變電站繼電保護(hù)要點(diǎn)探討

【摘要】智能變電站是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，它的建設(shè)直接關(guān)系到堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的總體目標(biāo)是否得以順利實(shí)現(xiàn)。為了指導(dǎo)與推進(jìn)智能變電技術(shù)建設(shè)工程順利開展下去，國家電網(wǎng)公司前后出臺了一系列智能變電站的技術(shù)導(dǎo)則、設(shè)計(jì)規(guī)范和繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范等有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。繼電保護(hù)系統(tǒng)屬于電力系統(tǒng)中最為重要的組成部分，可以確保電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免安全事故的發(fā)生與擴(kuò)大。當(dāng)前從我國電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況可知，電力繼電保護(hù)所引起的安全事故比較普遍，很容易導(dǎo)致局部電網(wǎng)出現(xiàn)解列失壓的現(xiàn)象，因而造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，也嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全。

【關(guān)鍵詞】變電站；繼電保護(hù)；常見問題

一、前言

近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力自動化系統(tǒng)及繼電保護(hù)設(shè)備在變電站中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，因?yàn)樽冸娬局車碾娏Υ艌鰪?qiáng)度非常大，在這個區(qū)域里不僅安置的有大電流與高電壓的一次設(shè)備，還有電流于電壓都比較小的二次較弱設(shè)備，很容易促使一次強(qiáng)電裝置帶來的強(qiáng)電磁給二次設(shè)備造成干擾進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故。另外供電系統(tǒng)里面的外干擾和大氣干擾也可能影響到二次弱電設(shè)備。當(dāng)前我國電網(wǎng)處于高速發(fā)展的階段，變電站的自動化程度也飛速提高，所以改善變電站電力系統(tǒng)安全性能也成為當(dāng)前諸多變電站繼電保護(hù)中的一項(xiàng)重要工作。

二、變電站繼電保護(hù)工作原理及作用

1、基本工作原理

變配電站繼電保護(hù)是根據(jù)變配電站運(yùn)行過程中發(fā)生故障時出現(xiàn)的電流增加、電壓升高或降低、頻率降低、出現(xiàn)瓦斯、溫度升高等現(xiàn)象超過繼電保護(hù)的整定值（給定值）或超限值后，在整定時間內(nèi)，有選擇的發(fā)出跳閘命令或報警信號。

根據(jù)電流值來進(jìn)行選擇性跳閘的為反時限，電流值越大，跳閘越快。根據(jù)時間來進(jìn)行選擇性跳閘的稱為定時限保護(hù)，定時限在故障電流超過整定值后，經(jīng)過時間定值給定的時間后才出現(xiàn)跳閘命令。瓦斯與溫度等為非電量保護(hù)。

可靠系數(shù)為一個經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算繼電器保護(hù)動作值時，要將計(jì)算結(jié)果再乘以可靠系數(shù)，以保證繼電保護(hù)動作的準(zhǔn)確與可靠，其范圍為1.3～1.5。發(fā)生故障時的最小值與保護(hù)的動作值之比為繼電保護(hù)的靈敏系數(shù)，一般為1.2～2，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要進(jìn)行選擇。

2、變配電站繼電保護(hù)的作用

變配電站繼電保護(hù)能夠在變配電站運(yùn)行過程中發(fā)生故障（三相短路、兩相短路、單相接地等）和出現(xiàn)不正常現(xiàn)象時（過負(fù)荷、過電壓、低電壓、低周波、瓦斯、超溫、控制與測量回路斷線等），迅速有選擇性發(fā)出跳閘命令將故障切除或發(fā)出報警，從而減少故障造成的停電范圍和電氣設(shè)備的損壞程度，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3、繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修的目標(biāo)

（1）提高供電可靠性。對繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修能有效提高設(shè)備的可靠性和可用系數(shù)，避免傳統(tǒng)檢修方式的弊端，有效地延長了設(shè)備的使用壽命，從而保證了用戶的可靠、安全用電。

（2）保證設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。目前，微機(jī)繼電保護(hù)及綜合自動化系統(tǒng)等技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，保護(hù)裝置也相繼具備了遠(yuǎn)距離輸送的能力.可以充分利用數(shù)字式保護(hù)的技術(shù)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字式保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)槍修。這就改變了傳統(tǒng)的檢修方式，由計(jì)劃性檢修方式轉(zhuǎn)為預(yù)知性檢修，這樣就改變了定期檢修的盲目性，降低了憑經(jīng)驗(yàn)而進(jìn)行的定期檢修的不可靠性和 設(shè)備的故障率。

三、變電站繼電保護(hù)按保護(hù)的性質(zhì)分類

1、發(fā)電機(jī)保護(hù)。發(fā)電機(jī)保護(hù)有定子繞組相間短路，定子繞組接地，定子繞組匝間短路，發(fā)電機(jī)外部短路，對稱過負(fù)荷，定子繞組過電壓，勵磁回路一點(diǎn)及兩點(diǎn)接地，失磁故障等。出口方式為停機(jī)，解列，縮小故障影響范圍和發(fā)出信號。

2、電力變壓器保護(hù)。電力變壓器保護(hù)有繞組及其引出線相間短路，中性點(diǎn)直接接地側(cè)單相短路，繞組匝間短路，外部短路引起的過電流，中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中性點(diǎn)過電壓、過負(fù)荷，油面降低，變壓器溫度升高，油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障。

3、線路保護(hù)。線路保護(hù)根據(jù)電壓等級不同，電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式不同，輸電線路以及電纜或架空線長度不同，分別有：相間短路、單相接地短路、單相接地、過負(fù)荷等。

