變電站繼電保護裝置組屏方式的研究

邵長娟，劉叢然，梁新蘭

(1.中國石油天然氣管道局天津設計院，天津 300457 2.中國石油天然氣大港油田電力公司，天津300280)

1 前言

電力系統在運行過程中，可能出現各種故障和不正常運行狀態，最常見的有各種類型的短路和輸電線路斷線等故障。其中以電力系統中發生短路故障時產生的危害最大，包括:較大的短路電流流過故障點時產生電弧，損壞或燒毀故障設備;短路電流流過正常設備，產生發熱破壞設備的絕緣性能或縮短設備的使用年限;使靠近故障點的部分地區電壓值大幅下降，破壞用電設備的正常使用;破壞電力系統運行的穩定性，使系統發生振蕩，使事故擴大，甚至導致整個電力系統的瓦解［1］。

電力系統繼電保護裝置就是裝設在每一個電氣設備上，用來反映它們發生的故障和不正常運行情況，從而動作于斷路器跳閘或發出信號的一種有效的反事故的自動裝置。它的基本任務是:自動、有選擇性、快速地將故障元件從電力系統中切除，使故障元件損壞程度盡可能降低，并保證該系統中非故障部分迅速恢復正常運行;反映電氣元件的不正常運行狀態，并依據運行維護的具體條件和設備的承受能力，發出信號、減負荷或延時跳閘;和電力系統中其他自動化裝置配合，在條件允許時采取預訂措施，縮短事故停電時間，快速恢復供電，提供電力系統運行的可靠性［2］。

2 保護裝置的組屏方式

110kV及以上保護測控裝置通常布置在控制室，對于35kV及10kV保護測控裝置可以采用分散布置也可以采用集中組屏方式［3］。采用分散式方式有利于節省連接開關柜控制屏及控制室的各種電纜，減小控制室面積，從而節省了變電站綜合造價，簡化了施工，方便了維護，并且提高了變電站的可控性，可擴展性和靈活性有了很大提高。消除了因設備之間錯綜復雜的二次電纜引線接錯造成的故障。但對于變電站改造項目，由于改造過程中需要更換開關柜盤門，不利于集中改造，且停電時間較長。采用集中組屏解決了微機保護裝置在惡劣環境下長期可靠運行問題，對于改造工程項目，可由于施工人員可以提前將保護屏接線、調試完畢，有利于減少停電時間。但每面控制屏的功能較集中，一旦發生故障，會有較大的影響，并且控制電纜使用較多。

另外，還有一種是分散式和集中式相結合的組屏方式，每個電網元件為對象，集測量、保護、控制為一體，設計在一個機箱內，分散安裝在開關柜上。由監控主機通過網絡對他們進行管理和交換信息。但主變壓器保護裝置仍集中組屏安裝在控制室內，其優點是:

(1)10～35kV饋線保護采用分散式結構，就地安裝，節約控制電纜。通過現場總線與保護管理機交換信息。

(2)主變及戶外設備的保護集中安裝在控制室內，對其可靠性較為有利。

(3)減少電纜，減少占地面積。

(4)組態靈活，檢修方便。

因而在選擇組屏方式時要充分考慮變電站實際狀況，從變電站整體出發，統一考慮保護、監測、控制、遠動、直流和五防等功能，避免功能裝置重復配置等弊病，既要減少投資，又要有利于變電站運行管理和維護，增加了變電站的可操控性、可擴展性和靈活性。

3 變電站繼電保護實例

3.1 新建變電站

3.1.1 變電站概況

某地下儲氣庫工程包括1座集注站、3個井場、1座分輸站、1座倒班公寓及配套站外系統。建設在儲氣庫集注站內的35kV變電站是該地下儲氣庫的重要配套電力設施。該變電站由2回35kV電源供電，35kV和10kV側均為單母線分段接線。35kV變電站內設2臺35/10kV主變，主變容量均為5000kVA。變電站主變壓器為油浸式三相雙繞組有載調壓變壓器，35kV開關柜為空氣絕緣開關柜。10kV開關柜為中置式手車開關柜。控制保護設備為微機保護和測控的綜合自動化系統。

