二次繼電保護設(shè)計方法及問題

吉林省新聞出版廣電局六六一臺 張大偉

0.引言

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，對于電力資源的需求量呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢，這促使電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷地擴大，同時也對供電安全及供電質(zhì)量提出了更高的要求。變電站作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，對于整個系統(tǒng)的安全運行有著十分關(guān)鍵的影響力。在變電站設(shè)計、建設(shè)和運行過程中，二次繼電保護設(shè)計是一項基礎(chǔ)性的內(nèi)容，對于整個變電站甚至電力系統(tǒng)的高質(zhì)量運行都起著關(guān)鍵性的作用。然而就目前我國變電站的設(shè)計和建設(shè)過程來看，有些裝置尤其是二次繼電保護裝置或多或少都存在一些問題，比如機電保護裝置和直流系統(tǒng)的二次繼電保護裝置的設(shè)計基本上都會存在一些細節(jié)性的問題，導(dǎo)致裝置運行的精度存在不達標的情況，這在一定程度上影響了繼電保護裝置及其功能的發(fā)揮。因此，為了保障二次繼電保護裝置安全保障功能的發(fā)揮，有必要對二次繼電保護的設(shè)計方法及存在的問題進行深入的研究。

1.二次設(shè)備選型及問題

1.1 零序電流保護

在目前的電力系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)中的電壓超過110KV，就會產(chǎn)生單相接地的故障，而這種故障在整個電力系統(tǒng)故障中的發(fā)生比例比較高，也是二次繼電保護設(shè)計工作中重點關(guān)注的內(nèi)容。而在解決單相接地故障的過程中，最有效的方法便是零序電流保護，這種方法能夠快速達到接地保護的目標，從而快速解除這一故障。

而對零序的保護只需要借助通用的定時比較器，并通過連續(xù)增加和計算數(shù)據(jù)模式來加以實現(xiàn)。在主程序開機或復(fù)位以后，相應(yīng)程序會對系統(tǒng)和變量以及事件管理器和中斷進行初始化，其中中斷主要是對整流電壓和電感電流進行相應(yīng)的輸入和輸出。在初始化完成以后，系統(tǒng)會對這些模擬信號進行采樣，同時進行A/D轉(zhuǎn)換，最后再進行電力系統(tǒng)中電壓環(huán)路的調(diào)節(jié)，以確保電力系統(tǒng)的正常運行。而在零序電流保護中，常用的元件是零序電壓和電流組成的方向元件。

1.2 母線電壓切換

就目前來看，變電站的母線接線方式有很多種， 而雙母線連接是其中一種比較常用并且效果比較好的。在雙母線連接的模式下，線路的運行需要有相應(yīng)的母線側(cè)隔離刀閘來完成母線電壓的切換任務(wù)。在整個電力系統(tǒng)運行過程中，如果線路中的隔離刀閘出現(xiàn)諸如接觸方面的故障，勢必會造成諸如失壓等方面問題的出現(xiàn)，最終影響用電情況。因此，在進行繼電器進行采購、安裝和使用過程中，一定要根據(jù)整個電力系統(tǒng)運行的要求來進行選擇，確保繼電器等裝置能夠滿足雙位切換的要求。

1.3 變電站后臺系統(tǒng)

作為針對整個變電系統(tǒng)的性能和效率進行監(jiān)控的重要裝置，變電站后臺系統(tǒng)尤其是后臺監(jiān)控裝置對整個變電系統(tǒng)性能和效率等信息的掌控都具有一定的影響，而電力系統(tǒng)高標準的要求使得變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的性能等方面的要求也比較高。在對變電站系統(tǒng)進行自動化設(shè)計的過程中，關(guān)于變電站后臺系統(tǒng)設(shè)計的一些細節(jié)性問題容易被忽視掉，導(dǎo)致變電站后臺系統(tǒng)的運行存在諸多的隱患。因此，在對變電站后臺系統(tǒng)進行設(shè)計時，需要進行電流的輸出和計算寄存器值和占空比，同時產(chǎn)生PAM信號控制開關(guān)。在電力系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的情況下，變電站直接供電，電源電流作為后備電源待用。而在選擇逆變器時，逆變器容量的大小需要在500～1000VA，這樣可以解決變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中所存在的問題，并且能夠?qū)﹄娫措妷哼M行穩(wěn)定，進而保證整個電力系統(tǒng)運行的可靠、安全。

