變配電站繼電保護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用

張春岐 方俊杰 任華軍

（山東黃金礦業(yè)有限公司三山島金礦 山東 煙臺(tái) 261417）

1 變配電站的微機(jī)綜合保護(hù)裝置

新立35KV變配電站電源引自山東黃金電力公司110KV變電站，變配電站裝機(jī)2×6300kw，年用電量4500萬(wàn)kwh。兩臺(tái)變壓器一用一備，輸出電壓6KV。共18路輸出。1991年投運(yùn)，配置的是典型的常規(guī)保護(hù)屏，此類(lèi)繼電器屏弊端較多，部件容易老化，使整定的準(zhǔn)確度差，給設(shè)備的檢修維護(hù)和試驗(yàn)工作帶來(lái)不便，運(yùn)行可靠性差。為此經(jīng)過(guò)多方面分析比較，決定對(duì)該變配電站的二次系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用先進(jìn)的微機(jī)綜合保護(hù)，最終選定北京德威特電力系統(tǒng)自動(dòng)化有限公司的微機(jī)綜合保護(hù)監(jiān)控產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)了變配電站微機(jī)自動(dòng)監(jiān)控，優(yōu)化調(diào)度，為遠(yuǎn)程中心控制打下了良好基礎(chǔ)。微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)采用分層多CPU并列運(yùn)行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)CPU由單獨(dú)的開(kāi)關(guān)電源供電，可靠性高，檢修維護(hù)方便。各模塊系統(tǒng)相關(guān)性少，工作運(yùn)行獨(dú)立，單元管理機(jī)采用一體化工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，集中人機(jī)接口和信息處理人機(jī)接口界面，可在線進(jìn)行定值修改。故障報(bào)告及調(diào)試信息自動(dòng)存入工控機(jī)硬盤(pán)，可隨時(shí)查閱和打印輸出，并具備軟硬件自檢功能，有更高可靠性。監(jiān)控系統(tǒng)緊密連為一體。自2007年9月投入運(yùn)行以來(lái)，效果良好。

2 變配電站微機(jī)系列保護(hù)裝置

根據(jù)新立變配電站是35kV終端變電所的特點(diǎn)，結(jié)合其一次系統(tǒng)設(shè)備和原保護(hù)的配置，并經(jīng)過(guò)與生產(chǎn)廠家研討，配置了專(zhuān)為變配電站進(jìn)行成套而設(shè)計(jì)的ISA-300微機(jī)綜合保護(hù)監(jiān)控產(chǎn)品,替代常規(guī)保護(hù),直接構(gòu)成綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)。具有主變差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)、非電量保護(hù)及35kV、6kV線路保護(hù)。ISA-300系列是長(zhǎng)園深瑞自動(dòng)化有限公司為加強(qiáng)產(chǎn)品的人性化操作而設(shè)計(jì)的全中文界面的微機(jī)保護(hù)監(jiān)控產(chǎn)品，具有全程中文顯示，能夠清晰顯示裝置的各種狀態(tài)和報(bào)警信息，人機(jī)界面更加友好，極大的方便了運(yùn)行人員掌握該產(chǎn)品的使用和理解顯示信息，具有事故音響信號(hào)、預(yù)告音響信號(hào)、直流系統(tǒng)電壓高報(bào)警、直流系統(tǒng)電壓低報(bào)警 、直流系統(tǒng)接地報(bào)警等功能。該系列產(chǎn)品具有面向用戶(hù)的開(kāi)放式軟硬件系統(tǒng)，分布式安裝應(yīng)用于各種場(chǎng)合等特點(diǎn)，突出解決了微機(jī)保護(hù)監(jiān)控裝置在惡劣環(huán)境下(如低溫、潮濕、強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾、有害氣體、灰塵等)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行問(wèn)題和常規(guī)控制、測(cè)量與信號(hào)的兼容性問(wèn)題；突出解決了變配電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性、快速性和多種規(guī)約的兼容性問(wèn)題，突出解決了變配電站設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行的快速化、簡(jiǎn)單化、智能化和習(xí)慣性問(wèn)題。

2.1 變壓器差動(dòng)保護(hù)

該保護(hù)裝置設(shè)有差動(dòng)速斷和比率制動(dòng)式差動(dòng)兩套差動(dòng)保護(hù)功能。差動(dòng)速斷是反映差動(dòng)電流的速斷電流保護(hù)，能保證在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)快速動(dòng)作跳閘。比率差動(dòng)保護(hù)完全反映差動(dòng)電流及制動(dòng)電流的突變量，不受變壓器正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷電流的影響，有較高的檢測(cè)變壓器內(nèi)部相間短路、高壓側(cè)單相接地短路及匝間層間短路等故障的能力。該保護(hù)還設(shè)有TA斷線報(bào)警與閉鎖控制、帶延時(shí)的非電量保護(hù)和非電量保護(hù)記錄等功能。

