智能變電站二次繼電保護裝置的應(yīng)用設(shè)計

摘 要：針對變電站二次繼電保護裝置的應(yīng)用設(shè)計，做了簡單的論述，總結(jié)了應(yīng)用設(shè)計把控要點。首先，對智能變電站二次繼電保護技術(shù)做了分析。其次，結(jié)合變電站建設(shè)實例，論述了二次繼電保護系統(tǒng)的具體應(yīng)用。最后，整理了有關(guān)高效應(yīng)用二次繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計策略。從智能變電站運行視角來看，二次繼電保護裝置的應(yīng)用，起到了積極的作用。若想充分發(fā)揮其功能作用，必須要做好應(yīng)用設(shè)計質(zhì)量的把控，保證變電站安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：智能變電站；二次繼電保護裝置；應(yīng)用設(shè)計；設(shè)計要點

中圖分類號：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0081-02

現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，繼電保護發(fā)揮著重要的作用，具體體現(xiàn)如下：①提高電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的安全性。以往使用的保護設(shè)備，其保護性能不強，難以起到較好的保護作用，在降低故障發(fā)生率方面存在不足。而二次繼電保護裝置的應(yīng)用，不僅保證數(shù)據(jù)信息的安全，還能夠防護、監(jiān)控電力系統(tǒng)。②降低電力系統(tǒng)運行成本。因為二次繼電保護在裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝操作便捷，減少了電網(wǎng)運行投資。③保護性能好。二次繼電保護裝置使用的材料多為絕緣材料，能夠起到保證裝置高性能運作的作用，不僅不會被腐蝕，而且增強了保護作用。④能源消耗少。目前，市場上的二次繼電保護裝置，在實際應(yīng)用中，能源消耗比較小，故障反應(yīng)速度快，診斷率較高?；谏鲜鰞?yōu)點，二次繼電保護裝置被廣泛的應(yīng)用。

1 智能變電站二次繼電保護技術(shù)概述

智能變電站的快速發(fā)展，帶動著二次繼電保護裝置的應(yīng)用，此裝置的應(yīng)用，主要形式為二次繼電保護系統(tǒng)，為變電站的核心，影響著其運行的安全性以及穩(wěn)定性，也是運維管理的重點。從系統(tǒng)構(gòu)成角度來說，包括繼電保護系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等，利用互感器相互連接，實現(xiàn)對變電站所有設(shè)備的全面監(jiān)控。從變電站目前應(yīng)用的繼電保護技術(shù)來說，存在著以下差異：①保護配置和組屏方案。從各個區(qū)域來說，華東地區(qū)電網(wǎng)配置，需要兩面保護屏；東北地區(qū)和華中地區(qū)則需要三面保護屏；華北地區(qū)較多，配置四面保護屏。地區(qū)不同，保護屏配置差異，體現(xiàn)在電氣量和操作箱方面。在220kV保護線路中，東北地區(qū)和華東地區(qū)的電網(wǎng)，多使用一面操作屏和兩面保護屏。東北電網(wǎng)中，一面保護屏中，配置了失靈啟動裝置和操作箱等。四川以及重慶的電網(wǎng)，多配置兩面保護屏。②操作箱以及重合閘配置差異。在東北地區(qū)以及華中地區(qū)的電網(wǎng)配置中，220kV線路通常設(shè)置1套操作箱，是獨立配置的。四川地區(qū)、重慶地區(qū)、華中部分地區(qū)，是在保護屏上布置。220kV雙子母線多在線路中，配置重合閘，一般來說東北地區(qū)要布置在2套線路中，一套運行，一套備用。若想保證二次繼電保護技術(shù)的應(yīng)用效果，需要做好二次繼電保護裝置的應(yīng)用設(shè)計把控，確保裝置功能得以充分發(fā)揮。