2.繼電保護裝置及組屏方法

對于二次繼電保護設(shè)計方法及問題研究來說，除了上述的二次設(shè)備選型方法及問題這一研究內(nèi)容以外，還有繼電保護裝置及組屏方法及問題，這一問題的研究直接關(guān)系到電力系統(tǒng)整體的安全運行情況。

2.1 母線與斷路器保護失靈

在電力系統(tǒng)及相關(guān)裝置的實際運行中發(fā)現(xiàn)，一旦母線保護與斷路器等相關(guān)裝置出現(xiàn)嚴重失靈的情況，就會造成繼電保護裝置的失效。而影響母線保護與斷路器正常運轉(zhuǎn)的因素有很多，具有明顯的復(fù)雜性。在這樣的情況下，相關(guān)技術(shù)人員在進行系統(tǒng)構(gòu)建和維護過程中要采取必要的措施來保證線路的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)母線保護和斷路器出現(xiàn)嚴重失靈的現(xiàn)象。具體來說，在進行二次繼電保護設(shè)計過程中，要從以下幾方面做好相關(guān)的工作。

第一，在裝置配備時，要在雙母線中設(shè)置二重失靈保護裝置，借助這些保護裝置強大的失靈保護功能來防止出現(xiàn)嚴重的失靈現(xiàn)象，從而保護母線。

第二，在具體的失靈保護裝置運行過程中，相關(guān)人員要盡快啟動一對一模式，對相關(guān)的保護裝置進行簡化處理，從而提升電流的判別效率，確保裝置的穩(wěn)定性和安全性。

第三，相關(guān)工作人員要加強對于電力判別工作的重視度，做好母線的具體保護工作，防止因為主變壓器或者母線故障而導(dǎo)致失靈保護裝置無法正常運行。

2.2 線路重合閘

母線保護具有對出現(xiàn)失靈保護情況下的相關(guān)電流進行判定的功能，并且母線保護與線路重合閘具有密切的聯(lián)系，因此，在進行二次繼電保護設(shè)計時，要盡可能在斷路器的輔助設(shè)備的配備方面留有一定的冗余，并且在相關(guān)線路中設(shè)置重合閘。而在具體的進行設(shè)計過程中，一般應(yīng)確保兩套保護裝置彼此之間的相對獨立，以提升保護裝置的可靠性，同時也并簡化相關(guān)的電路。在對雙母線接線進行再次設(shè)計時，要嚴格遵循國家的相關(guān)規(guī)定，對二套線路保護配備相應(yīng)的重合閘功能，這可以保障線路保護的三條回路與重合閘相連通，同時在此進程中所使用的合用線路保護也要進行三跳，這其中，二套保護裝置不會與三跳發(fā)生任何的關(guān)聯(lián)，從而確保繼電保護裝置及功能的良好實現(xiàn)。

2.3 電壓切換箱接線

在對電壓切換箱進行設(shè)計時，要借助雙位置接點的設(shè)計來避免因為線路的接觸不良而導(dǎo)致的失壓問題。同時，要防止因為在檢修過程中，相關(guān)人員不正當?shù)氖┕げ僮骺赡茉斐傻姆此碗姸a(chǎn)生的不安全事故。在進行二次繼電保護設(shè)計過程中，如果電壓切換箱已經(jīng)具備了較好的雙重保護功能，就要在設(shè)計隔離刀閘輔助接點時，要將其設(shè)計為單輸入方式，使得一旦出現(xiàn)刀閘輔助接點故障時，防止切換回路出現(xiàn)異常所可能導(dǎo)致的隱患，保障二次繼電保護工作的正常運轉(zhuǎn)。

