論變電站繼電保護的工作原理及價值作用

李連尉，陳世鈞，朱龍

（中國水利電力對外有限公司，北京 100120）

隨著技術的進步與發展，在變電站中，使用繼電保護設備較為普遍，由于變電站的磁場較強，再加上其高壓設備較多，若強電磁干擾設備，極易引發安全事故。大氣干擾或供電系統的外干擾也會影響弱電設備，但隨著我國繼電保護技術的增強，可有效保護變電站。

1 變電站繼電保護的工作原理

一方面，在開展繼電保護時，其主要的工作原理為當變電站在運行時發生故障后，會出現電壓降低或升高、電流突然增加、溫度、瓦斯的溫度同時升高及運行頻率降低等現象，且該現象的數值大于繼電保護的額定值，進而使繼電設備發出報警信號或跳閘指令。跳閘的方式通常有兩種，即電流值與時間值，若該跳閘的性質為電流值，電流值上升速度越快，則跳閘的速度越快；而性質為時間值時，當故障電流值大于整定值后，在一段時間后，為了更好地保護變電站，時間發出跳閘指令，進而暫停變電站的運行。

另一方面，在運用繼電保護技術保護變電站的過程中，其目標也較為明確，利用該技術后，可使變電站供電變得更加可靠。檢修繼電保護設備時，可提升該設備的可用系數與可靠性，防止出現傳統檢修方式的不足，并使相關設備的壽命得以延長，進而使用戶用電變得更加安全、可靠。與此同時，保護用電設備的安全也能促進相關企業的經濟發展，當前，在電力系統行業內，正廣泛應用繼電保護技術，且相關的保護裝置也可進行遠程輸送，技術人員可利用其數字化的特征，盡快實現系統搶修。當前的搶修方式與過去有所不同，由預知性檢修替代了計劃性檢修，使檢修的盲目性有效降低，改變了過去由經驗來判斷檢修的方式。

2 變電站繼電保護的價值作用

2.1 性質

通過性質可將繼電保護分為多種類型：其一，技術人員應保護發電機，其短路的形式較多，主要為定子繞組，當檔子繞組接地時，在相間的過程中會產生短路；發電機的外部也會產生短路，若其負荷過重，定子繞組經過電壓時，其勵磁回路會出現兩點或一點接地，也會形成失磁故障。在發生故障后，大多采用解列、停機等方式進行出口，進而使故障范圍縮小，并發出信號。其二，在線路保護方面，根據不同的電壓等級，采用對應的保護措施，架空長線、電纜或輸電線路若長度不同，電網內中性點不同的接地方式也會形成繼電保護，進而出現過負荷、單相接地、接地短路及相間短路等。其三，針對母線保護，在多處變電場所與發電廠都應安裝專有的母線保護設備。其四，在保護電力電容器方面，由于其內部故障而造成出線短路，若斷路器與電容器組形成連接也會產生短路，其原因在于當電容器組內部出現故障時，電容被切除后會經過電壓，而當電容器組再度過電壓時，其母線會產生失壓狀態。其五，保護高壓電動機，高壓電動機會形成多種短路方式，如在同步電動機中，產生非同步的沖擊電流、電動機出現失磁效應、底子繞組的電壓較低、電子繞組出現單相接地及定子繞組發生相間短路等，多種方式都會形成電動機保護。

此外，針對變電站繼電保護的溫度保護，當其內部的電動機與變壓器發生內部短路或電機負載過重時，該保護裝置的溫度會快速升高，當其整體溫度超出整定值后，可及時向系統發送跳閘指令，會產生相應的報警信號。與從同時，為達到設備安全的需求與電力系統的穩定，在繼電保護裝置中，還會開展主保護，當出現短路或產生故障后，通過系統內部快速地反應，可將產生故障的線路或電源直接切除，對變電站中的繼電設備起到保護作用。而對于繼電裝置中的后備保護，此保護產生的背景為斷路器或主保護系統發生拒動，可將產生故障的部分直接切除。當裝置中出現主保護拒動時，電力系統內部可緊急啟動另外一套保護設備，進而引發后備保護。為保障主保護與后備保護的整體性能，技術人員在檢修繼電裝置時，可采用輔助保護，該保護方式可作為多種防護的補充。

差動保護也屬一種較為重要的繼電保護類型，若中性點線路或變壓器中的電流差大于整定值時，該系統會發出跳閘指令，此保護方式又叫縱差動保護。而縱差橫保護的形式則為兩個繞組間或并行線路間的電流差高于整定值。例如，中國水利電力對外有限公司在實行變電站繼電保護的過程中，由于產生故障的電壓值小于整定值，在借助相關系統后產生低電壓信號與跳閘指令，進而對該裝置形成低電壓保護，有效保障了變電站的運行安全。