2.2 變壓器后備保護(hù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，保護(hù)的二次電流均取自本側(cè)TA，主變?nèi)齻?cè)都包括有三段復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)，其中I段、Ⅱ段可方向閉鎖，保證了保護(hù)的選擇性；一段零序電壓保護(hù)；35kV側(cè)還設(shè)有二段零序過(guò)流保護(hù)。并設(shè)置過(guò)負(fù)荷發(fā)信號(hào)、啟動(dòng)主變風(fēng)扇、主變有載調(diào)壓閉鎖等功能。

2.3 非電量保護(hù)

該保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)了電量保護(hù)與非電量保護(hù)的徹底分離，由專(zhuān)門(mén)的裝置來(lái)完成非電量保護(hù)。主要是來(lái)自變壓器本體的非電量信號(hào)，包括瓦斯、冷卻器故障、壓力釋放、溫度過(guò)高、油位及油溫等，起動(dòng)后發(fā)出中央信號(hào)，并發(fā)送給微機(jī)保護(hù)作為事故記錄，直接跳閘，則起動(dòng)本裝置的跳閘繼電器。另外，該裝置能自動(dòng)打印動(dòng)作信息，且可通過(guò)通信將信息傳至監(jiān)控系統(tǒng)。

2.4 線路保護(hù)

線路微機(jī)保護(hù)裝置，配置了距離保護(hù)、零序電流(方向)保護(hù)及三相一次重合閘。相間距離保護(hù)采用躲負(fù)荷性能好，且具有一定耐過(guò)渡電阻能力的圓特性阻抗繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，接地距離保護(hù)采用的是具有較強(qiáng)耐過(guò)渡電阻能力的四邊形特性阻抗繼電器。其中距離保護(hù)、零序電流保護(hù)設(shè)有獨(dú)立出口跳閘回路，35kV線路與6kV線路均采用二相二元件接線方式且配置了接地選線功能。

3 保護(hù)裝置主要硬件結(jié)構(gòu)

ISA-300系列裝置采用分層多CPU并行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)有4個(gè)保護(hù)CPU，單元管理機(jī)不參與保護(hù)動(dòng)作行為。而且現(xiàn)時(shí)配置的差動(dòng)保護(hù)附件，設(shè)置了提高小電流故障檢測(cè)靈敏度的工頻變化量比率差動(dòng)元件，增設(shè)了相電流工頻變化量起動(dòng)元件，采用二次諧波制動(dòng)，其交流電流隔離變換采用的電流互感器，使變換電流的諧波分量不失真，提高了防誤動(dòng)的能力。在后備保護(hù)的外部電流和電壓輸入，經(jīng)隔離互感器隔離變換后，由低濾波器輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。CPU經(jīng)過(guò)采用數(shù)字處理后組成各種繼電器，作為非電量保護(hù)，可直接起動(dòng)跳閘出口回路而無(wú)需經(jīng)CPU進(jìn)行邏輯判斷，有利于提高動(dòng)作可靠性。保護(hù)采用多CPU并行工作，具有智能型的自檢和互檢功能。CPU1擔(dān)負(fù)錄波功能，設(shè)有相電流差突變量起動(dòng)，零序電流起動(dòng)及變位起動(dòng)三種方式；每次觸發(fā)錄波可記錄8個(gè)周波，且斷電后不丟失數(shù)據(jù)。CPU2為距離保護(hù)，內(nèi)設(shè)距離保護(hù)起動(dòng)軟件。CPU3為零序保護(hù)。

