智能變電站二次繼電保護裝置的應用設計

摘 要：針對變電站二次繼電保護裝置的應用設計，做了簡單的論述，總結了應用設計把控要點。首先，對智能變電站二次繼電保護技術做了分析。其次，結合變電站建設實例，論述了二次繼電保護系統的具體應用。最后，整理了有關高效應用二次繼電保護系統的設計策略。從智能變電站運行視角來看，二次繼電保護裝置的應用，起到了積極的作用。若想充分發揮其功能作用，必須要做好應用設計質量的把控，保證變電站安全穩定運行。

關鍵詞：智能變電站；二次繼電保護裝置；應用設計；設計要點

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0081-02

現代電力系統中，繼電保護發揮著重要的作用，具體體現如下：①提高電力系統數據信息的安全性。以往使用的保護設備，其保護性能不強，難以起到較好的保護作用，在降低故障發生率方面存在不足。而二次繼電保護裝置的應用，不僅保證數據信息的安全，還能夠防護、監控電力系統。②降低電力系統運行成本。因為二次繼電保護在裝置結構簡單，安裝操作便捷，減少了電網運行投資。③保護性能好。二次繼電保護裝置使用的材料多為絕緣材料，能夠起到保證裝置高性能運作的作用，不僅不會被腐蝕，而且增強了保護作用。④能源消耗少。目前，市場上的二次繼電保護裝置，在實際應用中，能源消耗比較小，故障反應速度快，診斷率較高?；谏鲜鰞烖c，二次繼電保護裝置被廣泛的應用。

1 智能變電站二次繼電保護技術概述

智能變電站的快速發展，帶動著二次繼電保護裝置的應用，此裝置的應用，主要形式為二次繼電保護系統，為變電站的核心，影響著其運行的安全性以及穩定性，也是運維管理的重點。從系統構成角度來說，包括繼電保護系統和監控系統等，利用互感器相互連接，實現對變電站所有設備的全面監控。從變電站目前應用的繼電保護技術來說，存在著以下差異：①保護配置和組屏方案。從各個區域來說，華東地區電網配置，需要兩面保護屏；東北地區和華中地區則需要三面保護屏；華北地區較多，配置四面保護屏。地區不同，保護屏配置差異，體現在電氣量和操作箱方面。在220kV保護線路中，東北地區和華東地區的電網，多使用一面操作屏和兩面保護屏。東北電網中，一面保護屏中，配置了失靈啟動裝置和操作箱等。四川以及重慶的電網，多配置兩面保護屏。②操作箱以及重合閘配置差異。在東北地區以及華中地區的電網配置中，220kV線路通常設置1套操作箱，是獨立配置的。四川地區、重慶地區、華中部分地區，是在保護屏上布置。220kV雙子母線多在線路中，配置重合閘，一般來說東北地區要布置在2套線路中，一套運行，一套備用。若想保證二次繼電保護技術的應用效果，需要做好二次繼電保護裝置的應用設計把控，確保裝置功能得以充分發揮。

2 智能變電站二次繼電保護裝置的應用設計實例

2.1 案例概述

以某220kV變電站為例，隨著區域經濟的快速發展，帶動著用電負荷的增加，變電站在高負荷情況下運行，極易出現用電過載的情況。比如，在2008年夏季，變電站最高運行負荷是526MW，用電高峰期，負載率達到95%，常見用電過載在情況。除此之外，常規變電站采取的是人員值守方式，加之設備老舊，影響著供電的可靠性，威脅著電網運行的可靠性?；诖?，決定對變電站進行智能化改造升級，通過增強變電站的繼電保護能力，保證區域供電的安全性和穩定性?，F結合此變電站升級改造實踐，分析二次繼電保護裝置的應用設計[1]。

