變電站二次繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方法及問題

王武龍 張洪銘

【摘要】近年來，變電站繼電保護(hù)的配置原則、組屏方案等存在較大差異，給運(yùn)行、維護(hù)和管理等帶來不便。文章主要闡述二次典型設(shè)計(jì)中繼電保護(hù)編制的依據(jù)，從而分析繼電保護(hù)配置及組屏原則，并提出實(shí)施中應(yīng)注意的問題，旨在提高變電站二次設(shè)計(jì)水平及保持電力設(shè)備的安全運(yùn)行與使用。

【關(guān)鍵詞】變電站;繼電保護(hù);二次設(shè)計(jì);變壓器保護(hù)

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，全國的用電量的不斷的增加，原有的電力設(shè)備因?yàn)橥度脒\(yùn)行的時(shí)間過于長久，嚴(yán)重的陳舊老化已經(jīng)不能滿足日益增加的用電量。供電故障的增加和供電的不穩(wěn)定性等問題急待改善。全國各地電網(wǎng)開始進(jìn)行二次繼電保護(hù)系統(tǒng)的改造，旨在提高電網(wǎng)設(shè)備的穩(wěn)定的安全的運(yùn)行，提高供電的可靠性。

1.繼電保護(hù)編制依據(jù)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國電力事業(yè)也呈現(xiàn)出欣欣向榮的局面，微機(jī)型繼電保護(hù)裝置也被廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)中。但是由于繼電保護(hù)裝置生產(chǎn)廠家較多，其生產(chǎn)出來的產(chǎn)品輸入輸出量、報(bào)告、端子、壓板、定制等都存在差異，裝置不規(guī)范問題日益凸顯出來，給工作人員進(jìn)行繼電保護(hù)管理、運(yùn)行以及維護(hù)造成較大的難度，于此，為了規(guī)范繼電設(shè)備裝置，我國國家電網(wǎng)調(diào)度中心進(jìn)行了繼電保護(hù)設(shè)備相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)編制，基于國際繼電保護(hù)相關(guān)的技術(shù)規(guī)程上，編制了以國家電網(wǎng)線路保護(hù)規(guī)范以及繼電保護(hù)的二次回路驗(yàn)收兩個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繼電保護(hù)規(guī)范，要求繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)時(shí)其設(shè)計(jì)要求、配置原則以及組屏方案必須符合這兩個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。

2.二次設(shè)備選型問題

2.1 零序保護(hù)

在電壓等級(jí)超過110KV的系統(tǒng)中，故障發(fā)生率最高的是單相接地故障，其故障率在總故障中高達(dá)百分之九十以上。零序電流保護(hù)是及時(shí)切除單相接地故障實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)的常規(guī)采用模式，零序電壓3UO與零序電流3I0組成的方向元件是零序保護(hù)常常采用的元件類型。

2.2 母線電壓切換

當(dāng)變電站中采用雙母線接線時(shí)，二次母線電壓與直流電源要實(shí)現(xiàn)二次切換必須得通過運(yùn)行相應(yīng)的母線側(cè)隔離刀閘。如果在運(yùn)行過程中，隔離刀閘出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致距離保護(hù)失壓，容易出現(xiàn)距離保護(hù)誤動(dòng)作情況。因此，為了有效改善和解決這一問題，部分切換不到位的生產(chǎn)廠家，應(yīng)將其切換繼電器改裝為雙位置繼電器在電壓切換箱中。

2.3 變電站后臺(tái)系統(tǒng)

