110kV智能變電站繼電保護若干問題研究

樊鵬鵬

摘 要 近年來，經濟得到了快速的發展，人們對于電力的使用需求也在不斷地上升，進而帶動了電力建設的整體水平和建設速度，電力行業的發展也進一步促進了國內企業的發展。本文依據國家電力網絡公司所頒布的技術應用規范，結合目前現有智能變電站的應用情況，就110kV智能變電站繼電保護的配置等內容進行分析，以期為促進電力企業發展提供有益的幫助。

關鍵詞 110kV 智能變電站 繼電保護

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）02-0124-03

為了能夠應對供需平衡，我國針對電力企業專門出臺了相應的管理措施和鼓勵政策，確保電力企業能夠在滿足我國市場經濟發展需求的大背景下保持長久穩定的發展。在此原則下，電力企業就不應當將過多地關注點放在供電總量上，而是應當結合現代化的發展需求對電力服務的質量進行改進，確保電力服務水平的提升。

1 智能變電站的特點

智能化變電站采用了開放式的分層分布系統應用，是由不同的站控層、間隔層以及過程層共同構成。采用了標準化的通信標準，所以站內信息不僅具備共享性同時也有唯一性的特點，能夠在進行相關信息采集的過程中不會出現信息之間的重復和重疊，方便后期工作人員在辨識故障信息時不會出現誤報的問題。

站控層主要是由主機、遠動通信裝置以及二次功能站統一組成，設備為站內的人機器提供對應的聯系界面，能夠幫助操作人員進行不同層級之間的設備管理，進而實現對整個變電站全面的監控，并形成統一的管理。當然，站控層也能夠實現遠程的調度和監控的目的。

間隔層則是由很多二次子系統共同構成的，它也包括了對設備的保護、測量以及計量的設備應用。當站控層以及其相關網路出現問題無法發揮應有作用時，該間隔層仍可以獨立完成設備的監控以及保護的工作。

過程層則是由互感器、合并單元以及智能化單元構成的，它用于完成二次系統以及一次設備的相關功能的應用，充分的進行對電氣量的采集、設備運行過程的檢測以及對主控命令的執行等任務。

2 目前智能化變電站繼電保護應用過程中的常見問題

在電力應用發展的早期，為了能夠滿足區域內電力網絡的覆蓋水平，在發展建設過程中以覆蓋全面無遺漏為主。而在這個過程中必然會存在一定的不足，且當時的電力應用技術還不夠先進，電力網絡化的水平不足，即便是應用了網絡化的電源點也僅僅適用于網絡的正常運行，而忽視了其所具有的其他應用能力。所以在應用過程中對于電能輸入的限制水平較高，這一問題也引起了我國供電企業的高度關注。

近些年，城鄉建設發展速度不斷地加快，相應的電力設施的覆蓋范圍也在不斷地擴大，但仍有部分區域的配電網絡的基礎設施應用比較落后。使用了冗長的電力輸送線路，造成線路負載過大電源負荷提升，很容易引發大面積停電的事故，給人們的日常生活和生產造成影響。

在早期的電力網絡施工前期，對于電力線路的設計通常是結合實際使用需求進行的。沒有經過合理的規劃和長遠的計劃，所以在線路材料選擇方面與國際電網線路規格無法匹配[1]。而后隨著區域用電需求的不斷增加，電力網絡的搭建和設計一直也沒有進行規范，造成網絡建設混亂，給后續的維護工作造成一定的困擾。后續的維護和修理工作也沒有達到預期，進而增加了電力能源的浪費，甚至給當地的電力企業造成了一定的經濟損失。

在對供電企業進行電力網絡數據統計的過程中經常會出現干擾的問題，這些因素主要是由于早期電力網絡設備應用沒有及時進行維護和更換，設備老化情況嚴重，技術應用較為落后，這也是導致后續在應用過程中事故頻發的問題。而很多電力事故的發生也都是源于電路老化設備短路等，這也給電力網絡的穩步運行造成了極大的困擾。