2.2 綜合自動化系統

此智能變電站升級改造，運用計算機監控系統開展設計，要求實現無人值守。變電站設計，采用的為分布式網絡結構，實現和變電站內的智能化通信。利用分布式網絡結構，實現變電站內部電氣設備信息共享以及通信。從網絡架構角度來說，主要分為站控層、間隔層以及過程層?；谟嬎銠C控制，遵循IEC61850規則，開展智能變電站綜合自動化系統建模。選擇有源電子電壓傳感器裝置或互感器裝置，支撐信號傳播。組網模式為太網雙星模式，網絡過程層采取的是點對點以及網絡化傳輸形式。將二次設備布置在主控室內；將35kV設備布置在對應的開關柜上。主變壓器裝置以及220kV部分，設置獨立測控裝置，10kV以及35kV設置一體化測控裝置。220kV以及110kV線路使用有源電子組合電路以及電壓互感器裝置，進行信號傳輸。系統主變壓器，選擇的是純光學電流互感器，35kV間隔使用普通電流互感器裝置，220kV以及110kV母線電壓互感器使用的電壓互感器裝置是電子式，35kV母線電壓互感器采用常規的電壓互感器。380V電容器部門采用常規的電壓互感器[2]。

2.3 二次接線

智能變電站二次繼電保護系統的設計，二次接線主要涉及到以下內容：①二次設備布置。在智能變電站內，布置控制室與繼電保護室以及操作員工作站等。在繼電保護室內，布置主變壓器裝置和線路以及母線設備等。在開關柜上，布置35kV測控保護一體化裝置和220V智能控制終端。在獨立控制柜上，布置110kV開關設備智能終端。在變電站的蓄電室內，布置2個蓄電池。合并單元以及間隔保護一面屏；220kV母線或者110kV母線合并單元依據電壓等級一面屏；將35kV母線以及主變，布置在同個控制柜。②計量和測量。按照國家相關規定，此變電站工程計量點，選擇為主變壓器端計量，配置的電能測量儀表，屬于電子式。計量點選擇在220kV線路，分別配置2只計量儀表。以110kV用戶變線路為電能計量點，布置在1只電量測量儀表。若將35kV部分主變間隔設計為普通電量計量點，布置1只模擬量信號采集儀表。③防誤閉鎖以及同期。智能變電站防護系統總計三層，具體包括站控層防護和間隔層防護以及電氣閉鎖，斬空層防誤在主要構成包括防誤閉鎖軟件和電腦鑰匙以及鎖具。其中，間隔層防誤主要包括測控裝置硬件部分以及軟件部分，同期點具體包括110kV以及220kV斷路器，站控層負責監測動作過程信號[3]。

2.4 二次回路參數和輔助電源系統

此變電站二次回路參數如下：①流電壓220V；②交流電壓為380V/2220V；③交流電流為1A。此智能變電站設置了一套連續運轉的交流電源裝置，布置在繼電保護室內部，能夠為各項工作的開展提供充足的電源，比如監控設備和綜合自動化系統運行等。繼電保護室內布置1套電源測試屏，方便開展設備調試。配電屏負責提供電源，滿足繼電保護實驗的基本需求。除此之外，繼電保護室內還布置了二次交流屏，為繼電保護以及自動化裝置中的部分設備，提供充足的電源。

2.5 火災自動報警系統

此智能化變電站升級改造中，對于繼電保護室，除了布置了上述系統外，還布置了火災自動報警系統。通信系統運行，采取的是有線傳輸方式。設置的火災報警系統，主要構成包括聯動控制主機和消防電話主機以及功率放大機等。若發生火災，利用溫度傳感器和煙敏傳感器等，將收集的信號，傳送到聯動控制主機，由主機負責信號處理和發布指令，驅動聲光報警器，及時發布火災警報[4]。

2.6 直流系統

此智能變電站，依據電力工程直流系統設計技術規程相關規定，采取負荷計算方法，計算階梯負荷，蓄電池容量設計時，要分別考慮正常工作負荷以及出現事故工況的100負荷計算。一般來說，事故負荷依據2h計算，系統使用220V直流系統，作為測量系統和中控系統以及繼電保護系統等。使用2組型號為400AH蓄電池，將其和自動化高頻開關相互組合，形成電源裝置。直流系統采取的是單母線分段界限形式，使用高品質智能化開關電源整流器組成成套裝置，包括充電屏和進線屏等。采取直流分配供電形式，監控設備和主變繼電保護裝置，采取的是輻射網絡方式進行供電。開關柜的控制閘，采取的是雙回路供電形式，照明設備和應急照明設備采取獨立供電形式[5]。