2 智能變電站二次繼電保護裝置的應(yīng)用設(shè)計實例

2.1 案例概述

以某220kV變電站為例，隨著區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展，帶動著用電負(fù)荷的增加，變電站在高負(fù)荷情況下運行，極易出現(xiàn)用電過載的情況。比如，在2008年夏季，變電站最高運行負(fù)荷是526MW，用電高峰期，負(fù)載率達(dá)到95%，常見用電過載在情況。除此之外，常規(guī)變電站采取的是人員值守方式，加之設(shè)備老舊，影響著供電的可靠性，威脅著電網(wǎng)運行的可靠性?；诖耍瑳Q定對變電站進行智能化改造升級，通過增強變電站的繼電保護能力，保證區(qū)域供電的安全性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)結(jié)合此變電站升級改造實踐，分析二次繼電保護裝置的應(yīng)用設(shè)計[1]。

2.2 綜合自動化系統(tǒng)

此智能變電站升級改造，運用計算機監(jiān)控系統(tǒng)開展設(shè)計，要求實現(xiàn)無人值守。變電站設(shè)計，采用的為分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)和變電站內(nèi)的智能化通信。利用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)變電站內(nèi)部電氣設(shè)備信息共享以及通信。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)角度來說，主要分為站控層、間隔層以及過程層?；谟嬎銠C控制，遵循IEC61850規(guī)則，開展智能變電站綜合自動化系統(tǒng)建模。選擇有源電子電壓傳感器裝置或互感器裝置，支撐信號傳播。組網(wǎng)模式為太網(wǎng)雙星模式，網(wǎng)絡(luò)過程層采取的是點對點以及網(wǎng)絡(luò)化傳輸形式。將二次設(shè)備布置在主控室內(nèi)；將35kV設(shè)備布置在對應(yīng)的開關(guān)柜上。主變壓器裝置以及220kV部分，設(shè)置獨立測控裝置，10kV以及35kV設(shè)置一體化測控裝置。220kV以及110kV線路使用有源電子組合電路以及電壓互感器裝置，進行信號傳輸。系統(tǒng)主變壓器，選擇的是純光學(xué)電流互感器，35kV間隔使用普通電流互感器裝置，220kV以及110kV母線電壓互感器使用的電壓互感器裝置是電子式，35kV母線電壓互感器采用常規(guī)的電壓互感器。380V電容器部門采用常規(guī)的電壓互感器[2]。

2.3 二次接線

智能變電站二次繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計，二次接線主要涉及到以下內(nèi)容：①二次設(shè)備布置。在智能變電站內(nèi)，布置控制室與繼電保護室以及操作員工作站等。在繼電保護室內(nèi)，布置主變壓器裝置和線路以及母線設(shè)備等。在開關(guān)柜上，布置35kV測控保護一體化裝置和220V智能控制終端。在獨立控制柜上，布置110kV開關(guān)設(shè)備智能終端。在變電站的蓄電室內(nèi)，布置2個蓄電池。合并單元以及間隔保護一面屏；220kV母線或者110kV母線合并單元依據(jù)電壓等級一面屏；將35kV母線以及主變，布置在同個控制柜。②計量和測量。按照國家相關(guān)規(guī)定，此變電站工程計量點，選擇為主變壓器端計量，配置的電能測量儀表，屬于電子式。計量點選擇在220kV線路，分別配置2只計量儀表。以110kV用戶變線路為電能計量點，布置在1只電量測量儀表。若將35kV部分主變間隔設(shè)計為普通電量計量點，布置1只模擬量信號采集儀表。③防誤閉鎖以及同期。智能變電站防護系統(tǒng)總計三層，具體包括站控層防護和間隔層防護以及電氣閉鎖，斬空層防誤在主要構(gòu)成包括防誤閉鎖軟件和電腦鑰匙以及鎖具。其中，間隔層防誤主要包括測控裝置硬件部分以及軟件部分，同期點具體包括110kV以及220kV斷路器，站控層負(fù)責(zé)監(jiān)測動作過程信號[3]。

