淺談電廠繼電保護二次回路改造設計

摘 要：以電廠繼電保護裝置為主要研究對象，針對繼電保護二次回路，在簡單介紹其應用現狀和存在問題之后，提出一種能夠對繼電保護二次回路進行改造設計的方案，希望能為保障電廠電網的安全平穩(wěn)運行提供可借鑒的經驗。

關鍵詞：繼電保護；二次回路；改造設計

中圖分類號：TM77" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）18-0067-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.18.017

0" " 引言

保障電廠電網的運行安全，是滿足市場電能供應需求的重要前提。繼電保護裝置在維護電力設備運行安全中發(fā)揮著重要作用。在電力設備出現危險或異常情況之后，繼電保護裝置能夠及時做出保護動作，并向信息控制中心發(fā)出預警信號，從而有效保障電廠的運行安全?；诖?，在充分掌握當前電廠繼電保護裝置應用情況的前提下，對電廠繼電保護二次回路的改造設計進行分析，對推動電廠朝著自動化和智能化的方向發(fā)展，提升電廠運行效率和安全效益具有積極意義。

1" " 電廠繼電保護二次回路應用現狀

二次回路是電廠運行的重要環(huán)節(jié)，基于當前市場對電網電能供應提出的高要求，需通過電壓調節(jié)來保障電網的合理運行。

二次回路主要用于低壓電路中，是相對于一次設備而言的，能夠通過與二次設備的連接起到保護一次設備作用的回路裝置，可有效保障和維護一次設備的安全[1]。

二次回路、二次設備共同構成繼電保護系統(tǒng)，現階段，二次回路在電廠的運行中有著較為廣泛的應用。

2" " 電廠繼電保護二次回路存在的問題

以保證電廠的安全運行為主要目標，在充分了解電廠繼電保護系統(tǒng)應用情況之后發(fā)現，當前電廠繼電保護二次回路中存在著較為明顯的安全隱患問題。具體而言，如果母線差動的繼電保護產生故障，輸電線路的功率會受到電網線路短路的影響而增大，進而跳閘[2]。同時，接線錯誤也會導致輸電系統(tǒng)產生故障，斷路器出于保護目的會直接跳閘，還會提高一次設備損壞的概率，進而影響電網整體的運行安全?；诖耍枰⒅丶訌妼τ诶^電保護二次回路的管理和控制，在保障電廠運行安全的同時，有效促進電廠的發(fā)展。

3" " 電廠繼電保護二次回路改造設計的對策分析

為提升繼電保護二次回路在電廠運行中應用的可靠性，本文以南安翔云風電場的繼電保護二次回路改造設計方案為例進行分析，希望能夠為優(yōu)化提升繼電保護二次回路的性能提供一定的助力。

3.1" " 改造設計的基本思路

南安翔云風電場的電氣二次繼保和遠動初設，以優(yōu)化改造繼電保護二次回路為主要目的，在充分考慮該電場實際運行情況的前提下，首先明確風力發(fā)電機組保護的基本情況，著重探討主變、35 kV線路、35 kV無功補償成套裝置、35 kV接地變等配置微機型保護，35 kV無功補償成套裝置與一期安溪龍門35 kV無功補償成套裝置采用光纖通信，并聯(lián)運行；由同一套AVC設備統(tǒng)一調度，對無功補償點110 kV線路出線的容量進行補償。

考慮到電場運行的總體情況，原有的主變保護柜內空間受限，無法安裝新增35 kV分支的保護裝置和操作箱，在改造設計中，選擇將原有的雙繞組變壓器替換為分裂變壓器，新增一面主變保護柜，柜含一套主變低壓側后備保護裝置及一套主變低壓側斷路器操作箱[3]；新增一面主變及公用測控柜，柜含一套新增35 kV分支的測控裝置和一套公用測控裝置。原有的主變差動保護裝置CSC-326GD最多支持四側電流差動，一期為兩側電流差動，在改造設計中，將其改為三側電流差動后，由廠家進行現場保護改造工作，以滿足繼電保護的配置要求。