3 智能變電站二次繼電保護裝置的應用設計要點

3.1 做好二次繼電保護裝置設計分析

智能變電站二次繼電保護裝置的應用設計，要做好二次繼電保護裝置分析具體如下：①短引線保護和重合閘三級跳設計。在500kV線路上的二次典型設計，若采取雙套短引線保護形式，則可在隔離開關情況下，采取串聯的方式組屏，或者不設置斷路器保護屏。在220kV接線中，則需要設置重合閘，自動保護線路，其余配置能夠忽略。②電壓切換箱以及操作箱接線設計。采取二次典型設計，必須要按照原有的雙重配置，采取單位的方式輸入，保證能夠在切換回路異常狀態下，快速退出一套配置。對操作箱，能夠不設置操作電源切換回路的，要設置斷路器，發揮防跳功能，箱體內部要布置2套繼電器。③母線和斷路器失靈保護設計。依據經驗，結合對失靈保護電流的分析，在進行智能變電站二次繼電保護裝置應用設計時，對220kV雙母線的配置，要采取雙重化標準。其中1套在啟用時作業，剩余1套在失靈時發揮保護作業?？扇∠毩⒌氖ъ`啟動裝置，利用電流來判斷母線保護[6]。

3.2 繼電保護系統的編制

隨著科學技術的快速發展，微電子技術被不斷地推廣應用，在繼電保護裝置中，發揮著重要的作用，推動著電力系統朝向智能化和自動化方向發展。在具體應用的過程中，使用二次繼電保護裝置，其在電壓輸入和輸出方面有著極大的差異，增加了保護裝置運行以及管理難度。對于此問題，相關部門和企業高度重視，提出了系列解決以及應對策略，能夠為繼電保護工作的開展，提供準確的分析。開展智能變電站二次繼電保護裝置的應用設計，要基于相關技術規程，對企業標準開展優化以及整合，實現科學配置以及合理優化，為智能變電站二次繼電保護技術的應用，提供有力的保障[7]。

3.3 做好常見問題的把控

在開展智能變電站二次繼電保護裝置的應用設計時，要做好常見問題的把控，具體如下：①220kV及以下變壓器保護，在配置220kV變壓器誰，要盡量選擇三相式三卷變壓器，依據技術規程相關要求，通常設置瓦斯保護以及差動保護，在高壓側以及中壓側都設置負荷電壓閉鎖過流保護和間隙保護以及零序方向過電流保護；在低壓側布置復合電壓閉鎖過流保護。各側復合電壓閉鎖過流保護以及零序方向過電流保護綜合，能夠充分反映變壓器內部以及各個母線等的接地故障、相間故障[8]。②要做好相關專業的協調。智能變電站二次繼電保護裝置的應用設計，為保證設計功能的發揮，要做好和相關專業協調。系統保護對通信設備的要求，每個規定都不同，因此在進行設計時，要做好協調統一，對系統繼電保護以及系統通信方面，要做出明確的規定。比如，對50km以下的短線路，若條件允許，建議實現雙光纜線路。若無法實現迂回光纜路由的同塔雙回線路盡量設置雙光纜。若1回線路的2套縱聯保護，其全部復用通信專業光端機，要利用2套通信設備進行傳輸。③明確對一次設備的要求。一般來說，對斷路器的要求不高。為了能夠簡化二次回路，以免常電纜開入造成保護誤動，在二次典型設計中，規定斷路器三相不一致保護，而且斷路器防跳以及跳合閘壓力閉鎖等功能要由斷路器本體機構箱實現[9]。

4 結束語

綜上所述，智能變電站二次繼電保護裝置的應用設計，要從多個方面加以分析，最大程度上保障裝置應用設計的合理性和完整性。在具體實踐的過程中，要做好二次繼電保護裝置設計分析，繼電保護系統編制，做好常見問題的把控。通過采取系列措施，做好設計質量的把控。

參考文獻

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收稿日期：2018-9-10