繼電保護技術原則在變電站二次設計中的應用

張起源

（福州萬山電力咨詢有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在現代科技的支持下，繼電保護技術日益成熟，出現了多種保護型號與種類。繼電保護廠家設備差別大，會直接影響工程建設、電力系統運維效益。在變電站工程中，為了統一繼電保護應用，必須全面遵循繼電保護技術原則。在該研究中，重點分析了繼電保護設計原則、配置、選型以及組屏等內容，同時闡述了二次設計注意事項，為二次設計工作提供支持。

1 二次繼電保護原理與設計原則

繼電保護裝置在電力輸送中占有重要的地位，會影響電力輸送穩定性。電力企業注重繼電保護建設，維護電力輸送效益。通過保護裝置控制措施，能夠加強電力輸送效果，確保電力企業供電安全性[1]。多數變電站傳輸電力能源時，需要借助二次繼電裝置輸送電力，同時架設電力輸送渠道。科學地控制繼電保護裝置，可以消除電力輸送的不良隱患，確保技術控制與應用效果，保證電力企業供電的安全性。按照繼電保護裝置應用的要求，其運行原理如下：基于繼電保護裝置應用效果、環境因素分析，在應用保護裝置時，必須滿足設計標準與技術規范，根據裝置配置，落實阻屏設計原則。針對不同生產廠家繼電保護裝置，應當考慮到規格與性能差異，滿足生產應用需求。

在變電站二次設計中，應當遵循繼電保護規定與標準，符合電力行業繼電保護規范，特別是功能要求、保護配置、回路設計標準。針對保護配置，注重“主保護加強、后備保護精簡”原則，同時對保護配置經濟性、適用性與合理性予以分析。通過繼電保護裝置，能夠發揮出保護功能，減少外部輸入量，降低設備與回路的依賴性。注重二次回路設計優化，在保證繼電保護功能的同時，精簡屏內裝置連線、屏間連線數量。

2 變電站二次繼電保護保護現狀

2.1 設備帶電檢修

開展設備帶電檢修時，必須編制檢修計劃，明確檢修范圍，并做好安全隔離控制，以免出現人為漏項。在檢修操作時，嚴格地按照計劃要求，避免對其他設備運行狀態造成影響，危害人身安全。

當電流互感器位于二次回路時，為了防止互感器二次側開路，不能斷開回路永久接地點。在短路電流互感器中，二次繞組需要應用短路片，保證短路可靠性，防止導線纏繞，也可以避免運行在短路端子、電流互感器回路上。當電壓互感器位于二次回路時，應當防止二次側開路出現高電壓，進而出現故障。當電路互感器位于二次回路時，為了減少二次側接地、短路故障，應當拆解電壓端子連接片，避免其碰觸鄰近端子[2]。在拆解電壓線頭時，用記號進行標注，并且使用絕緣布包裹。在操作期間，合理地應用絕緣工具，嚴禁使用保護裝置，以免影響保護裝置運行的安全。

2.2 設備停電檢修

針對檢修設備，應該斷開電壓回路、電力回路、電流互感器，保護母線回路電流。斷開啟動失靈保護跳閘回路，可以有效地保護啟動遠跳裝置。此外，針對待檢修設備，應當啟動中央信號，斷開故障錄波回路，全面發揮變電站二次繼電保護的效果，維護變電站運行的可靠性。

3 繼電保護技術原則在變電站二次設計中的應用

3.1 二次設備選型

對于變電站二次繼電設備，在選型過程中，必須聯合工程實況，全面分析電力系統發展規劃、電網結構、設備組成、專業技術和經濟成本等問題，同時要兼顧工程經驗，確保現場施工、后期運維的有效性。合理應用保護裝置，積累運行經驗，嘗試應用新型繼電保護裝置。當2組主保護采用雙重化配置時，應當選擇不同廠家、不同型號的設備。