4 微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置功能選擇

變配電站的監(jiān)控部分采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，保護(hù)部分采用微機(jī)系列保護(hù)裝置。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用分層分布式結(jié)構(gòu)，由主控層和現(xiàn)場(chǎng)層組成，兩層設(shè)備功能各自獨(dú)立，互不影響，在主控層設(shè)備退出運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)層能獨(dú)立完成全站運(yùn)行。分布結(jié)構(gòu)使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制彼此獨(dú)立運(yùn)行，模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，檢修維護(hù)方便。主控層與現(xiàn)場(chǎng)層之間采用以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)傳輸速率高，實(shí)現(xiàn)主控層實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)層的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)自動(dòng)更新，歷史數(shù)據(jù)庫(kù)完整保存。主控層硬件由一臺(tái)工控機(jī)組成，采用windows2000操作系統(tǒng)為平臺(tái)，用監(jiān)控軟件組成監(jiān)控系統(tǒng)的主控層。在變配電站的應(yīng)用中，制作了運(yùn)行監(jiān)視、主接線圖、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、保護(hù)定值、實(shí)時(shí)和歷史報(bào)表、實(shí)時(shí)和歷史曲線，歷史事件、輔機(jī)狀態(tài)等10個(gè)項(xiàng)目。主控層系統(tǒng)具備：變配電站運(yùn)行安全監(jiān)視功能，包括運(yùn)行狀態(tài)各電量、越限報(bào)警記錄、事故記錄、故障狀態(tài)、溫度趨勢(shì)的監(jiān)視；數(shù)據(jù)的采集及處理功能，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)各種監(jiān)測(cè)量，包括開(kāi)關(guān)量、模擬量、測(cè)試量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、越限報(bào)警、電量累計(jì)、功率總計(jì)；開(kāi)關(guān)控制功能，系統(tǒng)接收操作運(yùn)行人員開(kāi)停指令，實(shí)現(xiàn)高壓開(kāi)關(guān)的閉合和斷開(kāi)；自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)電壓控制及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電壓控制，以及人工指令控制；定值設(shè)定，報(bào)表的生成與打印功能，包括事件列表、歷史報(bào)表等打印功能；語(yǔ)音報(bào)警功能，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)異常、保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，通過(guò)多媒體系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警；人機(jī)交互界面友好，全中文顯示，簡(jiǎn)捷、直觀、操作方便，即使不太熟悉計(jì)算機(jī)的運(yùn)行人員也能在短時(shí)間內(nèi)掌握操作方法。現(xiàn)場(chǎng)層由微機(jī)綜合保護(hù)控制器組成。負(fù)責(zé)采集35kv(6kv)線路有功、無(wú)功、電壓、電流、功率因數(shù)、頻率等量，實(shí)時(shí)顯示和上傳給一體工控機(jī)；主要功能是：實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的自動(dòng)控制，控制指令既可在屏上按鈕發(fā)出，也可由屏上工控機(jī)遙控，或由主控層工控機(jī)遙控發(fā)出；微機(jī)保護(hù)與微機(jī)監(jiān)控既統(tǒng)一又不喪失獨(dú)立性、高可靠性。在主控層故障時(shí)能獨(dú)立工作；遙控投切保護(hù)，遙控信號(hào)復(fù)歸，保護(hù)定值遠(yuǎn)方修改，完整的電氣防跳及控制回路。

5 微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化運(yùn)行的特點(diǎn)

變配電站投入運(yùn)行以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行實(shí)踐，微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)裝置具有以下特點(diǎn)：

微機(jī)自動(dòng)化程度高，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，大大地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，使變配電站成本降低，效益顯著提高?？偩€式，普通屏蔽雙絞線，直接同PC機(jī)連接。解決了微機(jī)保護(hù)裝置在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行問(wèn)題和常規(guī)控制、測(cè)量與信號(hào)兼容性問(wèn)題。

由于采用分層式結(jié)構(gòu)，主控層和現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備各自獨(dú)立，互不影響；主控層(上位機(jī))設(shè)備退出運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)層(下位機(jī))能獨(dú)立而完全滿(mǎn)足運(yùn)行要求，并采用了避錯(cuò)、容錯(cuò)、糾錯(cuò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了較高的可靠性。由于采用分布式結(jié)構(gòu)，模塊化系統(tǒng)硬件及功能分布，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制獨(dú)立，各設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，某一裝置故障不影響其它裝置運(yùn)行，檢修維護(hù)方便。

微機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件，具有友好的人機(jī)界面，界面可根據(jù)文字提示隨意切換；全中文顯示，簡(jiǎn)捷、直觀、操作方便，即使不熟悉計(jì)算機(jī)的運(yùn)行人員也容易掌握操作方法。微機(jī)綜合保護(hù)裝置，與常規(guī)繼電保護(hù)相比，具有更高的精準(zhǔn)度和靈敏度，自動(dòng)化程度高，故障報(bào)告記錄準(zhǔn)確。硬件模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)CPU由單獨(dú)開(kāi)關(guān)電源供電，故障報(bào)告記錄準(zhǔn)確，可靠性更高，檢修維護(hù)更簡(jiǎn)便。

電站的電氣二次線設(shè)計(jì)工作量小，控制連接電纜少，微機(jī)設(shè)備裝置占用空間?。皇┕ぐ惭b工作量較少，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試也非常簡(jiǎn)單，微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)裝置的電源，具備兩套工作電源，由交流220v主供，直流220v備用。裝置本身具有交、直流電源自動(dòng)切換功能。當(dāng)電網(wǎng)失電時(shí)，確保微機(jī)系統(tǒng)仍能可靠工作。

微機(jī)系統(tǒng)裝置投運(yùn)至今，運(yùn)行狀態(tài)良好；數(shù)據(jù)采集及時(shí)、準(zhǔn)確；操作保護(hù)裝置安全可靠，是現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用的成功之例。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著微機(jī)綜合保護(hù)的日漸成熟與逐步完善，變配電站實(shí)施微機(jī)綜合自動(dòng)化值得廣泛推廣。通過(guò)實(shí)踐，我們切身體會(huì)到微機(jī)自動(dòng)化的許多好處。因此，變配電站采用微機(jī)自動(dòng)化是必然之路，發(fā)展前景是廣闊的。

［1］王維儉.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基本原理[M].北京:清華大學(xué)出版社,1991.