110kV智能變電站繼電保護的設計與應用研究

于樂征 曹萌

摘要：隨著電力工業的發展，我國使用的變電站分為通用變電站和數字變電站。體現在變電站綜合資源采集的重復操作，系統多次重復疊加，設計和調節工作復雜，標準型式相對較差。

關鍵詞：110kV智能變電站;繼電保護;設計;應用

引言

智能變電站具有有效進行能量平衡轉變、分布式控制以及用戶交互式體驗等功能，因其具有智能、高效、節能、環保等特點而逐步得到廣泛應用。繼電保護系統是110kV智能變電站的重要組成部分，在變電站相關電氣設施發生故障或是運行狀態不正常的情況下，繼電保護系統能夠針對這些問題的發生做出快速反應，保障其他無故障電氣設施的正常運轉，并控制斷路器切斷有故障的電氣設施，將電氣設施的故障影響范圍降到最低程度，從而有效地保證智能變電站的安全高效運行。因此，對110kV智能變電站繼電保護系統進行合理設計具有重要的研究意義和實用價值。

1繼電保護系統設計原則

1.1繼電保護系統整體功能要求

繼電保護系統必須與110kV智能變電站主接線及整體電網架構相適宜配套，因此在對繼電保護系統進行設計時必須遵循以下原則：（1）基于電氣設施故障特點配置繼電保護系統。根據110kV智能變電站的網絡化特征，繼電保護系統也必須具備這一特點，能夠實時采集電氣設施的相關數據并對其運行狀態進行監控，再根據所搜集的數據和監控的運行狀態來判斷所發生故障的電氣設施及其位置，進而對故障情況進行迅速處置。（2）基于繼電保護對象的電壓和重要等級進行設計。針對智能變電站中電壓等級在110kV以上的線路，需要繼電保護系統同時具有主保護和備用保護相結合的功能。通過主保護設備可實現無延時跳閘，對故障部分迅速切斷，由繼電保護系統對電壓等級較低的線路實現后備保護功能。除此之外，當所發生故障部分的繼電保護裝置不能正常運行時，其相鄰的繼電保護裝置可實現延時跳閘，對該故障部分進行切斷。（3）基于變電站的正常運行需求簡化系統二次回路。繼電保護裝置和二次系統是整個繼電保護系統的重要組成部分，二次回路具有保證繼電保護裝置正確進行保護動作的功能，同變電站安全生產息息相關。若繼電保護系統的二次回路十分復雜，則繼電保護裝置將不能夠及時對故障部分進行檢測并作出相應保護，因此在滿足變電站正常運行需求的基礎上，盡量簡化系統二次回路的接線。（4）避免相鄰電氣設施保護出現死區。需要通過合理配置電流互感器繞組和繼電保護裝置等手段，以避免變電站中相鄰電氣設施繼電保護死區情況的發生。

1.2繼電保護系統輸電線路要求

變電站輸電線路通常要翻山越嶺穿越各種不同的復雜環境，輸電線路也是最易發生故障的部分。根據輸電線路故障原因，可將輸電線路故障劃分成單相接地、兩相接地、三相故障和相間故障等4種不同類型，不同電壓等級變電站的輸電線路對于繼電保護的要求也不盡相同。在變電站的電壓等級小于等于35kV情況下，輸電線路的形式為不接地，對于輸電線路的保護可以采用階段過流保護形式。在智能變電站的電壓等級為110kV的情況下，對于輸電線路的保護必須采用階段相間結合接地距離的保護形式或者階段相過流結合零序保護的形式。

1.3繼電保護系統變壓器要求

變電站中最核心的設施是變壓器，若變壓器發生故障則變電站的電力系統將無法運轉。針對變壓器的特點，其保護裝置必須具備高靈敏、快響應以及安全性好、可靠性高等特點。變壓器繼電保護包括主保護和后備保護兩個部分，其中主保護必須具備差動、電流速斷的保護功能，而后備保護必須具備過壓、過流、過負荷、零序電流和非電量的保護功能。

1.4繼電保護系統母線要求

變電站的母線和母線絕緣子因安裝年久絕緣老化、污穢嚴重，加之雷擊、人為等因素，都會引起變電站

2110kV智能變電站繼電保護運營期間產生的問題

（1）保護設備之中的光纖。110kV智能變電站繼電保護的設備之中，由于光纖本身存在不穩定性或是質量方面存在問題，可能導致繼電保護系統于實際運行期間保護裝置方面可能產生問題，例如于保護裝置同智能終端設備之間，光纖一旦受損，便會導致繼電保護裝置不能達到預期效果，且用以保護設備內的GOOSE以及SV插件也會受到損害，進而導致繼電保護失去預期的效果。（2）合并單元同智能終端之間終端干擾保護設備。110kV智能變電站繼電保護設備之中，合并單元同智能終端針對保護設備并非是僅有一個，若是某一線路出現合并單元故障，便會導致保護裝置不再參與電力系統的正常運營，可能會出現大規模電力系統繼電保護設備失去應有效果的現象。（3）設備老化且系統未更新。智能變電站繼電保護運行以及維護期間，必須針對部分硬件設備予以合理的更新以及更換，電力企業必須針對室外的設備予以合理的保護，并定期予以維修。究其原因在于智能變電站繼電保護設備實際運行過程中，因為設備運行時長較長，針對新智能電網需求并不相符，必須針對設備予以系統化的升級，并使用新的CPU硬件予以替換。不僅如此，放置于室外的設備，一般并沒有為其設計保護裝置。但因為長期處于自然環境之中，可能受到自然環境，包括強風、降雨等的影響，導致設備產生一定銹蝕或是積塵的問題，導致設備老化速度加快，進而令設備應用時長縮減，使得設備正常應用受到一定程度負面影響。

3繼電保護系統各線路方案

3.1110kV高壓側線路保護

110kV高壓側線路保護綜合了數據采集、故障監測、保護跳閘等速動保護功能，并且各條線路都具有獨自一面屏。此外，將具備單相、三相、綜合和特殊重合閘保護功能的裝置也安裝到110kV高壓側線路中。保護設備利用SV網絡進行數據采集工作，并且數據信息可實現點對點傳輸功能;利用GOOSE通信網絡可實現跨間隔信息傳輸，在各條回路都配備1臺合并單元并具有智能終端的綜合保護設備，將其安裝在本間隔所配置的就地智能控制柜中。

3.235kV中壓側和10kV低壓側線路保護

35kV中壓側和10kV低壓側線路保護安裝集成了保護功能、測控功能、計量功能、錄波功能的綜合保護設備，能夠完成故障監測、選相速動保護以及重合閘、三段過流、小電流接地保護等工作。保護設備利用SV網絡進行數據采集工作，利用GOOSE通信網絡可實現跨間隔信息傳輸。35kV中壓側和10kV低壓側保護設計與110kV高壓側線路保護設計相同。

3.3故障錄波與分析處理綜合系統

該系統由故障錄波單元、數據記錄單元、MMS網報文單元和分析處理主機構成，利用過程層通信網絡系統實現SV網絡采集數據和GOOSE網絡采集數據的傳遞，采用單獨組網的形式，配備采樣數據接口以實現采樣數據錄波傳輸功能。

結語

隨著科技進步和智能化技術的日臻完善，智能變電站也逐步發展并因其經濟技術優勢而得到廣泛應用。繼電保護系統是110kV智能變電站的重要組成部分，關系到智能變電站能否正常運行。根據110kV智能變電站具體特點進行繼電保護系統的設計，對于智能變電站實現安全高效運行具有重要的研究意義和實用價值。

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