110kV變電站的自動化繼電保護策略探析

摘 要：隨著電力行業技術的不斷應用及更新，110kV變電站自動化繼電保護也將隨之不斷進步及發展。本文重點強調了變壓器及保護系統，并考慮了用戶在具體的供電可靠性。比如當故障發生在低壓線路出口，如果其真空斷路器，在具體分斷上沒有成功，或沒有發揮相應保護作用本文采用了將變壓器低壓側斷路器速跳開，以此達到排除故障的目的，并未等待第二、三段保護。

關鍵詞：變電站；自動化；110kV；繼電保護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.160

所謂繼電保護裝置就是對所發生的故障及時發現并進行切除，并能夠實現實時自動化報警的一種裝置形式。本文通過對110kV變電站繼電保護的任務形式進行分析，并他通過實際案例就110kV變電站所存在問題及相應繼電保護策略進行探討。

1 繼電保護的任務分析

如果受保護電力系統相關元件出現故障狀況，應由故障元件對應的繼電保護裝置，及時、準確地將跳閘命令，發送給故障元件相近斷路器，保證故障元件能夠及時、快速的從電力系統當中予以斷開，促使電力系統元件自身損壞最大限度降低的目的，并就電力系統在安全供電方面所受到的影響盡量降低，并對電力系統的在某些特定條件下的基本要求予以滿足。針對繼電保護來講，其還能夠根據電氣設備相應非正常運行狀態做出及時反應，并根據設備運行維護條件和不正常工作所存在不同，將預警信號及時發出，方便值班人員及時發現，并對故障進行及時診斷及排除，針對那些雖然沒有發出預警信號，但是如若繼續運行，則可能出現危及電力系統的電氣設備，經對其進行及時更換或切除，如果那些繼電保護裝置反應不正常，則可對其實施相應延時設計操作。

2 110Kv變電站自動化繼電保護中所存在的問題

2.1 變壓器后備保護當中所存在的問題

針對變壓器燒毀的情況，主要有以下三種狀況，首先，許多變壓器針對瞬間沖擊電流，其在具體耐受能力方面出現不強的狀況，對于長時間大電流不能承受。如若存在變壓器低壓側近區發生相應短路狀況，且大電流對變壓器造成一定沖擊，并對變壓器的穩定性造成破壞，則會最終造成變壓器燒毀的狀況；如果出現變壓器低壓側發生短路且時間較長，則會由于變壓器內部出現故障，最終造成被燒毀的狀況。其次，針對變壓器低壓側來講，其缺乏相應無雙重保護措施，對于真空斷路器，其在失靈狀況下也缺乏相應保護措施。變壓器10kV側母線，其主要依據主變10kV側過流，在具體保護上所存在的延時，以此實現故障排除。針對變壓器10kV側過流保護來講，如果其構件真空斷路器出現失靈或拒動現象，高壓側過流對于低壓側，前者在故障靈敏度方面不夠，同時，如果真空斷路器在分段方面不能將其作用給予發揮，就難以排除低壓側故障。最后，如果故障出現在10kV出線間隔，如果配電設備質量不高，或者配電裝置內部電器間隔距離不夠不達標，就會導致母線故障的產生。

2.2 低壓側近區故障

如果短路現象發生于變壓器出線近區，并且不能及時、有效的排除故障，或10kV側母線發生短路，都會對變壓器造成嚴重威脅，最終導致嚴重性的設備事故。

3 110kV變電站自動化繼電保護策略

3.1 變壓器后備保護的具體措施

針對變壓器燒毀的誘使因素，排除低壓側母線的故障之外，還有真空斷路器靈敏度提升、將10kV母線切除、將出線近區的故障切除及對低壓側的雙重化保護給與加強之外，還具有以下措施。

3.1.1 復合電壓閉鎖過流保護

當前無論任何電力設備及線路，其在具體的運行過程中，任何時間內，均需要具有獨立完整性的兩套繼電保護裝置，利用兩臺完全獨立的斷路器，來實現控制及保護的目的。如果當中的一套保護裝置或設備，出現斷路器停止工作的狀況，另一套設備及斷路器就會將線路斷開，然后及時發現故障并給與排除。針對此種原則，低壓母線如若存在變壓器高壓側，在復合電壓閉鎖過流中出現對低壓側的故障感應存在不靈敏度狀況，可在變壓器低壓側放置一套過流保護裝置，并且兩套保護裝置，不管直流或交流，其均處于獨立狀態，這樣就能彌補原低壓側過流保護對變壓器的保護，此外，還應根據低壓側先跳以及高壓側后跳的實際情況，延長低壓側過流保護時間，以此達到跳總出口的目的，同時，還可聯合使用高、低壓側復合電壓閉鎖，達到提升高壓側復合電壓閉鎖對于低壓側短路的靈敏度。

