論變電站繼電保護(hù)的工作原理及價(jià)值作用

李連尉，陳世鈞，朱龍

（中國(guó)水利電力對(duì)外有限公司，北京 100120）

隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，在變電站中，使用繼電保護(hù)設(shè)備較為普遍，由于變電站的磁場(chǎng)較強(qiáng)，再加上其高壓設(shè)備較多，若強(qiáng)電磁干擾設(shè)備，極易引發(fā)安全事故。大氣干擾或供電系統(tǒng)的外干擾也會(huì)影響弱電設(shè)備，但隨著我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)的增強(qiáng)，可有效保護(hù)變電站。

1 變電站繼電保護(hù)的工作原理

一方面，在開(kāi)展繼電保護(hù)時(shí)，其主要的工作原理為當(dāng)變電站在運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障后，會(huì)出現(xiàn)電壓降低或升高、電流突然增加、溫度、瓦斯的溫度同時(shí)升高及運(yùn)行頻率降低等現(xiàn)象，且該現(xiàn)象的數(shù)值大于繼電保護(hù)的額定值，進(jìn)而使繼電設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)或跳閘指令。跳閘的方式通常有兩種，即電流值與時(shí)間值，若該跳閘的性質(zhì)為電流值，電流值上升速度越快，則跳閘的速度越快；而性質(zhì)為時(shí)間值時(shí)，當(dāng)故障電流值大于整定值后，在一段時(shí)間后，為了更好地保護(hù)變電站，時(shí)間發(fā)出跳閘指令，進(jìn)而暫停變電站的運(yùn)行。

另一方面，在運(yùn)用繼電保護(hù)技術(shù)保護(hù)變電站的過(guò)程中，其目標(biāo)也較為明確，利用該技術(shù)后，可使變電站供電變得更加可靠。檢修繼電保護(hù)設(shè)備時(shí)，可提升該設(shè)備的可用系數(shù)與可靠性，防止出現(xiàn)傳統(tǒng)檢修方式的不足，并使相關(guān)設(shè)備的壽命得以延長(zhǎng)，進(jìn)而使用戶用電變得更加安全、可靠。與此同時(shí)，保護(hù)用電設(shè)備的安全也能促進(jìn)相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，當(dāng)前，在電力系統(tǒng)行業(yè)內(nèi)，正廣泛應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)，且相關(guān)的保護(hù)裝置也可進(jìn)行遠(yuǎn)程輸送，技術(shù)人員可利用其數(shù)字化的特征，盡快實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)搶修。當(dāng)前的搶修方式與過(guò)去有所不同，由預(yù)知性檢修替代了計(jì)劃性檢修，使檢修的盲目性有效降低，改變了過(guò)去由經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷檢修的方式。

2 變電站繼電保護(hù)的價(jià)值作用

2.1 性質(zhì)

通過(guò)性質(zhì)可將繼電保護(hù)分為多種類型：其一，技術(shù)人員應(yīng)保護(hù)發(fā)電機(jī)，其短路的形式較多，主要為定子繞組，當(dāng)檔子繞組接地時(shí)，在相間的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生短路；發(fā)電機(jī)的外部也會(huì)產(chǎn)生短路，若其負(fù)荷過(guò)重，定子繞組經(jīng)過(guò)電壓時(shí)，其勵(lì)磁回路會(huì)出現(xiàn)兩點(diǎn)或一點(diǎn)接地，也會(huì)形成失磁故障。在發(fā)生故障后，大多采用解列、停機(jī)等方式進(jìn)行出口，進(jìn)而使故障范圍縮小，并發(fā)出信號(hào)。其二，在線路保護(hù)方面，根據(jù)不同的電壓等級(jí)，采用對(duì)應(yīng)的保護(hù)措施，架空長(zhǎng)線、電纜或輸電線路若長(zhǎng)度不同，電網(wǎng)內(nèi)中性點(diǎn)不同的接地方式也會(huì)形成繼電保護(hù)，進(jìn)而出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷、單相接地、接地短路及相間短路等。其三，針對(duì)母線保護(hù)，在多處變電場(chǎng)所與發(fā)電廠都應(yīng)安裝專有的母線保護(hù)設(shè)備。其四，在保護(hù)電力電容器方面，由于其內(nèi)部故障而造成出線短路，若斷路器與電容器組形成連接也會(huì)產(chǎn)生短路，其原因在于當(dāng)電容器組內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，電容被切除后會(huì)經(jīng)過(guò)電壓，而當(dāng)電容器組再度過(guò)電壓時(shí)，其母線會(huì)產(chǎn)生失壓狀態(tài)。其五，保護(hù)高壓電動(dòng)機(jī)，高壓電動(dòng)機(jī)會(huì)形成多種短路方式，如在同步電動(dòng)機(jī)中，產(chǎn)生非同步的沖擊電流、電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)失磁效應(yīng)、底子繞組的電壓較低、電子繞組出現(xiàn)單相接地及定子繞組發(fā)生相間短路等，多種方式都會(huì)形成電動(dòng)機(jī)保護(hù)。