在變電站系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，后臺(tái)監(jiān)控機(jī)的型號(hào)尋找往往是比較容易忽略的問題。后臺(tái)監(jiān)控機(jī)要求保持全天候不間斷運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)其運(yùn)行速度具有較高的要求，數(shù)據(jù)交換量較高，同時(shí)還處于強(qiáng)電磁的運(yùn)行環(huán)境。工作人員在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇性能較強(qiáng)的工控機(jī)。當(dāng)前我國很多變電站自動(dòng)化設(shè)計(jì)都使用的是性能一般的商用機(jī)當(dāng)做后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)，導(dǎo)致早期運(yùn)行過程中常常出現(xiàn)設(shè)備損壞，影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。要使后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)處于長期穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，還應(yīng)在后臺(tái)監(jiān)控機(jī)上配置優(yōu)質(zhì)不間斷電源。在進(jìn)行逆變器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)設(shè)置兩路輸入電源，分別作為站用變電源和直流電源。直流電源主要用于站內(nèi)直流系統(tǒng)中。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行處于正常狀態(tài)時(shí)，采用站用變電源，通過逆變轉(zhuǎn)化，形成一種凈化的交流電源，為后臺(tái)監(jiān)控機(jī)提供電源。當(dāng)站用電發(fā)生斷電等故障時(shí)可啟動(dòng)直流系統(tǒng)的直流電源，將其進(jìn)行逆變交流后為后臺(tái)監(jiān)控機(jī)提供服務(wù)，保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性。站用電恢復(fù)使用后，系統(tǒng)即轉(zhuǎn)換為正常運(yùn)行狀態(tài)，由站用電直接供電，直流電源仍作為備用電源。在選擇逆變器時(shí)，應(yīng)注意其容量的大小，一般選擇在500VA至1000VA范圍內(nèi)。采用這種逆變器，不僅克服了后臺(tái)監(jiān)控機(jī)常出現(xiàn)的站用變電源斷電問題，同時(shí)還能穩(wěn)定站用變電源電壓，讓系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

3.繼電保護(hù)配置與組屏方法

在南方電網(wǎng)公司所出版的變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，對(duì)變電站繼電保護(hù)的技術(shù)要求、配置方法以及組屏方案等都有明確要求。本文將對(duì)110kv變電站的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的配置與組屏進(jìn)行說明和分析，并對(duì)其中個(gè)別功能差異較大的進(jìn)行分析。

3.1 母線保護(hù)與斷路器失靈保護(hù)

根據(jù)歷年來變電站繼電保護(hù)的相關(guān)運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)研究得出，出現(xiàn)系統(tǒng)失靈保護(hù)誤動(dòng)的原因主要是由于誤啟動(dòng)失靈保護(hù)進(jìn)入回路，然而出現(xiàn)問題的根本原因在于失靈電流判別是通過系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置的失靈啟動(dòng)裝置運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的，而非通過最終完成跳閘的失靈保護(hù)。當(dāng)無啟動(dòng)失靈保護(hù)進(jìn)入回路時(shí)，很容易造成失靈保護(hù)進(jìn)行誤動(dòng)作操作。因此，在失靈最終跳閘的相關(guān)原則下，失靈電流的判別通過失靈保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高失靈保護(hù)的穩(wěn)定可靠性具有重大的促進(jìn)作用。因此，在進(jìn)行二次典型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)要求：

（1）配置完備的雙套失靈保護(hù)在雙母線中，且在雙套母線保護(hù)中應(yīng)含蓋雙套失靈保護(hù)的相關(guān)功能。

（2）進(jìn)行失靈保護(hù)雙重化配置以后，應(yīng)將失靈保護(hù)與每套線路采取一對(duì)一的啟動(dòng)模式，使得失靈啟動(dòng)裝置得以簡化。通過母線保護(hù)實(shí)現(xiàn)對(duì)失靈保護(hù)電流的判別，并將110kv間隔獨(dú)立配置的相關(guān)失靈啟動(dòng)裝置取消。

（3）在主變壓器單元，母線保護(hù)負(fù)責(zé)對(duì)主變壓器故障以及系統(tǒng)母線故障引起的變壓器側(cè)斷路器失靈與失靈保護(hù)的電力延時(shí)與判別的實(shí)現(xiàn)。