3.1.2 變壓器在接地后備的保護舉措

將放電間隙過流保護相應延時進行增加，并將切除接地故障的時間留出，能夠對不接地變壓器放電間隙過流保護，所存在的搶先動作予以解決。對于變壓器過電壓來講，在運行過程中，3U0零序過電壓保護有效性，相比于放電間隙過流保護，要明顯高于后者，因此，針對那些新建110kV變電站來講，將110kV母線三相電壓互感器予以建設十分必要，此外，還應不斷完善放電間隙過流保護，以及中性點零序過流保護和零序過電壓保護等，增加變壓器接地保護所存在運行方式的靈活性及可靠性。

3.1.3 對CT位置給予正確選擇

對于變壓器差動CT來講，其10kV側最佳位置，應與斷路器緊挨，并且還應在母線側，此種做法對于10kV斷路器，對其在分斷方面不能發揮作用時，如果進行起弧操作，可利用差動保護排除故障。如果不方便，還可采取將CT裝于母線側，但是應靠近斷路器。此外，在靠近變壓器位置，安裝相間過流CT，促使其能夠對引線、套管進行保護，對變壓器套管CT優先采用。

3.1.4 避免直流電源消失

如果變壓器采用一個直流電源進行保護，若低壓側故障的同時直流電源消失，其所造成的后果將非常嚴重。例如，某220kV變電站，其容量為150MVA的主變發生的兩次燒毀狀況均與直流電源中斷存在直接關系。究其原因是110kV出線發成故障，造成斷路器爆炸，并導致蓄電池出現引線不良的狀況，致使直流電源中斷，最終導致主變燒毀。為了防止上述事故的再次發生，應對直流電源的可靠性進行提升，因此，對同一個對象提供保護的兩套裝置在直流電源上要具有獨立性。

3.2 低壓側近區故障的具體保護措施

首先，對限時電流速斷保護進行增加。當出現高壓側復合電壓閉鎖過流，相對于低壓母線，出現靈敏度不夠狀況，可在低壓側增加一套過流保護裝置。此種新增保護舉措，還應采取限時速斷，并將其配合于低壓出線速斷，先本側限跳，然后總出口限跳。此外，針對原過流保護要與出線過流進行配合，先行本側限跳，而后對總出口限跳。如果存在在靈敏度非常高的狀況，可將原低壓側過流進行兩段式設計。針對第一段，可實施限時速斷，然后與出線速斷相配合，均對跳本側予以作用；針對第二段，其實際為過電流，將其與出線過流進行配合，同樣采取先本側限跳，后總出口限跳的對應方式。對于上述狀況來講，當增加限時速斷后，如果故障發生于低壓母線，或送出線近區，對于新增加的限時速斷裝置，其就會在以1到2個級差實施短暫延時，并就變壓器瞬間跳開，實現故障排除的目的。

其次，將母線保護裝置增設。針對低壓母線，如若其存在短路容量大狀況，并且變壓器低壓側的限時速斷保護對本母線不夠靈敏，以及變壓器對低壓側短路耐受能力較差，應適當增加母線保護裝置，就低壓母線故障排除時間進行縮短。

最后，將保護級差縮短。將后備保護在切除時間上進行加快，其中最為有效辦法為縮短保護配合時間級差。目前，新建的變電站絕大多數均運用微機保護，如果選用更換元件，將與變壓器后備保護具有配合關系的普通時間元件，更換為高精度時間元件，可將時間級差從0.5s降至0.3s，其保護極差縮短比例達到40%，若在全網范圍內推廣，不僅可以達到提高設備及系統安全性的目的，同時還可對故障電流的持續時間予以減少。

綜上所述，針對整個供電系統來講，其在具體的運行過程中，隨時都有可能發生一些故障或者非正常運行的狀況，對供電的可靠性造成嚴重影響，并對整個變電站造成嚴重后果。至此，為了更好保證供電的安全性和可靠性，在供電系統運行裝置中，需將繼電保護裝置加入其中，及時切離故障元件的電源，達到對故障蔓延對生產、生活造成影響予以防止的目的。

參考文獻：

[1]王云飛.110kV綜合自動化變電站的電氣二次設計電力系統繼電保護新技術發展分析[J].城市建設理論研究：電子版，2014.

[2]陳永忠.分析110kV變電站綜合自動化系統設計思路和體會[J].廣東科技，2008，10（10）：112-113.

[3]茹立鵬，黃勇強.110kV智能變電站繼電保護裝置的實施及測試檢驗[J].自動化應用，2013，9（09）：71-73.

[4]莊磊.略論110KV變電站繼電保護故障及改進對策[J]. 山東工業技術，2015（19）：131-131.

作者簡介：高世偉（1981-），男，中級工程師，研究方向：繼電保護。