220kV 變電站綜合自動化系統與繼電保護研究

張佳ZHANG Jia

（國網山西省電力公司呂梁供電公司，呂梁 033000）

（State Grid Shanxi Electric Power Company Lvliang Electric Power Supply Company，Lvliang 033000，China）

0 引言

近年來，我國電力工業的發展，取得了很大的進步。作為我國重要的能源工業之一，電力工業具有廣闊的應用前景，并且由于信息傳輸技術的進一步發展，變電站綜合自動化系統也取得了重大的進展，以其簡單可靠、拓展性和兼容性好的特點被國內越來越多的用戶接受。在變電站運行正常的時候，變電站中的繼電是不會觸動保護模式的，因此繼電裝置也可以作為是否發生電力故障的檢測儀器使用。當發生電力故障時，電力系統元件的不正常和報警信號就會被繼電保護裝置反映出來，繼電裝置迅速地將信號傳達出去并在第一時間跳閘，減少大面積停電事故的發生，使得電力系統整體上安全平穩運行。目前，由于大容量發動機、超高壓和大電網的投入運行，對電力系統的安全性、穩定性和可靠性提出了更高的要求，如果不能及時更新陳舊設備和進行技術改造，則很有可能出現較大的電力事故，所以對220kV 變電站綜合自動化系統和繼電保護進行研究，具有十分重要的意義。

1 220kV 變電站綜合自動化系統概述

220kV 變電站綜合自動化是指變電站系統利用計算機系統、現代網絡通信技術等，形成變電站控制、測量和保護等功能于一身的監控系統。作為一種新型的自動裝置和系統，具有技術先進、拓展性強和可靠性高的特點，其功能更是集監測、報警、記錄和保護等于一體，能夠實現網絡資源共享、數據清查和監控等。其系統結構主要分為三個方面：分別是主控樓、通信管理層和現場控制層。

1.1 對主控樓分析 該系統的主控樓以上層網絡的計算機為核心，具有采集、分析、處理和命令數據的功能，通過建立和管理數據庫，為用戶提供各類數據報表。即便這些計算機中的一臺壞掉，仍不影響整體系統的運行。

1.2 對通信管理層分析 由于科技發展和用戶要求的提高，自動化通信系統的發展也越來越追求穩定性、可靠性和兼容性。這樣才能迅速完成調度系數、監控系統以及終端設備之間的信息交換，同時也能夠兼容不同廠商的各種設備，有較強的抗壓能力，達到無人值班的要求。

1.3 對現場控制層的分析 現場控制層由三部分組成，分別是微機保護裝置、智能監控裝置和整流機組。這一層與前兩者不同，主要進行電氣設備的保護，數據的采集和命令的執行，并將收集的原始數據向主機發送。

2 220kV 變電站綜合自動化系統下的繼電保護

2.1 繼電保護的基本職能 ①能夠迅速、及時地將電氣元件的不正常情況表現出來，并根據收集到的情況，進行減負荷、跳閘和信號的發出工作，為值班人員及時發現問題和進行檢修提供必要的參考信息。②能夠自動、并且有選擇地跳開斷路器，避免電氣元件繼續被損壞，使其他沒有故障的元件正常工作。

2.2 電力系統對繼電保護的要求 ①速度性要求。繼電保護必須在第一時間發現故障問題及其出現的位置，減少用戶在電力故障狀態下工作的發生幾率，一方面保護電氣元件，將損傷程度降到最低；另一方面提高電力系統運行的穩定性，避免電力故障蔓延，造成更大的破壞。②靈敏度要求。這主要是針對發生電力故障時的反應能力而言的，這就要求繼電保護裝置在自己的保護范圍內，無論何時、何地、何種類型的電力故障都能準確做出反應。③選擇能力強。這就要求繼電保護裝置在發生電力故障時，能通過最小范圍的操作，將出現電力故障的部位檢查出來并將其切除，這樣影響的范圍就比較小，而其他部位則可以正常工作。④準確可靠性要求。繼電保護裝置在自己的職責范圍內，應該積極主動對故障問題做出反應，而沒有故障時就不能發出錯誤的信息，誤導工作人員，保證檢測效果的準確性。一旦繼電保護發出錯誤的信號，對電力工作的檢查維修等會帶來很大的影響。

2.3 繼電保護的基本工作原理 本文研究的220kV 變電站綜合自動化系統下的繼電保護裝置，是用珠海優特公司生產的UT-2000 型綜合系統。通過對該系統下繼電保護的工作原理，進行了檢測操作，可以作為同類變電站繼電保護裝置工作原理的代表。變電站繼電保護裝置是根據電力發生故障時，電流量加強、電壓的升降、頻率正常與否和溫度升高等現象來確定是否發生電力故障，然后根據故障的情況發出報警信號。其中分析電流量的大小，有選擇地進行跳閘的被稱為反時限保護，當電流量越大時，跳閘的速度越快。而依據時間進行跳閘工作的被稱為定時間保護，這種保護方式在電流量超出一定量后，經過特定的時間段后才會跳閘，此外瓦斯和溫度的影響被稱為非電量保護，采取的跳閘方式也不同。

而變電站繼電保護的可靠性系數是一個相對固定的經驗值，在計算繼電保護的工作值時，要將計算出的結果再乘以可靠系數，這樣得出的結果才是準確可靠的，這個范圍一般是1.3-1.5 之間。而繼電保護的靈敏度是由發生電力故障的最小值和保護動作結果來決定的，一般范圍在1.2-2 之間，當然還要根據設計規范進行選擇。

2.4 變電站繼電保護的分類 ①發電機實施保護。發電機能夠實現對電力的保護，是因為發電機在保護時有定子繞組短路、接地、過電壓，發電機外部短路、對稱過負荷等。而發電機的出口方式則是停機、解列和縮小故障范圍。②線路實施保護。線路保護的原理主要是根據電壓等級的高低，電網中接地方式的不同，電力運輸線路的長度大小，可以采取相間短路、單相接地等方式開展保護。③電力變壓器實施保護。電力變壓保護器通過引出線相間短路、中性點接地單向短路、繞組匝短路、外部短路的方式完成保護任務，把外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓和過負荷，變壓器溫度升高等問題解決。④電力電容器實施保護。電力電容器以內部故障和引出線短路、電容器組和短路器之間連接線短路，電容器組中某一故障電容切除后引起的過電壓、電容器組過電壓等方式開展保護。⑤高壓電動機的保護。高壓電動機通過定子繞組相間短路、定子繞組過負荷、低電壓，同步電動機失步、失磁和非同步沖擊電流等方式來進行保護。

3 結束語

近些年，由于科學技術的進步，計算機、通信、互聯網和電子技術越來越發達，變電站的管理方式也采用了自動化的管理系統，而且這種綜合自動化技術也成為我國電力工業進步的重要方面之一。而在綜合自動化系統下的繼電保護措施也被工作人員，大量地研究出來，在保護電力系統正常運營方面發揮了重要作用。因為繼電保護與安全制動裝置具備發現電力系統運行不暢等故障，并迅速地收集相關信息，在最短時間、最小范圍內、準確可靠地將故障切除，保證其他部分電力工作的正常開展。本文作者結合多年工作經驗，對220kV 變電站綜合自動化系統及繼電保護進行了認真地分析，重點研究了自動化系統的構成和繼電保護的作用，對電力工作的實際開展具有指導意義，但是文章中仍存在一些不足，有待今后進一步探討總結和完善。

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