2.2 配置

針對繼電設備的保護裝置，如圖1所示，設計人員可進行三方面的保護，首先，針對線路保護，設計人員可應大力發展智能變電站，并將測控功能與站內保護進行有機結合，其配置方式采用間隔單套。在開展線路保護的過程中，可進行直接采樣，并將斷路器跳掉，經過相關網絡技術，可開發出重合閘與斷路器失靈等功能。

圖1 繼電保護裝置

其次，技術人員還需保護變壓器，依照相關流程，保護變電壓電量時，一般的配置方式為雙套，并實行設備一體化。若兩種設備分開，其后備裝置需結合測控裝置。采用雙套配置的過程中，將各側的單元合并，而各側的終端最好使用雙套配置。

最后，分段保護母聯時，技術人員應將智能終端與分段保護裝置相連接，在不進行交換網絡數據的情況下，實現直接采樣與跳閘的功能。與此同時，在保護智能終端、合并單元時，要通過網絡進行信號傳輸。按照配置要求，該類繼電保護設備應按單套配置進行分段保護，從而形成測控與保護的一體化。當分段保護出現跳閘時，其方式大多為點對點直跳，而網絡方式則應用在其他分段跳上。若分段保護母線的方式失靈，也可運用網絡傳輸。

例如，某電力公司在開展繼電設備的保護時，在保護母線時，其設備出現故障，維修人員在檢修后，按照配置要求，對設備實行雙配置保護，從而增強了繼電設備的保護效果。

3 開展變電站繼電保護的具體試驗

為使電網更安全穩定地運行，合理地在變電站開展繼電保護極為必要，在此過程中，技術人員需嚴格遵守靈敏性、速動性、選擇性及可靠性原則。當前電網的規模在不斷擴大，其電壓等級也相應升高，針對繼電保護的需求也有了較大改變。在發展智能變電站的過程中，不但要保障原有的繼電保護功能，還需不斷改善繼電保護內部信息交換的方法，即相互操作、信息共享。在智能變電站內部，電子互感器已替代了電磁互感器，多種一次設備也擁有了智能單元，如斷路器與變壓器等，徹底改變了保護裝置中的連接介質，當前多數已采用光纖，而信息傳遞則由網絡化設備擔任。基于此變化，技術人員需開展變電站繼電保護的測試試驗，相較于過去，當前設備內部信息傳遞的方式發生了改變，但其保護裝置并未產生任何變化，在開展試驗的過程中，其邏輯功能的檢測方式可與過去一致，而傳遞方式可改用其他測試方法以檢驗變電站內繼電保護的價值與作用。

3.1 采用新型測試器具

技術人員在試驗前，需仔細檢測繼電保護裝置內部的電流與電壓值，其方式可選用合并器內部的光數字信號，傳統繼電保護裝置的測試儀器只能將模擬量輸出，而當前的新型測試儀，即光數字信號儀器，在開展測試的過程中，該儀器可借助保護裝置內部的光纖進行直接輸入測試，此方式有效避免了相應誤差，減少了多種傳統式檢驗步驟，如采樣精度或零漂等，節約保護成本的同時，也改善了保護裝置的使用效率與效果。為滿足繼電保護裝置的實際需求，工作人員還需嚴格保證數據傳輸的時間間隔，若其傳輸時間差距較大或并未同步，應合理選擇保護裝置，并對母線保護或變壓器保護等實行科學的測試與管理。

3.2 改善網絡傳輸方式

針對一二次設備的具體情況，相較于傳統保護方式中的直接跳閘，當前變電站在應用繼電保護時選用了GOOSE網絡，運用該網絡系統可實時發布跳閘指令，若想更加便捷，可改用智能型開關。借助網絡內部的跳閘指令與啟動關閉信號，相比傳統式保護回路，新式繼電保護更加可靠。與此同時，GOOSE網絡內部的信號傳輸與原繼電保護裝置內信號輸出的方式相同，當前開入或開出量已轉化為差異化的GOOSE報文，而非24V、220V的信號。對于繼電保護裝置的輸出或輸入信號，為保證其實時性和正確性，試驗人員可利用整套傳動試驗進行驗證。

4 結語

綜上所述，當前我國電網的基礎即為變電站，為了使變電站更好地工作，管理人員積極開展變電站技術，在開展的過程中，引入繼電保護，從而使變電站運轉正常。依據繼電保護的工作原理，應主要保護變電站的線路與母線，可有效加強變電站的穩定。