變配電站繼電保護技術的研究與應用

張春岐 方俊杰 任華軍

（山東黃金礦業有限公司三山島金礦 山東 煙臺 261417）

1 變配電站的微機綜合保護裝置

新立35KV變配電站電源引自山東黃金電力公司110KV變電站，變配電站裝機2×6300kw，年用電量4500萬kwh。兩臺變壓器一用一備，輸出電壓6KV。共18路輸出。1991年投運，配置的是典型的常規保護屏，此類繼電器屏弊端較多，部件容易老化，使整定的準確度差，給設備的檢修維護和試驗工作帶來不便，運行可靠性差。為此經過多方面分析比較，決定對該變配電站的二次系統進行改造，采用先進的微機綜合保護，最終選定北京德威特電力系統自動化有限公司的微機綜合保護監控產品。實現了變配電站微機自動監控，優化調度，為遠程中心控制打下了良好基礎。微機保護系統采用分層多CPU并列運行的系統結構，每個CPU由單獨的開關電源供電，可靠性高，檢修維護方便。各模塊系統相關性少，工作運行獨立，單元管理機采用一體化工業控制計算機，集中人機接口和信息處理人機接口界面，可在線進行定值修改。故障報告及調試信息自動存入工控機硬盤，可隨時查閱和打印輸出，并具備軟硬件自檢功能，有更高可靠性。監控系統緊密連為一體。自2007年9月投入運行以來，效果良好。

2 變配電站微機系列保護裝置

根據新立變配電站是35kV終端變電所的特點，結合其一次系統設備和原保護的配置，并經過與生產廠家研討，配置了專為變配電站進行成套而設計的ISA-300微機綜合保護監控產品,替代常規保護,直接構成綜合保護自動化系統。具有主變差動保護、后備保護、非電量保護及35kV、6kV線路保護。ISA-300系列是長園深瑞自動化有限公司為加強產品的人性化操作而設計的全中文界面的微機保護監控產品，具有全程中文顯示，能夠清晰顯示裝置的各種狀態和報警信息，人機界面更加友好，極大的方便了運行人員掌握該產品的使用和理解顯示信息，具有事故音響信號、預告音響信號、直流系統電壓高報警、直流系統電壓低報警 、直流系統接地報警等功能。該系列產品具有面向用戶的開放式軟硬件系統，分布式安裝應用于各種場合等特點，突出解決了微機保護監控裝置在惡劣環境下(如低溫、潮濕、強電磁場干擾、有害氣體、灰塵等)長期可靠運行問題和常規控制、測量與信號的兼容性問題；突出解決了變配電站綜合自動化系統中通訊網絡的可靠性、快速性和多種規約的兼容性問題，突出解決了變配電站設計、調試、運行的快速化、簡單化、智能化和習慣性問題。

2.1 變壓器差動保護

該保護裝置設有差動速斷和比率制動式差動兩套差動保護功能。差動速斷是反映差動電流的速斷電流保護，能保證在變壓器內部發生嚴重故障時快速動作跳閘。比率差動保護完全反映差動電流及制動電流的突變量，不受變壓器正常運行時負荷電流的影響，有較高的檢測變壓器內部相間短路、高壓側單相接地短路及匝間層間短路等故障的能力。該保護還設有TA斷線報警與閉鎖控制、帶延時的非電量保護和非電量保護記錄等功能。

2.2 變壓器后備保護

根據現場要求，保護的二次電流均取自本側TA，主變三側都包括有三段復合電壓閉鎖過流保護，其中I段、Ⅱ段可方向閉鎖，保證了保護的選擇性；一段零序電壓保護；35kV側還設有二段零序過流保護。并設置過負荷發信號、啟動主變風扇、主變有載調壓閉鎖等功能。

2.3 非電量保護

該保護裝置實現了電量保護與非電量保護的徹底分離，由專門的裝置來完成非電量保護。主要是來自變壓器本體的非電量信號，包括瓦斯、冷卻器故障、壓力釋放、溫度過高、油位及油溫等，起動后發出中央信號，并發送給微機保護作為事故記錄，直接跳閘，則起動本裝置的跳閘繼電器。另外，該裝置能自動打印動作信息，且可通過通信將信息傳至監控系統。

2.4 線路保護

線路微機保護裝置，配置了距離保護、零序電流(方向)保護及三相一次重合閘。相間距離保護采用躲負荷性能好，且具有一定耐過渡電阻能力的圓特性阻抗繼電器來實現，接地距離保護采用的是具有較強耐過渡電阻能力的四邊形特性阻抗繼電器。其中距離保護、零序電流保護設有獨立出口跳閘回路，35kV線路與6kV線路均采用二相二元件接線方式且配置了接地選線功能。