2.4 二次回路參數(shù)和輔助電源系統(tǒng)

此變電站二次回路參數(shù)如下：①流電壓220V；②交流電壓為380V/2220V；③交流電流為1A。此智能變電站設(shè)置了一套連續(xù)運轉(zhuǎn)的交流電源裝置，布置在繼電保護室內(nèi)部，能夠為各項工作的開展提供充足的電源，比如監(jiān)控設(shè)備和綜合自動化系統(tǒng)運行等。繼電保護室內(nèi)布置1套電源測試屏，方便開展設(shè)備調(diào)試。配電屏負(fù)責(zé)提供電源，滿足繼電保護實驗的基本需求。除此之外，繼電保護室內(nèi)還布置了二次交流屏，為繼電保護以及自動化裝置中的部分設(shè)備，提供充足的電源。

2.5 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

此智能化變電站升級改造中，對于繼電保護室，除了布置了上述系統(tǒng)外，還布置了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。通信系統(tǒng)運行，采取的是有線傳輸方式。設(shè)置的火災(zāi)報警系統(tǒng)，主要構(gòu)成包括聯(lián)動控制主機和消防電話主機以及功率放大機等。若發(fā)生火災(zāi)，利用溫度傳感器和煙敏傳感器等，將收集的信號，傳送到聯(lián)動控制主機，由主機負(fù)責(zé)信號處理和發(fā)布指令，驅(qū)動聲光報警器，及時發(fā)布火災(zāi)警報[4]。

2.6 直流系統(tǒng)

此智能變電站，依據(jù)電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程相關(guān)規(guī)定，采取負(fù)荷計算方法，計算階梯負(fù)荷，蓄電池容量設(shè)計時，要分別考慮正常工作負(fù)荷以及出現(xiàn)事故工況的100負(fù)荷計算。一般來說，事故負(fù)荷依據(jù)2h計算，系統(tǒng)使用220V直流系統(tǒng)，作為測量系統(tǒng)和中控系統(tǒng)以及繼電保護系統(tǒng)等。使用2組型號為400AH蓄電池，將其和自動化高頻開關(guān)相互組合，形成電源裝置。直流系統(tǒng)采取的是單母線分段界限形式，使用高品質(zhì)智能化開關(guān)電源整流器組成成套裝置，包括充電屏和進線屏等。采取直流分配供電形式，監(jiān)控設(shè)備和主變繼電保護裝置，采取的是輻射網(wǎng)絡(luò)方式進行供電。開關(guān)柜的控制閘，采取的是雙回路供電形式，照明設(shè)備和應(yīng)急照明設(shè)備采取獨立供電形式[5]。

3 智能變電站二次繼電保護裝置的應(yīng)用設(shè)計要點

3.1 做好二次繼電保護裝置設(shè)計分析

智能變電站二次繼電保護裝置的應(yīng)用設(shè)計，要做好二次繼電保護裝置分析具體如下：①短引線保護和重合閘三級跳設(shè)計。在500kV線路上的二次典型設(shè)計，若采取雙套短引線保護形式，則可在隔離開關(guān)情況下，采取串聯(lián)的方式組屏，或者不設(shè)置斷路器保護屏。在220kV接線中，則需要設(shè)置重合閘，自動保護線路，其余配置能夠忽略。②電壓切換箱以及操作箱接線設(shè)計。采取二次典型設(shè)計，必須要按照原有的雙重配置，采取單位的方式輸入，保證能夠在切換回路異常狀態(tài)下，快速退出一套配置。對操作箱，能夠不設(shè)置操作電源切換回路的，要設(shè)置斷路器，發(fā)揮防跳功能，箱體內(nèi)部要布置2套繼電器。③母線和斷路器失靈保護設(shè)計。依據(jù)經(jīng)驗，結(jié)合對失靈保護電流的分析，在進行智能變電站二次繼電保護裝置應(yīng)用設(shè)計時，對220kV雙母線的配置，要采取雙重化標(biāo)準(zhǔn)。其中1套在啟用時作業(yè)，剩余1套在失靈時發(fā)揮保護作業(yè)。可取消獨立的失靈啟動裝置，利用電流來判斷母線保護[6]。