3.1.2 組屏方式

基于對變電站內各種因素的綜合考慮，本站選擇的是分散組屏與集中組屏相結合的方式，主變保護測控裝置在控制室集中組屏，35kV保護測控裝置分散安裝在35kV高壓開關柜上，10kV保護測控裝置分散安裝在10kV高壓開關柜上。總控單元、公用測控單元統一安裝在綜合測控盤上。

3.1.3 保護配置(如表1所示)

表1 變電站保護配置

3.1.4 主變保護部分

由于35kV線路部分和10kV出線部分的保護測控裝置都在開關柜就地安裝，分散組屏，連線相對簡單。而主變保護測控裝置安裝在控制室，集中組屏，保護屏與開關柜之間電纜聯系較多，所以在控制和保護方面要有很好的配合。在此主要研究探討主變保護部分:

(1)在主變開關柜上有選擇開關

一般在保護測控屏上裝有就地/遠方的選擇開關。除主變外，其他保護設備分散安裝，都可以在開關柜上實現手動分/合閘操作。為了在開關柜上也能實現對主變高壓側開關的控制，因此需在主變開關柜上安裝選擇開關。控制邏輯變得相對復雜，如圖1所示。第一級就地/遠方選擇開關安裝在開關柜上，就地指開關柜上手動分/合閘，遠方指保護測控屏遙控分/合閘;第二級就地/遠方選擇開關安裝在保護測控屏，就地指保護屏上手動分/合閘，遠方指保護裝置遙控分/合閘。但保護跳閘不應通過任何一級選擇開關。

(2)操作回路電源

由于除主變外，35kV部分均為分散式組屏，在35kV開關室和主控室都有操作回路電源KM。

選擇一:使用控制室電源

需將開關柜上的選擇開關與控制開關、斷路器的合/分閘回路、斷路器的跳閘位置與合閘位置接線至保護測控屏。若斷路器本體不帶防跳功能，須在保護測控屏上增加操作機構箱，增加斷路器防跳回路，同時在操作箱內增加合/跳位繼電器，用繼電器常開觸點來代替引自開關柜的斷路器的跳閘位置與合閘位置。

圖1 主變斷路器控制原理圖

選擇二:使用開關室電源

需將主變保護跳閘和保護測控屏操作部分接線至主變開關柜，同時將斷路器的跳閘位置與合閘位置接線至保護屏，在保護屏上用紅/綠燈顯示斷路器狀態。

此項目選擇的是ABB公司的VD4斷路器，由于斷路器自身具有防跳功能，所以不需要在保護屏上增加防跳回路。為了方便接線，選擇的是使用開關室控制電源。

3.2 變電站自動化改造

某35kV變電站坐落于大港油田港西地區，主變和35kV側開關設備均為戶外開關場布置，6kV側采用戶內開關柜布置，6kV無功補償裝置選用集中補償。變電站內電磁型控保設備已運行17年，設備老化嚴重，需要對該站進行綜合自動化改造。由于該站擔負著大港油田港西地區的生產生活用電，是港西地區重要的供電電源，長時間的停電改造對該地區的生產生活會產生嚴重的影響。

為了既能完成對變電站的改造，又能盡量縮短停電時間，本站采取的是集中組屏方式。場區的35kV線路和主變部分的保護測控裝置、6kV出線保護測控裝置及電壓并列、PT消諧、備自投裝置等均在主控制室內集中組屏安裝。改造工程在不停電的情況下完成了保護屏的接線、調試等工作，減少了停電時的工作量，縮短了變電站綜合自動化系統改造過程中導致用戶停電的時間，達到了預期的效果。

4 結論

本文以新建35kV變電站和改造35kV變電站為例，分析了變電站繼電保護裝置組屏方式的選擇。對于新建變電站，宜選擇集中式與分散式相結合的組屏方式，既節省了空間和控制電纜，又增強了系統組態的靈活性;對于變電站改造項目，為了能夠盡量縮短停電時間，減小停電對生產生活的影響，宜選擇集中組屏。

［1］ 劉學軍.繼電保護原理［M］.2版.北京:中國電力出版社，2007.

［2］ 張保會.電力系統繼電保護［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［3］ 汪小民，高新華.變電站分散式與集中式控制系統的比較［J］.廣東電力，1998，11(3):23 －25.