3 關于110kV智能變電站繼電保護的配置情況

3.1 智能化的應用

一般來說，無論是常規變電站還是智能變電站，都會采用控制斷路器的分合閘來實現繼電保護的應用。而隨著技術應用的升級，還會有一些線路支路配合使用具有電能測量或是計算機應用的設備。比如我們經常見到的電流互感裝置以及電壓互感裝置，它們甚至可以實現單獨測量的應用目標[2]。所以無論是電力網絡建設的實際結構還是建設的基礎化設備配置，智能化變電站與傳統變電站相比更具先進性和創新性。通過技術應用的提升，有效地對電力設備的應用進行了完善，借助先進的計算機網絡化應用技術也能夠讓智能化變電站的自動化技術應用水平得到提升。在對智能化變電站進行設計時，設計人員應當重點注意雙重化配置方式的應用。這是由于這種配置方式能夠極大地提升整個系統配置的應用可靠性，也能夠使智能化變電站的應用更具可靠性。雙重化配置的應用具體來說就是在A/D采樣回路、光纖連接以及智能化終端等采取更加合理地控制服務，確保各項應用能夠得到進一步的保障，實現雙重保護的目標。在應用過程中也應用到了智能化電子設備，通過智能變電站建造，確保繼電保護裝置的設計方案能夠滿足國際設計標準以及相關要求。

3.2 輸電線路的保護

在進行110kV智能變電站的設計之初就應當考慮后續的維護工作的執行和應用。通過前期的智能化的預設工作能夠在設備出現故障時及時進行報警，同時也可以在線路中安裝對應的自動化控制設備來實現遠程控制的目標，在特定的狀況下能夠直接進行遠程的跳閘控制，避免因為部分故障的原因而造成整個網絡的癱瘓，給電力網絡的穩定運行造成影響。通過網絡信息化的技術應用能夠有效實現對信號之間的支路連接，然后借助電流互感裝置以及電壓互感裝置的應用對數據進行對比分析，如果回傳的數據變化較大則可能存在故障，此時應當針對性地進行故障排除，避免因小失大造成更大的安全隱患。

3.3 分布式母線保護

母線是電力網絡系統有效運行的基礎設備，也是在進行電力網絡檢驗和檢修過程中需要重點注意的對象。一方面是這種設施其擴展性能較差，其次進行二次接線時的操作較為復雜。為了能夠有效地提升智能變電繼電保護的性能，需要從母差保護的邏輯入手進行簡化[3]。借助過程層的分布式母線就能夠有效地實現這一目標，它的應用原理主要是通過對網絡技術的應用以及智能短路的方式來去除母差，保護過程中的負壓閉鎖元件，進而能夠實現對母線的獨立化保護，達到保護母線順利使用的目標。

4 關于110kV系統繼電保護配置的設計

4.1 智能變電站的線路

在進行110kV智能變電站的建設設計過程中，首先需要做好對變電站線路的保護工作，確保當線路出現故障問題時能夠借助智能化的網絡設備及時進行報警，這樣就能夠便于管理人員及時找到問題點甚至是問題的原因進行處理，極大地提升了維修的效率[4]。為了達到這一目標，需要在線路中安裝斷路器等設備，借助這個設備能夠實現故障狀態下的跳閘以保護其他的線路，避免其受到更大的損害。通過安裝保護測控裝置，能夠實現將網絡信號與每個電力網絡支路相互連接，快速地對電力網絡的運行狀況進行采樣，并于智能化終端聯系，實現信息的傳遞。當然，通過安裝電流互感器以及電壓互感器，也能夠對電網中的電壓進行有效檢測，定期進行電壓分析，快速找到安全隱患。

4.2 變壓器補償保護

一般來說，在電力網絡設計過程中會設置補償裝置，主要分為靜止補償器以及同步調相機或是并取電容器等設備。這些裝置的應用功能主要是在相互作用下能夠改變線路中輸送的無功功率的因數，通過改變因數的方式來改變變壓器以及供電廠在供電過程中的無功損耗功率的減少。在我國的供電系統中最常見的就是110 kV配電網絡，通過在這些裝置上面配置電容器組，能夠有效地增加補償容量。這種應用方式在我國的農村地區的電力應用中作用非常明顯，在電力使用高峰期如果不采取相應的措施就會導致帶電網負荷較大，而相應的設備的符合變小。如果電網長期不間斷地運行下去就會導致無功負荷的不斷上升，很容易造成用電事故。所以針對此類問題采取大容量無功補償裝置進行自動化的投切，就能夠有效降低電網的無功損耗，實現變電所的集中補償保護的目的。

5 關于站內繼電保護的檢測應用

傳統的合并器所發出的光數字信號能夠有效地替代輸入保護裝置的電壓并對電流量進行模擬，傳統的保護測試設備只能進行模擬量的輸出，但這個輸出值與實際數值之間還存在一定的差量。隨著技術的革新和完善使得現有的光數字保護測試儀器能夠從保護裝置的以太網口進行輸入，有效地提升了數字化測試信號的準確性，也簡化了原有的操作步驟。當然技術的個性化也帶來了一定的挑戰，對于應用的水平要求變得更高，同時在應用的過程中要必須考慮跨間隔數據的要求的保護裝置在作用過程中不同間隔間傳輸數據時，彼此之間必須達到時間上的一致性才可以，如果差距較大則很難實現保護裝置的目的。