3.二次繼電保護設(shè)計過程中需要注意的問題

雖然變電站二次繼電保護設(shè)計的方法和策略相對比較多，但整個電力系統(tǒng)及繼電保護工作的復(fù)雜性決定了并不是任何設(shè)計方法都可以隨意地使用的，要在設(shè)計工作過程中注意方法的科學(xué)性和合理性。

3.1 嚴格按照二次繼電保護設(shè)計的要求進行操作

二次繼電保護設(shè)計要遵循一定的規(guī)定和要求，從而確保繼電保護裝置和功能的良好實現(xiàn)。具體來說，相關(guān)的設(shè)計要求主要體現(xiàn)在三個方面：①對雙母線的設(shè)置進行雙套電流保護；②對二次繼電保護進行雙重化配置后，變電站所使用的線路或變壓器與失靈保護需要采用一對一的啟動方法；③在設(shè)計過程中要撤銷各間隔相對比較獨立裝置的失靈保護設(shè)備，從而確保對失靈電流的保護進行的判斷效果。

3.2 協(xié)調(diào)通信專業(yè)

一般情況下，由于兩個專業(yè)的通信設(shè)備要求在規(guī)定上存在較明顯的差異，因此，需要對二次繼電保護設(shè)計與系統(tǒng)通信之間的規(guī)定進行相應(yīng)的調(diào)整，以實現(xiàn)繼電保護工作的要求。而在實現(xiàn)協(xié)調(diào)通信專業(yè)方法，主要使用的方法有三種，即：①對于長度小于 50 km的短線路，如果沒有迂回光纜路，則在同塔雙回路上設(shè)置雙光纜；②當通信專業(yè)光端機同時使用在一回路的兩套縱聯(lián)保護中時，應(yīng)建立相對獨立的光通信設(shè)備，從而保護相關(guān)通信信息的獨立傳輸；③當繼電系統(tǒng)使用的是專用光纖芯通道時，應(yīng)通過通信光配線架直接引接來保護光纖，確保繼電功能的順利發(fā)揮。

3.3 對一次設(shè)備的要求

為了盡可能多地簡化二次回路，避免由于長電纜開入等而引起保護誤動等問題，在進行二次繼電保護設(shè)計過程中，要去除斷路器，實施三相一致保護，讓斷路器本體機構(gòu)箱來負責(zé)跳合閘壓力閉鎖、斷路器防跳等功能，從而達到簡化線路的目的。此外在進行二次繼電保護設(shè)計過程中，還要對雙母線接線的線路電壓互感器進行相關(guān)的標準要求，在每個雙母線接線間隔之間使用三相線路電壓互感器，在簡化電壓切換回路的同時保護繼電保護裝置的安全可靠運行。

當然，除了上述幾方面的注意事項以外，更多地需要提升相關(guān)技術(shù)人員操作的規(guī)范性和嚴格性，使相關(guān)的操作能夠保持在科學(xué)、合理的程度。

4.結(jié)語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力事業(yè)的發(fā)展取得了明顯的進步，無論是安全性能方面還是運行效益方面都實現(xiàn)了較大的突破。而在電力系統(tǒng)不斷優(yōu)化升級的過程中，繼電保護裝置的功能和作用得到了普遍的認可。而為了迎合電力系統(tǒng)的需要，市場上出現(xiàn)了許多制造繼電保護裝置的廠家，這些不同品牌的產(chǎn)品在性能和參數(shù)方面存在一定的差異，對繼電保護裝置的規(guī)范化管理提出了一定的挑戰(zhàn)。在這樣的情況下，只有通過對繼電保護裝置的性能和參數(shù)等情況進行深入的研究，并就二次繼電保護的設(shè)計方法及相關(guān)的問題進行研究，才能夠保證繼電保護裝置功能的優(yōu)化提升，這也是在接下來電力系統(tǒng)研究與實踐過程中重點關(guān)注的問題。

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