此外，針對(duì)變電站繼電保護(hù)的溫度保護(hù)，當(dāng)其內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)與變壓器發(fā)生內(nèi)部短路或電機(jī)負(fù)載過(guò)重時(shí)，該保護(hù)裝置的溫度會(huì)快速升高，當(dāng)其整體溫度超出整定值后，可及時(shí)向系統(tǒng)發(fā)送跳閘指令，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。與從同時(shí)，為達(dá)到設(shè)備安全的需求與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，在繼電保護(hù)裝置中，還會(huì)開(kāi)展主保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)短路或產(chǎn)生故障后，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部快速地反應(yīng)，可將產(chǎn)生故障的線路或電源直接切除，對(duì)變電站中的繼電設(shè)備起到保護(hù)作用。而對(duì)于繼電裝置中的后備保護(hù)，此保護(hù)產(chǎn)生的背景為斷路器或主保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生拒動(dòng)，可將產(chǎn)生故障的部分直接切除。當(dāng)裝置中出現(xiàn)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，電力系統(tǒng)內(nèi)部可緊急啟動(dòng)另外一套保護(hù)設(shè)備，進(jìn)而引發(fā)后備保護(hù)。為保障主保護(hù)與后備保護(hù)的整體性能，技術(shù)人員在檢修繼電裝置時(shí)，可采用輔助保護(hù)，該保護(hù)方式可作為多種防護(hù)的補(bǔ)充。

差動(dòng)保護(hù)也屬一種較為重要的繼電保護(hù)類型，若中性點(diǎn)線路或變壓器中的電流差大于整定值時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)發(fā)出跳閘指令，此保護(hù)方式又叫縱差動(dòng)保護(hù)。而縱差橫保護(hù)的形式則為兩個(gè)繞組間或并行線路間的電流差高于整定值。例如，中國(guó)水利電力對(duì)外有限公司在實(shí)行變電站繼電保護(hù)的過(guò)程中，由于產(chǎn)生故障的電壓值小于整定值，在借助相關(guān)系統(tǒng)后產(chǎn)生低電壓信號(hào)與跳閘指令，進(jìn)而對(duì)該裝置形成低電壓保護(hù)，有效保障了變電站的運(yùn)行安全。

2.2 配置

針對(duì)繼電設(shè)備的保護(hù)裝置，如圖1所示，設(shè)計(jì)人員可進(jìn)行三方面的保護(hù)，首先，針對(duì)線路保護(hù)，設(shè)計(jì)人員可應(yīng)大力發(fā)展智能變電站，并將測(cè)控功能與站內(nèi)保護(hù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，其配置方式采用間隔單套。在開(kāi)展線路保護(hù)的過(guò)程中，可進(jìn)行直接采樣，并將斷路器跳掉，經(jīng)過(guò)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可開(kāi)發(fā)出重合閘與斷路器失靈等功能。

圖1 繼電保護(hù)裝置

其次，技術(shù)人員還需保護(hù)變壓器，依照相關(guān)流程，保護(hù)變電壓電量時(shí)，一般的配置方式為雙套，并實(shí)行設(shè)備一體化。若兩種設(shè)備分開(kāi)，其后備裝置需結(jié)合測(cè)控裝置。采用雙套配置的過(guò)程中，將各側(cè)的單元合并，而各側(cè)的終端最好使用雙套配置。

最后，分段保護(hù)母聯(lián)時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)將智能終端與分段保護(hù)裝置相連接，在不進(jìn)行交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的情況下，實(shí)現(xiàn)直接采樣與跳閘的功能。與此同時(shí)，在保護(hù)智能終端、合并單元時(shí)，要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)傳輸。按照配置要求，該類繼電保護(hù)設(shè)備應(yīng)按單套配置進(jìn)行分段保護(hù)，從而形成測(cè)控與保護(hù)的一體化。當(dāng)分段保護(hù)出現(xiàn)跳閘時(shí)，其方式大多為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直跳，而網(wǎng)絡(luò)方式則應(yīng)用在其他分段跳上。若分段保護(hù)母線的方式失靈，也可運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)傳輸。