4、母線保護(hù)。發(fā)電廠和重要變電所的母線應(yīng)裝設(shè)專用母線保護(hù)。

5、電力電容器保護(hù)。電力電容器有電容器內(nèi)部故障及其引出線短路，電容器組和斷路器之間連接線短路，電容器組中某一故障電容切除后引起的過電壓、電容器組過電壓，所連接的母線失壓。

6、高壓電動機(jī)保護(hù)。高壓電動機(jī)有定子繞組相間短路、定子繞組單相接地、定子繞組過負(fù)荷、定子繞組低電壓、同步電動機(jī)失步、同步電動機(jī)失磁、同步電動機(jī)出現(xiàn)非同步?jīng)_擊電流。

四、變電站繼電保護(hù)站內(nèi)各設(shè)備保護(hù)配置

1、線路保護(hù)。對于110KV智能變電站，站內(nèi)保護(hù)、測控功能宜一體化，按間隔單套配置。線路保護(hù)直接采樣、直接跳斷路器；經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡(luò)啟動斷路器失靈、重合閘等功能。

2、變壓器保護(hù)。按照規(guī)程要求，110KV變壓器電量保護(hù)宜按雙套進(jìn)行配置，且應(yīng)采用主、后備保護(hù)一體化配置。若主、后備保護(hù)分開配置，后備保護(hù)宜與測控裝置一體化。當(dāng)保護(hù)采用雙套配置時，各側(cè)合并單元（MU）、各側(cè)智能終端均宜采用雙套配置；中性點(diǎn)電流、間隙電流并入相應(yīng)側(cè)MU。

3、母聯(lián)（分段）保護(hù)。分段保護(hù)的實(shí)施方案與圖1所示的線路保護(hù)類似，而且結(jié)構(gòu)更為簡單。分段保護(hù)裝置直接與合并單元和智能終端連接，分別實(shí)現(xiàn)不通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的直接采樣和直接跳閘功能；同時，保護(hù)裝置、合并單元和智能終端等設(shè)備，均通過相互獨(dú)立的GOOSE網(wǎng)絡(luò)和SV網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信號的跨間隔傳輸。按照規(guī)程要求，110KV分段保護(hù)按單套配置，宜實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測控的一體化。110KV分段保護(hù)跳閘采用點(diǎn)對點(diǎn)直跳，其他保護(hù)（主變保護(hù)）跳分段采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)方式；母聯(lián)（分段）保護(hù)啟動母線失靈可采樣GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸。

五、變電站站內(nèi)繼電保護(hù)的測試檢驗(yàn)

繼電保護(hù)是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線，必須遵循可靠性、選擇性、速動性、靈敏性的原則。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電壓等級的不斷提高，對繼電保護(hù)“四性”的要求不僅沒有降低，反而提出了更高的要求。智能變電站應(yīng)在保證繼電保護(hù)功能不變的基礎(chǔ)上，改進(jìn)繼電保護(hù)信息共享、互操作的方式，即設(shè)備間交換信息的方式。

由于智能變電站中，電磁式互感器被電子式互感器代替，變壓器、斷路器等一次設(shè)備也加裝了智能單元，使得原來保護(hù)裝置與外界的連接介質(zhì)全由光纖取代，信息全由網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備傳遞。針對這樣的變化必須提出智能變電站保護(hù)設(shè)備的測試方案。由于保護(hù)裝置沒有發(fā)生變化，變化的只是信息的傳遞方式，因此保護(hù)的邏輯功能檢驗(yàn)和原來一致，可以沿用原來成熟的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。針對變化的部分提出新的測試方法，主要有如下幾點(diǎn)。

1、原來輸入保護(hù)裝置的電壓、電流模擬量由來自合并器的光數(shù)字信號代替。傳統(tǒng)的保護(hù)測試儀只能輸出模擬量，而目前已有光數(shù)字保護(hù)測試儀，可以用光數(shù)字保護(hù)測試儀直接從保護(hù)裝置的光纖以太網(wǎng)口輸入測試。這樣的數(shù)字信號是沒有誤差的，以前的零漂、采樣精度檢驗(yàn)步驟可以省略。但必須考慮有跨間隔數(shù)據(jù)要求的保護(hù)裝置（如變壓器差動保護(hù)、母線保護(hù)）在不同間隔間傳輸數(shù)據(jù)時，到達(dá)時間的同步性，如不確定或差距校大，將很難滿足保護(hù)裝置的要求。

2、在相同的一二次設(shè)備條件下，與傳統(tǒng)保護(hù)接點(diǎn)直接跳閘方式相比，智能變電站繼電保護(hù)采用GOOSE報文發(fā)信經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)給智能終端發(fā)跳閘命令（如果有了智能開關(guān)則沒有這個環(huán)節(jié)）。采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)，繼電保護(hù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸跳閘和相互之間的啟動閉鎖信號，與傳統(tǒng)回路方式相比，其可靠性主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的可靠性和運(yùn)行檢修擴(kuò)建的安全性上。

3、原來保護(hù)裝置輸出的各種信號由基于GOOSE協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的開入、開出量不再是24V或者220V的直流電信號，代之以優(yōu)先級別有差異的GOOSE報文。可通過整組傳動試驗(yàn)來驗(yàn)證保護(hù)裝置輸入、輸出信號的正確性與實(shí)時性。

六、結(jié)語

總而言之，本文主要分析了變電站幾點(diǎn)保護(hù)的基本工作原理、作用、性質(zhì)特點(diǎn)以及組成結(jié)構(gòu)，另外對于變電站的試驗(yàn)檢測也作了進(jìn)一步的分析。近些年變電站繼電保護(hù)和自動化系統(tǒng)設(shè)備的日新月異，促使我國的電網(wǎng)系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展，智能化電網(wǎng)系統(tǒng)更是得到了大力推廣和運(yùn)行，相應(yīng)的也為國家和社會創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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