3.2 110kv線路重合閘

母線保護(hù)負(fù)責(zé)斷路器的失靈保護(hù)以及對(duì)失靈電流的判別，根據(jù)二次典型設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定，要求斷路器的輔助保護(hù)裝置不再進(jìn)行獨(dú)立配置，而是在每一套線路保護(hù)中設(shè)置重合閘功能。為了讓回路進(jìn)一步簡化，讓兩套保護(hù)處于獨(dú)立性狀態(tài)，要求在進(jìn)行典型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采取一對(duì)一的重合閘線路保護(hù)啟動(dòng)，同時(shí)保持?jǐn)嗦菲骺刂魄闆r應(yīng)與位置處于不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)形式，兩套沖哈扎不應(yīng)成相互閉鎖或啟動(dòng)的方式。因此，應(yīng)同時(shí)運(yùn)行或退出每套線路保護(hù)與重合閘，如果只需一套沖哈扎進(jìn)行合閘工作時(shí)，必須斷開另一套重合閘壓板，或者將控制字設(shè)置為禁止重合閘狀態(tài)。

在對(duì)雙母線接線的二次設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，要求2套線路保護(hù)應(yīng)自帶重合閘功能，線路保護(hù)三條回路直接與重合閘溝通，并且溝通時(shí)使用的合用線路保護(hù)應(yīng)進(jìn)行三跳，其中，2套保護(hù)裝置都不與三跳發(fā)生溝通。

3.3 電壓切換箱接線

在電壓切換箱設(shè)計(jì)時(shí)，通過采取雙位置接點(diǎn)方式，能有效避免由于接觸不良引起的失壓現(xiàn)象。但是在對(duì)其進(jìn)行檢修時(shí)，如果采取的措施方法不合理，容易出現(xiàn)反送電現(xiàn)象，對(duì)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定造成影響，甚至引發(fā)設(shè)備損壞現(xiàn)象。因此，在進(jìn)行二次典型設(shè)計(jì)時(shí)，在電壓切換箱的雙重化保護(hù)配置的前提下，要求采取單位置的輸入形式進(jìn)行隔離刀閘輔助接點(diǎn)設(shè)計(jì)，當(dāng)系統(tǒng)接觸不良由刀閘輔助接點(diǎn)引起時(shí)，切換回路出現(xiàn)異常，可根據(jù)實(shí)際情況，將其中的一套短時(shí)退出。

3.4 保護(hù)及故障錄波信息管理子站系統(tǒng)

隨著信息時(shí)代的不斷推進(jìn)。越來越多的惡意代碼影響著WINDOWS系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)WINDOWS操作系統(tǒng)以及PC硬件構(gòu)成的子站系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性造成嚴(yán)重威脅。而LINUX系統(tǒng)具有較高的安全性，其惡意代碼也不如WINDOWS系統(tǒng)多。UNIX系統(tǒng)的安全機(jī)制也十分可靠，具有完善的備份功能以及十分穩(wěn)定的系統(tǒng)核心。此外，嵌入式裝置化設(shè)備系統(tǒng)的可靠性強(qiáng)且穩(wěn)定性良好。該裝置中基本不裝置硬盤、風(fēng)扇等，讓系統(tǒng)更加簡化，同時(shí)避免了由于存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)生震動(dòng)以來系統(tǒng)故障，是方案優(yōu)化選擇方式之一。因此，鑒于調(diào)度對(duì)保護(hù)的可靠性以及故障信息管理子系統(tǒng)的安全可靠性具有較高的要求，嵌入式裝置產(chǎn)品應(yīng)作為二次典型子站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的優(yōu)先選擇。LINUX與UNIX系統(tǒng)為主機(jī)主要采用系統(tǒng)模式。

結(jié)語

在進(jìn)行變電站二次繼電保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，既要把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)，又要注重每個(gè)細(xì)節(jié)，充分考慮繼電保護(hù)的組屏原則以及配置方式，并結(jié)合具體情況與常見問題，進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。此外，還應(yīng)注意二次設(shè)備選型。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，讓二次系統(tǒng)真正對(duì)變電站的電力系統(tǒng)起到安全保護(hù)作用。

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