變電站繼電保護探討

摘 要 本篇文章簡述了我國電力系統(tǒng)中的繼電保護發(fā)展的歷程，并且針對電力系統(tǒng)的繼電保護特點，并結(jié)合我國的變配電所（站）里應(yīng)用比較廣泛的繼電產(chǎn)品與工程實例，筆者從電力設(shè)計的角度，把保護系統(tǒng)分成間隔層面，網(wǎng)絡(luò)層面，操作層面三個方面來分析，并且分別介紹了它們的特點及其之間的聯(lián)系，最后通過工程的實例闡述了繼電保護中綜合自動化系統(tǒng)的構(gòu)成部分。

關(guān)鍵詞 繼電保護；變電所（站）；設(shè)計的原則

中圖分類號 TM 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0180-02

1 電力系統(tǒng)中變電站繼電保護的發(fā)展歷程

電力系統(tǒng)的繼電保護包含以下兩個部分，一個是繼電保護的技術(shù)，另一個是繼電保護的裝置。繼電保護的技術(shù)是一個非常完整的體系，它包括了電力系統(tǒng)的故障分析、各個繼電保護的原理及其實現(xiàn)的方法、繼電保護設(shè)計、繼電保護的運行及其維護等等各項技術(shù)。電力系統(tǒng)中的二次設(shè)備是對電力系統(tǒng)中的一次設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)測、控制及保護的設(shè)備。電力系統(tǒng)里的一次設(shè)備包含了變壓器、發(fā)電機、母線、刀閘、斷路器、交流輸電線路、并聯(lián)補償電容器、電動機和其它的用電設(shè)備等。

繼電保護的技術(shù)經(jīng)歷了一個十分長久的發(fā)展歷程，首先是出現(xiàn)了反應(yīng)的電流超過一個預定數(shù)值的過電流的保護。熔斷器就是最早，也是最簡單的過電流的保護。后來由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，熔斷器早已不能夠滿足系統(tǒng)對選擇性能和快速性能的要求，所以出現(xiàn)了作用在專門斷流裝置和斷路器的過電流的繼電器。在1890年，出現(xiàn)了第一個裝于斷路器上的直接反應(yīng)的一次短路電流的電磁類型的過電流繼電器。到了20世紀初，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，繼電器開始廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)的保護中。在這個時期可以認為是我國繼電保護技術(shù)的發(fā)展開端。在1908年，人們提出了一種比較被保護元件的兩端電流的電流差動保護原理。到了1910年，方向性的電流保護開始了廣泛應(yīng)用，并且，在此時期也出現(xiàn)了把電流和電壓進行比較的新型的保護原理。到了1927年的前后，世界上出現(xiàn)了使用高壓輸電線上的高頻載波電流來傳送及比較輸電線兩端功率的方向或者電流的相位的高頻的保護裝置。到了20世紀50年代，微波的中繼通訊開始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，從而出現(xiàn)了使用微波傳送及比較輸電線的兩端故障電氣量微波的保護。到了1975年前后分別誕生了行波的保護裝置?，F(xiàn)代的繼電保護技術(shù)已發(fā)展得相當?shù)貎?yōu)越。繼電保護結(jié)構(gòu)型式也開始發(fā)生了多次變化，從機電式設(shè)備發(fā)展到了整流式設(shè)備，從晶體管式設(shè)備到集成電路式設(shè)備到微機式控制設(shè)備。

根據(jù)不同的系統(tǒng)運行的條件，電力系統(tǒng)運行狀態(tài)可以分成正常的狀態(tài)、不正常的狀態(tài)和故障的狀態(tài)。在其中，不正常的運行狀態(tài)表現(xiàn)在：過負荷時，系統(tǒng)中會出現(xiàn)有功不足從而引起了額定頻率的減低；發(fā)電機會突然甩負荷以至于發(fā)電機頻率的升高；中性點不接地的系統(tǒng)和非有效的接地系統(tǒng)中單相接地會引起非接地相的對地電壓的升高，造成系統(tǒng)發(fā)生振蕩。故障的狀態(tài)主要表現(xiàn)在：各種形式的線路短路；斷線的故障或其他幾種故障會同時發(fā)生的復合型故障。繼電保護的裝置是電力系統(tǒng)自動化中設(shè)備的基礎(chǔ)，它是保證電網(wǎng)的安全及其自動運行的重要的設(shè)備，新型繼電保護裝置工作的原理是反應(yīng)電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備發(fā)生了故障或者不正常的運行狀態(tài)，并及時動作于斷路器，并且跳閘或者發(fā)出信號的一種新型的自動的裝置。所以，繼電保護裝置也是完成繼電保護功能的一個核心的部分。