3.2 繼電保護配置和組屏方式

3.2.1 主變壓器保護

對于110 kV變壓器，主要采用非電量保護、電氣主保護、各側后備保護裝置等方案，將其組合為一面屏。技術人員通過分別組屏方式，可以應用雙套主后合一電量保護方案、非電量保護配置方案。電氣主保護，應用差動速斷保護、比率差動保護方式，同時配置故障分量差動保護，能夠準確反映出輕微故障[3]。對于高壓后備保護，則需要配置負壓閉鎖保護、間隙保護、零序過流保護、過負荷保護。對于低壓后備保護，則需要配置簡易母差保護、過負荷保護、閉鎖過流保護。對于非電量保護，則需要配置調壓重瓦斯、本體重瓦斯、壓力釋放、高溫度保護及壓力突變。對于220 V及以上電壓變壓器，則配置雙套獨立主后一體化保護裝置，準確地反映出變壓器異常狀態、故障隱患。例如非電氣量保護、微型電氣量保護。針對雙套電氣量保護，則各自組一面屏；非電氣量，則單獨組一面屏。2套主保護應用不同的涌流閉鎖原理，以此實現比率差動保護，在每套主保護中，設置差動速斷保護功能。高壓、中壓側后備保護，配置雙段偏移性阻抗保護、兩端零序過流保護、閉鎖過流保護，同時應用過負荷保護、零序過壓保護、零序過流保護。低壓側后備保護，配置雙段復壓閉鎖過流保護、簡易母差保護、過負荷保護等。圖1為母差保護邏輯圖。對于非電量保護，則配置調壓重瓦斯、本體重瓦斯、壓力釋放、高溫度保護及壓力突變。技術人員按照工程實況，采用自定義保護措施。由于重瓦斯作用明顯，為了避免設備長時間運行導致重瓦斯節點故障，對跳閘保護造成影響，需要在重瓦斯繼電器上配置3付節點，3付節點并接后，接入保護設備。

圖1 母差保護邏輯圖

3.2.2 線路保護

每回110 kV線路配置，均帶有重合閘功能、主后一體線路保護，在每一套線路保護裝置上，均組一面屏。對于單側電源線路負荷端，則無需配置線路保護。電源側變電站，需要配置線路主保護，以此實現縱聯距離保護，如圖2所示。雙側電源、短距離、多級串聯線路，在線路上各自配置線路主保護，采用光纖電流差動保護。后備保護配置相間、接地距離保護、PT斷線過流保護、零序過流保護、不對稱相繼速動、雙回線速動，同時發揮出自動重合閘功能。

圖2 縱聯保護

當線路電壓等級高于220 kV，每回線配置雙套獨立、完整、主后一體線路保護，在每一套保護裝置上配置雙通信通道。針對重負荷、遠程主干線路，則應當配置多套線路保護。基于主保護單元組成保護屏，由主保護和附屬設備共同組屏。主保護可以配置縱聯距離保護、光纖電流差動保護，在每個回路上包括一路光纖通道，配置光纖電流差動保護[4]。當線路具備雙路光纖通道時，則應當配置雙套光纖電流差動保護。后備保護需要配置零序過流保護、接地距離保護、三相不一致保護、自動重合閘保護、過流保護。

線路保護通信通道主要包括專用光纖通道、復用2M通道。當線路保護配置時，明確保護通信通道采用的是哪種通道，如果為復用2M通道，就需要配置光電轉換裝置，可以獨立組屏安裝于通信機房。

3.2.3 母線保護、斷路器失靈保護

在110 kV母線上，配置微機母線保護。在每條220 kV母線上，配置獨立、完整的母線保護裝置。每套母線保護組成一面屏。在每套母線保護上都設置斷路器失靈保護器。當斷路器失靈時，經過母線保護出口，可以跳到其他母線斷路器上。每一套母線保護上，配置失靈保護與母差保護，上述保護均采用一個出口。

對于220 kV以上斷路器，核心110 kV斷路器，應當配置失靈保護。失靈保護應用三相、分相啟動方式，同時設置1個三相跳閘開入，3個分相跳閘開入。斷路器失靈保護，瞬時分相動作會在跳閘線圈跳閘，經過Ⅰ段延時，可以跳到斷路器三相；經過Ⅱ段延時，可以跳到鄰近斷路器。失靈瞬間跟跳邏輯如下：兩相跳閘聯跳三相、單相跟跳、三相跟跳。經過電流啟動量、失靈相電流定值管控。

對于500 kV及以上線路，斷路器失靈保護應具備遠跳功能，即線路故障時，如果端斷路器未正確動作，則本端斷路器失靈保護通過光纖通道，跳開對端斷路器。

3.2.4 高抗保護

線路配置高抗保護時，采用雙套獨立配置模式，監測高抗本體異常狀態、故障隱患，例如非電氣量保護、微型電氣量保護等。對于雙套電氣量保護，則各自組一面屏；對于非電氣量保護，則單獨組一面屏。電氣保護按照主后合一方案配置。在每套主保護中，設置差動速斷保護功能、匝間保護功能。后備保護設置過流保護、過負荷保護、零序保護功能。對于非電量保護，則配置調壓重瓦斯、本體重瓦斯、壓力釋放、高溫度保護和壓力突變等。技術人員可以按照工程實況，采用自定義保護措施。與主變一樣，建議在重瓦斯繼電器上配置3付節點，3付節點并接后，接入保護設備。

