的合并器申請(qǐng)傳送線(xiàn)路L2和L3的電流，通過(guò)電流網(wǎng)絡(luò)獲得相關(guān)回路的電流采樣之后用于代替L1的電流。這時(shí)候，保護(hù)單元1仍然獲得了L1回路的電流數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)傳輸回來(lái)，工作人員即可通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，對(duì)L2回路做出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施和保護(hù)措施，數(shù)字傳感器的應(yīng)用，也間接的保護(hù)了變電站的穩(wěn)定工作。

綜上所述，這種利用數(shù)字化傳感器的方法不需要添加硬件裝備，僅僅依靠軟件所指定的程序，利用軟件功能的調(diào)用和信號(hào)傳遞方向的改變就可以將繼電保護(hù)裝置失效后備功能做到成功。

三、“第三道防線(xiàn)”的應(yīng)用

繼電保護(hù)裝置所承載的繼電保護(hù)系統(tǒng)是包含斷路器、傳感器和繼電器以及相關(guān)的線(xiàn)路在內(nèi)的電力系統(tǒng)的第二道防線(xiàn)，到目前為止，繼電器作為整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，已經(jīng)從傳統(tǒng)的工藝發(fā)展到現(xiàn)在的更為先進(jìn)的功能。

繼電器的使用，給變電站在安全上和在效益上都創(chuàng)造了不小的成果，繼電器不但具有一種或多種原理的保護(hù)功能，而且還能夠?qū)ζ渌挠布M(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量、監(jiān)控、控制和通訊，是一種智能電子設(shè)備。

在20世紀(jì)80年代，我國(guó)為了防止大范圍的停電、電力系統(tǒng)崩潰事故，制定了《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定守則》，該守則闡述了長(zhǎng)時(shí)間的電力事故的發(fā)生機(jī)理和預(yù)防措施，規(guī)定了為了防止在繼電保護(hù)裝置失效后所造成的嚴(yán)重?fù)p失而應(yīng)該采取的技術(shù)性方式。總稱(chēng)為變電站保護(hù)的“第三道防線(xiàn)”。這是我國(guó)電力方面的學(xué)者和專(zhuān)家對(duì)我國(guó)電力技術(shù)領(lǐng)域所作出的重大貢獻(xiàn)，“第三道防線(xiàn)”的概念圖如下圖（5）所示：

該防線(xiàn)的建立主要意義是，在發(fā)生電力故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置處于保護(hù)電力系統(tǒng)的最前沿，對(duì)發(fā)生故障的電路或者元件進(jìn)行準(zhǔn)確的控制甚至切除，并盡可能的保證對(duì)整條線(xiàn)路的供電，最大限度的防止系統(tǒng)因?yàn)槟骋粋€(gè)電路或者元件故障而造成的系統(tǒng)癱瘓，將系統(tǒng)擾動(dòng)減小到最大程度，為實(shí)施以后的控制措施贏取時(shí)間和創(chuàng)造好的系統(tǒng)條件。

當(dāng)繼電保護(hù)裝置失效時(shí)，整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)便處于冷卻狀態(tài)，此時(shí)，便輪到第三道防線(xiàn)，校正控制，通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)裝置中繼電器的監(jiān)測(cè)可以了解繼電器中是否有電流通過(guò)，從而確定繼電器是否處于正常工作狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)繼電器發(fā)生故障而停止運(yùn)行，就會(huì)將實(shí)時(shí)情況返還給總部，工作人員即可以立刻進(jìn)行修復(fù)工作，避免大型電力故障的發(fā)生。

圖（5）三道防線(xiàn)

四、結(jié)論

電力系統(tǒng)的癱瘓會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)貐^(qū)域造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和效益上的損失，維持電力系統(tǒng)的安全是當(dāng)前電力工作者和學(xué)者的基本任務(wù)也是主要任務(wù)，電力的傳輸和變電站的維修工作，都應(yīng)該得到當(dāng)前相關(guān)電力部門(mén)的重視，不可存在僥幸心理。繼電保護(hù)裝置失效后備措施的出現(xiàn)，在一定程度上避免了此類(lèi)電力事故的發(fā)生，數(shù)字化變電站中保護(hù)單元和傳感器的應(yīng)用以及第三道防線(xiàn)的建立都對(duì)我國(guó)電力安全工程有很大的影響，希望相關(guān)部門(mén)能夠?qū)﹄娏Π踩屠^電保護(hù)裝置失效后備措施重視起來(lái)，讓電力系統(tǒng)運(yùn)行的更加安全。

[1]劉益青.智能變電站站域后備保護(hù)原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究[D].山東大學(xué),2012-10-15.

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