2 現(xiàn)代化的繼電保護的構(gòu)成及其裝置特點

在我國，現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)保護劃分為現(xiàn)場間隔層面的裝置、中間網(wǎng)絡(luò)通信層面和后臺操作層面三個部分。

1）現(xiàn)場間隔層面的裝置是用來保護一次的電力設(shè)備，它們有被控的對象，對主變壓器、發(fā)電機、輸電線路、并聯(lián)電容器等等一次的設(shè)備，在不同的電壓等級下，不同的運行方式是由于電力的一次設(shè)備電磁反應(yīng)特性不相同，系統(tǒng)經(jīng)歷的暫態(tài)不相同，所以選用保護裝置也應(yīng)該不同?，F(xiàn)代的電力保護實現(xiàn)方式與以前已經(jīng)大不相同。各個廠家對于系統(tǒng)運行的不同的情形，都分別推出了系列化產(chǎn)品，各個系列的產(chǎn)品又分成幾種功能特定的裝置。比如在35kV的變電站主變壓器保護中，既有專門的提供差動保護裝置，也專門提供后備保護裝置，還專門地提供非電量保護裝置，和集三相電壓、三相電流、溫度、瓦斯保護于一體的裝置。

2）網(wǎng)絡(luò)層面是由硬件上的網(wǎng)線、網(wǎng)絡(luò)的接口、中繼器等設(shè)備構(gòu)成，它們在通信軟件的支持下，根據(jù)通信協(xié)議要求來進行數(shù)據(jù)端的對端或者進行廣播式的發(fā)送和接收，并且能夠自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)的校驗和進行一定水平的自動糾正錯誤。實際上，在運行的網(wǎng)絡(luò)中一般都會采用雙網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，來增加平衡網(wǎng)絡(luò)負載的性能。擾動的數(shù)據(jù)進行傳輸時，這項功能會更好地保護系統(tǒng)的實時性能，還可以同時支持IEC8701-52-1021/1033、DL4531-1992（國標CDT）、N3F-POLING等許多其他種標準通信的規(guī)定，更加方便地進行不同網(wǎng)間的互相連接。配合新型網(wǎng)絡(luò)的通信服務(wù)器，可以更加方便地和同構(gòu)/ 異構(gòu)網(wǎng)進行連接，來構(gòu)成一個縣、市、省甚至更大電力系統(tǒng)保護的調(diào)度之間的互聯(lián)網(wǎng)。

3）操作層面是操作人員與保護系統(tǒng)交互的地方，它是用來提供良好觀察的控制界面，提供預警、規(guī)約的轉(zhuǎn)換、事故的存儲追憶（故障的錄波）和對遠方的電力設(shè)備進行控制和調(diào)節(jié)（“三遙”）的功能。在配上后臺的控制軟件后，還可以組成綜合的自動化系統(tǒng)，來實現(xiàn)運行日志的管理、報表的管理、圖形的顯示、圖像的監(jiān)測等其他功能。它的核心則是一個可以實時刷新共享的數(shù)據(jù)庫，軟件的系統(tǒng)，它基于Windows NT操作層的應(yīng)用軟件，即普遍采用的組態(tài)軟件，比如KingView軟件、PS6001軟件、Quick Control軟件等等，它可以實現(xiàn)的繼電保護裝置的電腦界面也會更加的人性化。

電力系統(tǒng)保護的系統(tǒng)在本質(zhì)上是DCS 的系統(tǒng)，它具有DCS 系統(tǒng)的所以特點：比如采用分散的控制、集中的操作、分級的管理與控制和綜合的協(xié)調(diào)等等設(shè)計原則，它把將整個系統(tǒng)從上到下分為若干個等級，從而形成了分布式控制。根據(jù)各層不同的關(guān)系，保護控制信息上網(wǎng)，不改變繼電保護裝置的獨立性，保護裝置還有專用輸入的回路和操作輸出的回路，間隔層面的保護裝置也不會依賴網(wǎng)絡(luò)完成故障的判別和故障的處理。保護信息上網(wǎng)大大增強了系統(tǒng)的診斷功能，提高了繼電保護安全性和可靠性。為系統(tǒng)的進一步擴展奠定了重要的基礎(chǔ)。