3 保護裝置主要硬件結構

ISA-300系列裝置采用分層多CPU并行的系統結構，設有4個保護CPU，單元管理機不參與保護動作行為。而且現時配置的差動保護附件，設置了提高小電流故障檢測靈敏度的工頻變化量比率差動元件，增設了相電流工頻變化量起動元件，采用二次諧波制動，其交流電流隔離變換采用的電流互感器，使變換電流的諧波分量不失真，提高了防誤動的能力。在后備保護的外部電流和電壓輸入，經隔離互感器隔離變換后，由低濾波器輸入到模數轉換器。CPU經過采用數字處理后組成各種繼電器，作為非電量保護，可直接起動跳閘出口回路而無需經CPU進行邏輯判斷，有利于提高動作可靠性。保護采用多CPU并行工作，具有智能型的自檢和互檢功能。CPU1擔負錄波功能，設有相電流差突變量起動，零序電流起動及變位起動三種方式；每次觸發錄波可記錄8個周波，且斷電后不丟失數據。CPU2為距離保護，內設距離保護起動軟件。CPU3為零序保護。

4 微機綜合保護測控裝置功能選擇

變配電站的監控部分采用微機監控系統，保護部分采用微機系列保護裝置。微機監控系統應用分層分布式結構，由主控層和現場層組成，兩層設備功能各自獨立，互不影響，在主控層設備退出運行時，現場層能獨立完成全站運行。分布結構使現場設備的控制彼此獨立運行，模塊化的軟件結構，檢修維護方便。主控層與現場層之間采用以太網絡結構進行數據交換，數據傳輸速率高，實現主控層實時顯示現場層的動態數據，數據庫實時自動更新，歷史數據庫完整保存。主控層硬件由一臺工控機組成，采用windows2000操作系統為平臺，用監控軟件組成監控系統的主控層。在變配電站的應用中，制作了運行監視、主接線圖、開關狀態、保護定值、實時和歷史報表、實時和歷史曲線，歷史事件、輔機狀態等10個項目。主控層系統具備：變配電站運行安全監視功能，包括運行狀態各電量、越限報警記錄、事故記錄、故障狀態、溫度趨勢的監視；數據的采集及處理功能，實時采集現場各種監測量，包括開關量、模擬量、測試量，并進行數據計算、越限報警、電量累計、功率總計；開關控制功能，系統接收操作運行人員開停指令，實現高壓開關的閉合和斷開；自動調節功能，實現電壓控制及經濟運行，實現自動電壓控制，以及人工指令控制；定值設定，報表的生成與打印功能，包括事件列表、歷史報表等打印功能；語音報警功能，當出現設備狀態異常、保護裝置動作時，通過多媒體系統進行語音報警；人機交互界面友好，全中文顯示，簡捷、直觀、操作方便，即使不太熟悉計算機的運行人員也能在短時間內掌握操作方法。現場層由微機綜合保護控制器組成。負責采集35kv(6kv)線路有功、無功、電壓、電流、功率因數、頻率等量，實時顯示和上傳給一體工控機；主要功能是：實現開關的自動控制，控制指令既可在屏上按鈕發出，也可由屏上工控機遙控，或由主控層工控機遙控發出；微機保護與微機監控既統一又不喪失獨立性、高可靠性。在主控層故障時能獨立工作；遙控投切保護，遙控信號復歸，保護定值遠方修改，完整的電氣防跳及控制回路。

5 微機綜合保護自動化運行的特點

變配電站投入運行以來，經過幾年的運行實踐，微機自動化系統裝置具有以下特點：

微機自動化程度高，可以實現無人值班，大大地降低勞動強度，使變配電站成本降低，效益顯著提高。總線式，普通屏蔽雙絞線，直接同PC機連接。解決了微機保護裝置在惡劣環境下長期運行問題和常規控制、測量與信號兼容性問題。

由于采用分層式結構，主控層和現場層設備各自獨立，互不影響；主控層(上位機)設備退出運行時，現場層(下位機)能獨立而完全滿足運行要求，并采用了避錯、容錯、糾錯等技術，實現了較高的可靠性。由于采用分布式結構，模塊化系統硬件及功能分布，現場設備的控制獨立，各設備獨立運行，某一裝置故障不影響其它裝置運行，檢修維護方便。

微機系統的監控軟件，具有友好的人機界面，界面可根據文字提示隨意切換；全中文顯示，簡捷、直觀、操作方便，即使不熟悉計算機的運行人員也容易掌握操作方法。微機綜合保護裝置，與常規繼電保護相比，具有更高的精準度和靈敏度，自動化程度高，故障報告記錄準確。硬件模塊化設計，每個CPU由單獨開關電源供電，故障報告記錄準確，可靠性更高，檢修維護更簡便。

電站的電氣二次線設計工作量小，控制連接電纜少，微機設備裝置占用空間小；施工安裝工作量較少，現場調試也非常簡單，微機綜合保護自動化系統裝置的電源，具備兩套工作電源，由交流220v主供，直流220v備用。裝置本身具有交、直流電源自動切換功能。當電網失電時，確保微機系統仍能可靠工作。

微機系統裝置投運至今，運行狀態良好；數據采集及時、準確；操作保護裝置安全可靠，是現代技術應用的成功之例。

6 結束語

隨著微機綜合保護的日漸成熟與逐步完善，變配電站實施微機綜合自動化值得廣泛推廣。通過實踐，我們切身體會到微機自動化的許多好處。因此，變配電站采用微機自動化是必然之路，發展前景是廣闊的。

［1］王維儉.電力系統繼電保護基本原理[M].北京:清華大學出版社,1991.