例如，某電力公司在開(kāi)展繼電設(shè)備的保護(hù)時(shí)，在保護(hù)母線時(shí)，其設(shè)備出現(xiàn)故障，維修人員在檢修后，按照配置要求，對(duì)設(shè)備實(shí)行雙配置保護(hù)，從而增強(qiáng)了繼電設(shè)備的保護(hù)效果。

3 開(kāi)展變電站繼電保護(hù)的具體試驗(yàn)

為使電網(wǎng)更安全穩(wěn)定地運(yùn)行，合理地在變電站開(kāi)展繼電保護(hù)極為必要，在此過(guò)程中，技術(shù)人員需嚴(yán)格遵守靈敏性、速動(dòng)性、選擇性及可靠性原則。當(dāng)前電網(wǎng)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，其電壓等級(jí)也相應(yīng)升高，針對(duì)繼電保護(hù)的需求也有了較大改變。在發(fā)展智能變電站的過(guò)程中，不但要保障原有的繼電保護(hù)功能，還需不斷改善繼電保護(hù)內(nèi)部信息交換的方法，即相互操作、信息共享。在智能變電站內(nèi)部，電子互感器已替代了電磁互感器，多種一次設(shè)備也擁有了智能單元，如斷路器與變壓器等，徹底改變了保護(hù)裝置中的連接介質(zhì)，當(dāng)前多數(shù)已采用光纖，而信息傳遞則由網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備擔(dān)任?；诖俗兓夹g(shù)人員需開(kāi)展變電站繼電保護(hù)的測(cè)試試驗(yàn)，相較于過(guò)去，當(dāng)前設(shè)備內(nèi)部信息傳遞的方式發(fā)生了改變，但其保護(hù)裝置并未產(chǎn)生任何變化，在開(kāi)展試驗(yàn)的過(guò)程中，其邏輯功能的檢測(cè)方式可與過(guò)去一致，而傳遞方式可改用其他測(cè)試方法以檢驗(yàn)變電站內(nèi)繼電保護(hù)的價(jià)值與作用。

3.1 采用新型測(cè)試器具

技術(shù)人員在試驗(yàn)前，需仔細(xì)檢測(cè)繼電保護(hù)裝置內(nèi)部的電流與電壓值，其方式可選用合并器內(nèi)部的光數(shù)字信號(hào)，傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的測(cè)試儀器只能將模擬量輸出，而當(dāng)前的新型測(cè)試儀，即光數(shù)字信號(hào)儀器，在開(kāi)展測(cè)試的過(guò)程中，該儀器可借助保護(hù)裝置內(nèi)部的光纖進(jìn)行直接輸入測(cè)試，此方式有效避免了相應(yīng)誤差，減少了多種傳統(tǒng)式檢驗(yàn)步驟，如采樣精度或零漂等，節(jié)約保護(hù)成本的同時(shí)，也改善了保護(hù)裝置的使用效率與效果。為滿足繼電保護(hù)裝置的實(shí)際需求，工作人員還需嚴(yán)格保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間間隔，若其傳輸時(shí)間差距較大或并未同步，應(yīng)合理選擇保護(hù)裝置，并對(duì)母線保護(hù)或變壓器保護(hù)等實(shí)行科學(xué)的測(cè)試與管理。

3.2 改善網(wǎng)絡(luò)傳輸方式

針對(duì)一二次設(shè)備的具體情況，相較于傳統(tǒng)保護(hù)方式中的直接跳閘，當(dāng)前變電站在應(yīng)用繼電保護(hù)時(shí)選用了GOOSE網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)發(fā)布跳閘指令，若想更加便捷，可改用智能型開(kāi)關(guān)。借助網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的跳閘指令與啟動(dòng)關(guān)閉信號(hào)，相比傳統(tǒng)式保護(hù)回路，新式繼電保護(hù)更加可靠。與此同時(shí)，GOOSE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信號(hào)傳輸與原繼電保護(hù)裝置內(nèi)信號(hào)輸出的方式相同，當(dāng)前開(kāi)入或開(kāi)出量已轉(zhuǎn)化為差異化的GOOSE報(bào)文，而非24V、220V的信號(hào)。對(duì)于繼電保護(hù)裝置的輸出或輸入信號(hào)，為保證其實(shí)時(shí)性和正確性，試驗(yàn)人員可利用整套傳動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前我國(guó)電網(wǎng)的基礎(chǔ)即為變電站，為了使變電站更好地工作，管理人員積極開(kāi)展變電站技術(shù)，在開(kāi)展的過(guò)程中，引入繼電保護(hù)，從而使變電站運(yùn)轉(zhuǎn)正常。依據(jù)繼電保護(hù)的工作原理，應(yīng)主要保護(hù)變電站的線路與母線，可有效加強(qiáng)變電站的穩(wěn)定。