智能變電站繼電保護二次回路設計及應用研究

馬風貴

（寧夏送變電工程有限公司，寧夏 銀川 750001）

0 引 言

電網建設作為國家經濟發展的重要基礎，隨著自動化設備在電網中的大量應用，智能變電站繼電保護工作成為當前確保電網正常運行的關鍵因素[1]。傳統繼電保護通過繼電保護裝置與二次接線間的協同以及工作人員的巡檢維護確保變電站的正常工作[2]。上述方式適應性不足，文中通過二次設備連接構成二次回路，提高了繼電保護的適應性，加強了對智能變電站的保護作用，擴大了智能變電站的使用范圍。

1 繼電保護分析

1.1 繼電保護概述

繼電保護可實現電力系統運行狀況的實時監控，確保電力系統故障及異常的實時發現及處理，提高電力系統運行的穩定性。若電力系統發生故障，那么繼電保護設備可第一時間隔離電力系統電路與故障設備，降低故障對電力系統的損失及影響。繼電保護裝置運行過程中，通過對比設定閾值與輸入信號，基于邏輯控制部分的全面分析控制執行部件保護動作的實施。

1.2 繼電保護基本原理

繼電保護系統包括測量、邏輯以及執行3個部分。通常按照制造工藝及邏輯原理進行分類，按照邏輯原理可分為電壓型和電流型，按照制造工藝可分為整流型和機電型。對于任何類型均需具備可靠性、靈敏性及安全性，確保電力系統故障產生時可及時實施相應措施，確保電力系統運行的安全性和穩定性。

2 繼電保護對電力系統的重要意義

電力系統的各環節均需繼電器的支撐，確保電力系統高效、穩定、正常運行。繼電器通過采集電力系統整體運行信號將采集信號傳送到顯示屏，同時也將各環節錯誤在顯示器進行顯示，實現技術人員的實時監測及調控。繼電器與電力系統全部設備相連接，一方面可對電力系統的傳輸設備進行保護，另一方面可將控制信號傳輸到終端設備，降低設備的高壓擊穿風險，提高電力系統設備運轉的穩定性和安全性。

3 繼電保護要求

3.1 可靠性

繼電保護可靠性的前提是系統按照設定順序動作，并且故障發生時，可及時將電力系統設備與故障線路斷開。

3.2 選擇性

產生故障時，繼電保護可通過最近距離斷路器及時將故障隔離。線路故障發生時，通過斷路器或周邊設備啟動失靈保護，避免越級跳閘。

3.3 靈敏性

設備及線路保護范圍內，產生接地或斷路故障時，保護裝置需要通過設定靈敏度，確保可安全地接觸故障設備或故障線路。

3.4 速動性

產生故障時，保護裝置應在第一時間隔斷故障點，縮小故障范圍，提升系統穩定性，消除毀滅性故障風險。

4 繼電保護二次回路相關內容

4.1 繼電保護二次回路作用

繼電保護二次回路在智能變電站中可實現一次設備保護監測及二次設備連接，其主要由以下4部分構成[3]。第一部分是二次電壓、電流回路，由電壓、電流互感器及相關保護部件組成。第二部分是電源，包括保護電源和控制電源。第三部分是信號回路，由信號傳輸設備、高壓設備監控裝置以及繼電保護設備等構成。第四部分是控制回路，可實現對二次回路中端子柜和斷路器控制柜等控制。

二次回路采用電流互感器轉化電流對其他設備供電，減小變電站運行成本。運行中若出現不良阻抗，則觸發二次開路，避免沖擊其他設備，實現設備保護，確保變電站的安全穩定運行[4]。

4.2 繼電保護二次回路設計

根據220 kV輸變電智能變電站結構要求設計繼電保護二次回路。智能變電站結構如圖1所示，其由過程層、間隔層以及站控層3部分構成[5]。

圖1 智能變電站結構圖

二次回路控制模塊通過直流空氣開關對控制元件進行控制。控制回路具有自動復位功能，可實現二次回路二次連線的自動化。控制回路設計中，通過電源監視回路配置，監測回路合閘動作，同時實時控制和監測斷路器位置[6]。信號傳輸為二次回路有效實現前提，設計中智能變電站信號模塊具備自動解除和重復動作的功能，可根據變電站的運行情況，多次觸發、單次觸發或解除信號狀態。

二次電壓、電流回路如圖2所示。電流互感器設計時應合理計算相關參數，確保互感器的電流轉換功能[7]。運行中，合理配置二次繞組及互感器電流，避免保護死區，確保二次回路的保護功能。

圖2 二次電壓電流回路

基于無人化的智能變電站設計中需采用分層分布的網絡模式對監控模塊進行可靠性設計，實現變電站全部設備的監控，數據的處理、傳輸及顯示，實現數據共享。由于監控模塊需同時具備設備監控及數據處理功能，設計中變電站數據采用冗余設計，確保處理模塊與監控模塊間的數據共享，實現數據傳輸的精準性和高效性[8]。

5 繼電保護二次回路應用分析

基于220 kV輸變電項目設計智能變電站繼電保護二次回路，設備主要架構如圖3所示。設備布置時，需配置與保護裝置對應的面柜及保護柜，控制電纜采用多芯控制電纜，確保正常傳輸，且電纜線芯應滿足回路電流需求[9]。

圖3 設備主要架構

二次回路保護裝置應具有自動運行功能。對于文中220 kV輸變電項目，需配備兩套工作原理不同且具有獨立保護功能的保護設備。同時兩套保護裝置配置相應合并單元，通過共同的二次繞組電路與母線保護電路連接。根據電路設計參數選取控制信號裝置，設定繼電器電壓較母線電壓高10%，確保電流工作范圍。配備兩套智能終端斷路器，且相互間數據傳輸采用網絡交換機，確保站控層繼電保護設備的正常通信[10]。

控制電纜選取具有足夠數量備用線芯的銅質多芯電纜，根據電路需求選取控制電纜線芯規格。端子排作為繼電保護二次回路有效發揮作用的基礎，應嚴格按照設計圖進行接線施工。此外，端子排應具有較高的防潮性，安裝時核對端子排與外部設備的連接情況，控制柜和端子箱等交流、直流電路應在不同端子排上連接。

繼電保護二次回路中，信號設備可反映二次回路的保護效果，其選取中應綜合操作頻次、電流以及電壓等參數。使用中，控制開關參數應根據二次回路正常工作要求進行選擇，繼電器應根據跳閘電流及母線電壓進行選擇，電壓線圈電流應調控在母線電壓范圍內，同時根據串聯形式配備相應阻值的電阻。

6 結 論

隨著自動化設備在電網中的大量應用，智能變電站的電路保護要求逐步提升。本文針對220 kV輸變電項目中智能變電站結構，通過繼電保護二次回路實現對變電站的保護。基于無人化要求，設計了繼電保護二次回路，實現了智能變電站設備的實時監控及信號的及時處理。根據具體指令實現設備的自動復位重啟，提高了繼電保護適應性，確保了智能變電站的安全、穩定及可靠運行。