3.2.5 操作箱

在控制回路保護中，操作箱是重要的組成部分，保護裝置動作、遙控出口，都可以利用操作箱，對斷路器進行控制，實現分合閘操作。所以，操作箱應當和分合閘回路相配合，發揮出測控與保護功能。對于連接斷路器的合閘線路，則應當與前組跳閘線路傳動回路相連接。當斷路器為雙線圈時，操作箱應配置雙套跳閘回路，并接入相應線圈。2個跳閘回路不能合用一根電纜，應分開接線。此外，監視斷路器分合閘位置、回路，檢測氣壓回路，同時發出相關信號。當存在外部跳閘入口、控制回路斷線時，能夠發揮事故告警信號的功能。

3.2.6 電壓切換箱

針對連接在母線上的變壓器與線路，為了確保保護裝置開入電壓與設備母線相一致，應當配置電壓切換箱。電壓切換回路應當采用繼電器接點，切換回路包括運行指示燈。電壓切換箱通過隔離開關對被保護設備母線信息進行判別，同時與電壓保護裝置實現自動切換。在電壓切換箱中，涉及切換動作告警、回路斷線告警功能。

3.2.7 保護信息管理子站系統

保護信息管理系統，可以收集、整理和分析信息數據，快速獲取繼電保護信息，如圖3所示。在變電站內，子站系統能夠接入保護裝置，負責故障錄波器通信，以此完成規約轉換、信息處理與控制。同時，按照標準化要求，將信息發送至主站系統，發揮硬件系統、軟件系統的作用。在子站系統中，涉及工作站、采集單元、子站主機，有助于錄波器、保護裝置通信。子站工作站能夠顯示相關信息，實現現場調試，隨時調取和顯示保護裝置，分析故障錄波器信息，全方位查詢歷史信息，優化配置網絡通信設備、子站主機、采集單元。

圖3 保護信息管理子站系統

3.2.8 短引線保護

在二次設計中，在線路單、雙套短引線保護出線下，設置隔離開關，按照串組屏方式，不再配置到斷路器保護屏中。通過斷路器保護重合閘故障三跳，無外回路接線。在電網線路接線中，重合閘線路必須具備保護功能，不需要再次配置。

4 二次設計的注意事項

4.1 靈活應用配置原則、組屏方案

盡管阻抗保護的應用弊端比較多，但是如果取消阻抗保護，必須對現有的定值系統進行調整。因此，當阻抗保護具備偏移性、配置高，也保留二次設計。用戶實施期間，必須按照自身需求、運行實況予以調整，同時做好投入取消處理。操作箱內出口繼電器，可以有效地作用于跳閘啟動，然而配置應用復雜，會增加檢修與維護難度。二次設計配置，要求應用分相操作箱，分相操作箱配置線路。然而在應用期間，必須按照線路要求，做好雙操作箱操作，保證繼電保護的穩定性、安全性。

4.2 注重專業協調合作

在專業合作方面，特別是通信專業，必須確保二次設計的統一性。在架設短線路光纜時，應當應用雙光纜，將保護光纖引到通信線架上。在每套光通信設備上，必須考慮到保護信息傳送數量，嚴禁超負荷運行。針對保護回路光纜，需要應用200 kV以上的電壓，同時和通信專業配合，保證二次設計的高效性。

5 結語

綜上所述，變電站二次設計操作，應當全面落實繼電保護原則，以此確保設計編制的有效性，同時為功能保護、組屏方案、配置保護、線路接線提供依據。繼電保護二次設計遵循可行性、高效性、可靠性基礎，優化設計和配置繼電保護系統。電網改造實施，基于繼電保護二次設計原則，同時按照不同地區實況、配置習慣調整。施工操作期間，嚴格地控制技術水平、工程質量，及時處理相關問題，對設計進行完善。此外，注重變電站保護方案優化，全面提升設備利用效率，以此加強繼電保護裝置的配合度，全面提升設計質量與水平，使工程成本降低，便于管理變電站工程。所以，為了確保國家電網安全可靠性運行，必須確保電網改造效果，從根本上促進電網事業發展壯大，為社會生產、生活提供優質的電力服務。