對于智能化變電站中的一次和二次設備，需要借助網絡信號發送以及采集的方式來實現保護作業。將所采集的數據信號傳輸到數據終端并進行分析，對相應的數據結論進行指令下發，尤其是在設備出現故障的情況下，這種簡潔的操作方式能夠有效地實現對設備第一時間的控制，使問題設備停止運轉，避免設備進一步損壞。這種保護措施的應用是建立在網絡以及對設備進行檢修的方式上的，所以能有效地提升設備運行的安全性。

110kV智能變電站在設計過程中對于信號的使用主要是通過GOOSE協議進行網絡傳輸的。通過技術優化對傳統的信號采集進行了改變，使得在原有協議的基礎上將不同信號進行分離，如此就不會出現信號誤差的情況。

6 110kV智能變電站繼電保護具體對策

6.1 優化繼電保護配置

第一，選擇合適的變壓器保護裝置。從技術規范標準出發，110kV智能變電站應該選擇應用雙套配置方式保護變壓器的正常運行，且采用主、備一體化繼電保護裝置。如果現場條件較差，應該將主、后備保護器分別設置，以達到測控一體化的標準。

第二，優化母聯保護裝置。110kV智能變電器的母聯保護裝置應該和智能化單元融合形成整體結構，形成完善的整體系統，從而可以達到直接跳閘、數據轉換的要求。考慮到技術標準和規范的要求，110kV智能變電站繼電分段需要采用單套配置的模式，達到測控一體化標準，其繼電保護性能符合運行的要求。同時，110kV變電站分段保護采用點對點直跳的形式，滿足系統安全保護的要求。

第三，線路優化配置和應用。在110kV智能變電站線路保護應用中，通過單套完整的主、后備功能系統進行設置，并且安裝測控一體化系統。

第四，母線保護裝置合理選擇。110kV變電母線保護系統一般是應用單套設置的形式，各個間隔重點所提供的信號利用無線網絡傳輸的方式和母線保護系統連接。這種系統組成結構形式，母線裝置容量和網絡傳輸數據存在直接的關系。以目前的110kV智能化變電站建設具體情況分析，單口同時接入的合并單元不能超過6個，要想實現等間隔取樣的要求，需要在現場設置千兆交換器，以滿足運行要求。

6.2 合理運用狀態檢修

當前，科學技術水平提升比較明顯，110kV智能變電站繼電保護系統設計、生產、應用等方面都有了很快的發展，技術水平不斷的提高，并且可以給電力系統的安全性、穩定性提升打下基礎。因此，為了能夠防止發生嚴重的故障問題，電力企業需要嚴格落實檢修工作，制定科學合理的檢修工作計劃，明確工作職能和工作標準，從而使得繼電保護裝置穩定運行。一方面給各個電力用戶提供穩定能源供應，另一方面可以保證110kV電站穩定運行。

6.3 處理好電流互感器飽和問題

電流互感器如果存在飽和反應，容易導致電力系統穩定性不足。首先，要選擇符合系統運行要求的電力互感器，充分考慮智能變電站線路短路互感器交流飽和問題方面，做出有效的分析，比如10kV線路交流互感器必須超過額定值的60%，同時在二次負載結構上會出現阻抗的問題，電流互感器要防止方式二次阻抗的問題，所以一般在沒有任何繼電保護的情況之下才應用交流互感器。

7 結語

在電力使用需求不斷增加的今天，智能變電站的應用變得更加重要。如果要確保電力網絡運行的高效性以及穩定性，就必須做好110kV智能變電站的技術研究和突破，通過對現有問題地研究和分析，不斷進行嘗試和解決，從而確保110kV智能變電站更好地發揮其應有的作用，保障電力供應服務更加優化。

參考文獻：

[1] 孔德明.110kV智能變電站繼電保護的設計與應用研究[J].機械工程與自動化，2020（03）：220-222.

[2] 孫銘.探究110kV智能變電站繼電保護的運行維護[J].智能城市，2020，06（01）：68-69.

[3] 李明.110kV智能變電站電氣一次系統及繼電保護運維研究[J].工程技術研究，2019，04（23）：155-156.

[4] 孔令周，郭帥，葛彥昭.110kV智能變電站繼電保護的運行維護[J].技術與市場，2019，26（08）：107，109.