3.2 繼電保護系統(tǒng)的編制

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，微電子技術(shù)被不斷地推廣應(yīng)用，在繼電保護裝置中，發(fā)揮著重要的作用，推動著電力系統(tǒng)朝向智能化和自動化方向發(fā)展。在具體應(yīng)用的過程中，使用二次繼電保護裝置，其在電壓輸入和輸出方面有著極大的差異，增加了保護裝置運行以及管理難度。對于此問題，相關(guān)部門和企業(yè)高度重視，提出了系列解決以及應(yīng)對策略，能夠為繼電保護工作的開展，提供準(zhǔn)確的分析。開展智能變電站二次繼電保護裝置的應(yīng)用設(shè)計，要基于相關(guān)技術(shù)規(guī)程，對企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開展優(yōu)化以及整合，實現(xiàn)科學(xué)配置以及合理優(yōu)化，為智能變電站二次繼電保護技術(shù)的應(yīng)用，提供有力的保障[7]。

3.3 做好常見問題的把控

在開展智能變電站二次繼電保護裝置的應(yīng)用設(shè)計時，要做好常見問題的把控，具體如下：①220kV及以下變壓器保護，在配置220kV變壓器誰，要盡量選擇三相式三卷變壓器，依據(jù)技術(shù)規(guī)程相關(guān)要求，通常設(shè)置瓦斯保護以及差動保護，在高壓側(cè)以及中壓側(cè)都設(shè)置負(fù)荷電壓閉鎖過流保護和間隙保護以及零序方向過電流保護；在低壓側(cè)布置復(fù)合電壓閉鎖過流保護。各側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護以及零序方向過電流保護綜合，能夠充分反映變壓器內(nèi)部以及各個母線等的接地故障、相間故障[8]。②要做好相關(guān)專業(yè)的協(xié)調(diào)。智能變電站二次繼電保護裝置的應(yīng)用設(shè)計，為保證設(shè)計功能的發(fā)揮，要做好和相關(guān)專業(yè)協(xié)調(diào)。系統(tǒng)保護對通信設(shè)備的要求，每個規(guī)定都不同，因此在進行設(shè)計時，要做好協(xié)調(diào)統(tǒng)一，對系統(tǒng)繼電保護以及系統(tǒng)通信方面，要做出明確的規(guī)定。比如，對50km以下的短線路，若條件允許，建議實現(xiàn)雙光纜線路。若無法實現(xiàn)迂回光纜路由的同塔雙回線路盡量設(shè)置雙光纜。若1回線路的2套縱聯(lián)保護，其全部復(fù)用通信專業(yè)光端機，要利用2套通信設(shè)備進行傳輸。③明確對一次設(shè)備的要求。一般來說，對斷路器的要求不高。為了能夠簡化二次回路，以免常電纜開入造成保護誤動，在二次典型設(shè)計中，規(guī)定斷路器三相不一致保護，而且斷路器防跳以及跳合閘壓力閉鎖等功能要由斷路器本體機構(gòu)箱實現(xiàn)[9]。

4 結(jié)束語

綜上所述，智能變電站二次繼電保護裝置的應(yīng)用設(shè)計，要從多個方面加以分析，最大程度上保障裝置應(yīng)用設(shè)計的合理性和完整性。在具體實踐的過程中，要做好二次繼電保護裝置設(shè)計分析，繼電保護系統(tǒng)編制，做好常見問題的把控。通過采取系列措施，做好設(shè)計質(zhì)量的把控。

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收稿日期：2018-9-10