3.2" " 風力發(fā)電機組的運行要求

該電場主要為風力發(fā)電，基于繼電保護二次回路的改造設計要求，對于風力發(fā)電機組的設計，以構建振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的方式，實現對于風電機組運行狀態(tài)的有效檢測和保護。在明確風電機組的保護定值應與電網保護相匹配的前提下，應用在線振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對風電機組的振動狀態(tài)進行監(jiān)測和診斷分析，評估風電機組運行狀況，及時發(fā)現機組健康異常情況并跟蹤設備故障發(fā)展，并以此制定主動預防性的維護策略，提高維護工作的預判性、計劃性和針對性，避免部件進一步損壞和故障發(fā)生，減少停機時間和發(fā)電量損失，提高機組壽命和風電場收益[4]。同時，通過設置狀態(tài)檢測系統(tǒng)，實現對于風力發(fā)電機組運行狀態(tài)的有效管理和控制。

考慮到風電機組應具有必要的高電壓穿越能力，應在監(jiān)測系統(tǒng)中設置以下要求：風電場并網點電壓在0.9～1.1倍額定電壓范圍內，風電機組應能正常運行；風電場并網點電壓跌至0.2倍額定電壓時，風電機組應能不脫網運行625 ms；并網點電壓跌落后2 s內恢復到0.9倍額定電壓過程中，風電機組應能不脫網連續(xù)運行。

3.3" " 升壓變壓器保護配置方案設計

對于升壓變壓器保護配置方案的設計，需要考慮電廠不同電壓條件下的要求差異。例如，對于110 kV升壓變壓器保護配置，應強調在注重差動保護、高壓側復合電壓過電流保護、變壓器零序過流、零序過壓保護、過負荷保護的同時，也注重低壓側分支一復合電壓過電流保護、溫度過高保護以及壓力釋放保護等方面。除低壓側分支二復合電壓過電流保護為新增保護功能外，其余保護功能均利用一期主變保護柜內保護設備實現。

對于35 kV線路和35 kV動態(tài)無功補償裝置而言，需要注重加強電流速斷保護、過電流保護以及零序過電流保護；對于35 kV接地變線路，除注重以上幾方面外，還應強調溫度等非電量保護；對于35 kV母差保護，考慮風電場升壓站裝設一套35 kV母差保護裝置，因為一期繼保室備用屏位數量受限，新增35 kV母差保護裝置布置在一期的35 kV母差保護柜內。要求有分相式常規(guī)比率制動差動保護、分相式突變量比率制動差動保護、大差后備保護、電壓閉鎖、TA異常告警、TA斷線閉鎖及告警、TV斷線告警等保護功能。

3.4" " 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計應用

應用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，能夠實現對于繼電保護二次回路整體運行狀態(tài)的有效監(jiān)控和管理。南安翔云風電場隨風力發(fā)電機組單獨配置一套計算機監(jiān)控系統(tǒng)，實現對于風力發(fā)電機組的控制、監(jiān)視和測量。

風機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層式結構，設有主控級和現地控制單元級，上層為主控制級，下層為現地控制單元級，采用風力發(fā)電機組現地控制器。風機監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要是利于風電場運行人員集中管理和控制風機，主控級實現全場監(jiān)控、顯示、巡檢，數據的采集與打印等功能，現地控制單元正常情況下通過光纖與主控級設備聯(lián)網運行，實現集中控制，集中監(jiān)控的對象包括每臺風力發(fā)電機組。風力發(fā)電機組現地控制器也可離線就地實現控制和調節(jié)機組運行任務。監(jiān)控系統(tǒng)與調度數據網實現數據通信，風機監(jiān)控主機通過調度數據網，向調度中心上傳風機監(jiān)控系統(tǒng)采集的遠動信息。同時，風機監(jiān)控主機通過將新能源信息接入通信網關機、調度數據網，向調度中心新能源模塊D5000上傳風機監(jiān)控系統(tǒng)非實時信息。

為保障風力發(fā)電機組的正常運行，基于實現系統(tǒng)自動化和智能化的目標，該風電場主要應用PLC控制技術，基于PLC中心控制器及其功能擴展模塊來發(fā)揮自動控制系統(tǒng)運行的作用。在實際應用中，PLC控制系統(tǒng)能實現對于風力發(fā)電機組正常運行的控制和安全保護，也能夠針對系統(tǒng)運行中存在的故障問題進行檢測及處理。結合電網運行情況進行相關參數的設定，通過數據記錄顯示以及人工操作PLC控制系統(tǒng)可保障其運行效果[5]。該系統(tǒng)配備有多種通信接口，能夠實現就地通信及遠程通信。其中，系統(tǒng)的安全保護主要包括計算機系統(tǒng)控制器、獨立于控制器的緊急停機鏈和個體硬件保護措施三個部分。