4）繼電保護裝置構(gòu)成的特點對于實際的應(yīng)用的有一定的影響，它和以前繼電保護的裝置相比較，綜合的自動化系統(tǒng)功能更加強大，操作調(diào)試方法更加方便。設(shè)計時要根據(jù)相應(yīng)的要求配置該保護的系統(tǒng)，可以更加方便地組合不同拓展系統(tǒng)的功能，進而縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期。比如PST641模塊和PST642模塊，它們構(gòu)成了以電流的差動為主，以三段式的過流、低電壓、低周期為后備保護主變壓器保護，根據(jù)定值設(shè)好系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)就可以投入運行；通過加入一個變壓器保護的裝置PST646就可以在系統(tǒng)中加入的變壓器瓦斯、溫升等其他非電量的保護。間隔層面的控制裝置的性能穩(wěn)定并且本身就是基于微處理的控制系統(tǒng)，它在運行時會根據(jù)出現(xiàn)提示的信息來快速地定位故障點。在江西的江鈴全順車廠的2號配電間就遇到過這樣的故障：在線路保護裝置上出現(xiàn)了“控制回路發(fā)生斷線”信號，首先檢查了控制回路中的外部引入節(jié)點是否正常工作，而不是先懷疑裝置的內(nèi)部出現(xiàn)問題，檢查之后發(fā)現(xiàn)了真空斷路器合閘位置的結(jié)點和分閘位置的結(jié)點是斷開的，但機械指示當時的斷路器回路卻是分開的，因此可以進一步地判斷分閘的位置輔助結(jié)點是不正常的。

3 繼電保護設(shè)計的原則

在滿足繼電保護特性的要求前提下，我們設(shè)計的二次系統(tǒng)應(yīng)該有合理的、簡單的、經(jīng)濟的特點，不要過多的冗余的功能和一味地追求高指標。由于在拒動時系統(tǒng)有后備保護，設(shè)備的冗余過多反而會增加二次設(shè)備誤動的可能性。

對35kV及以上的主變保護的測控柜則要有差動的速斷保護、三段式的復合電壓閉鎖過流保護和非電量的保護，所以選用它作為主保護的PST643，后備保護的PST645 以及電量保護的PST646；對35kV及以上的進線的線路保護及10kV的出線的線路保護則用PSL642，來提供三段式的相間電流的保護、零序的電流保護及同期的投切等其他功能；對10KV的電容器保護則要有過電流的保護、過電壓的保護、欠壓的保護和不平衡的保護，所以選用PSC643，把它用于中性點經(jīng)過消弧線圈接地或者不接地的中低壓系統(tǒng)中，并裝設(shè)并聯(lián)電容器的保護測控裝置，就可以在開關(guān)柜進行就地安裝。在此選用PER652 而不是用PER651，其中最重要的原因就是采集的對象包括了35 kV及以上的線路（2條），10 kV及以上的線路（10條）的模擬量，數(shù)字量及脈沖量。

4 結(jié)束語

如今，現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)繼電保護在快速發(fā)展，不管在硬件、軟件等方面都十分迅速。在當今的系統(tǒng)實現(xiàn)上也和以前十分相同，繼電保護發(fā)展的速度越來越快、集成化的程度也越來越高、功能也是越來越強。隨著軟、硬件及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等各方面的快速發(fā)展，以后的繼電保護裝置的性能一定會達到一個新的水平。南京的新寧公司現(xiàn)在已經(jīng)推出了集成光電的PT和CT，它們能夠用在數(shù)據(jù)的服務(wù)器或者與傳統(tǒng)的保護裝置配合使用，這同時也預示著集和保護系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)于一體的新型繼電保護裝置的開始。

參考文獻

[1]成花麗.淺談繼電保護在變電站中的應(yīng)用及特點[J].1996.