計量檢測則在考慮福建省電網電量計費系統(tǒng)規(guī)劃的前提下，采用關口計量方案，將原有的雙繞組變壓器替換為三繞組變壓器；計量關口點變更為風電場替換后主變35 kV分支一、主變35 kV分支二及110 kV線路出線側。110 kV線路出線側關口計量點使用一期設置的關口表屏；新設一面關口表屏，布置在繼保室，布置35 kV分支一和主變35 kV分支二的關口表。

3.5" " 系統(tǒng)調度自動化設計

對于系統(tǒng)調度自動化設計，則考慮以加強調度管理為主要目標，基于翔云風電場裝機48.4 MW的要求，以110 kV電壓等級接入泉州地區(qū)電網。風電場遠動信息傳輸采用調度數據網，利用一期安溪龍門風電場升壓站已有的調度數據網設備，將信息分別以不同路由的2M通道接入省調接入網的井山變節(jié)點和地調接入網的泉州地調節(jié)點；省調通中心、泉州地調所需信息均可從數據網上獲得，同時地調EMS系統(tǒng)還通過“轉發(fā)專網”向省調轉發(fā)本風電場信息，地調EMS系統(tǒng)通過“轉發(fā)專網”至省調的通道由泉州地調組織（圖1）。

在電量計費信息采集方面，以裝設電量計費采集設備的方式，通過通信接口傳送數字量信息，計量關口的電量信息送往省調通中心、泉州地調，應用層通信規(guī)約滿足調度統(tǒng)一要求。

該電廠在對繼電保護二次回路進行改造設計的過程中，建設風功率預測系統(tǒng)及測風塔自動氣象站裝置，并按調度機構要求上傳實時氣象信息、日前及超短期功率預測信息，通過功率預測系統(tǒng)及自動氣象站來實現對于風電功率的預測需求。

為滿足二次設備的抗干擾以及防雷需求，工程二次設備的屏柜內設有專用接地銅排，在確保銅排界面能夠與柜體之間絕緣的前提下，在銅排的兩端通過螺栓將其接入等電位接地網。

而在繼保室屏柜下方位置，按屏柜布置方向敷設截面不小于100 mm2的專用銅排，用絕緣子將該專用銅排首末端連接固定之后，就可以形成繼保室內的等電位接地網。為保證電網整體的運行效果，繼保室內的等電位接地網必須用4根以上、截面不小于50 mm2的銅纜/銅排與主接地網在電纜豎井處可靠連接。同時，控制電纜、信號電纜均采用屏蔽電纜；保護、測控裝置的抗干擾由廠家在硬件設計和算法設計上來實現。

除此之外，該工程還設置有圖像監(jiān)視、安全警衛(wèi)系統(tǒng)以及火災報警系統(tǒng)，通過擴建系統(tǒng)的方式，完善相應設施的布置效果。在實際的設備布置中，強調升壓站二次設備柜體結構、外形及顏色均應統(tǒng)一，組屏方案應合理。新增的主變保護柜、測控柜，35 kV母差保護柜，故障錄波柜，關口計量柜等均布置于繼保室內；35 kV集電線路、接地變、無功補償裝置SVG等的保護測控裝置和計量裝置就地分散布置于開關柜內。

結合以上對于風電場繼電保護二次回路的改造設計方案來看，以加強電網運行安全性為主要目標，對于二次回路的改造設計應考慮風電場運行的總體情況，在改造優(yōu)化二次回路的前提下，將與二次設備相關的裝置以及系統(tǒng)聯(lián)系起來，重點考慮不同電壓下的配電裝置運行保護需求，以此來提升二次回路的改造設計效果。

4" " 結束語

綜上所述，對繼電保護二次回路進行改造設計，應強調結合電廠運行的整體情況，積極發(fā)揮信息化手段在改造設計中的作用，提升繼電保護的實際效果。

對于繼電保護二次回路的改造設計，應在明確電廠發(fā)電機組基本運行要求的基礎上，提出改造設計思路，通過設計不同電壓下升壓變壓器保護裝置方案，配合計算機監(jiān)控系統(tǒng)以及自動化技術的應用，提升繼電保護二次回路的自動化和智能化水平。

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[5] 王智強.電廠繼電保護二次回路改造設計[J].電工技術，2021（10）：90-91.

收稿日期：2023-05-25

作者簡介：林宇飛（1988—），男，福建廈門人，碩士研究生，工程師，主要從事電氣設計、電力工程總承包項目管理工作。