電站二次繼電保護設計方法

咸 鵬

（國網江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司，江蘇 宿遷 223800）

我國經濟飛速發展，電力企業也在持續地改進自己的基建，在電力企業建設的過程中，要確保將其基本的防護措施做好，并在此過程中提高了電力公司的總體發電量。同時，要在技術上不斷地進行創新，以保證變電站二次繼電保護工作的有效性和科學性。二次繼電保護是傳輸電力最主要的控制要素，在變電所中，二次繼電保護技術是一項非常重要的技術。在電力企業二次繼電保護工程施工期間，要確保二次繼電保護裝置可以根據電力事業單位的供電需求進行有針對性的輸送，這樣才能保證供電效果，使電力企業能夠實現安全供電的目的。二次繼電保護可以在一定程度上對電力系統工作效率進行提升，同時，它還可以幫助變電站相關部門制定更科學、更高效的設備檢修計劃，利用二次繼電保護完成變電站相關設備的監測和檢測，持續關注運行狀態，確保企業發電廠能夠穩定運行。

1 二次繼電保護在變電站中的重要作用

在變電站的實際運行中，如果系統中二次繼電保護裝置的部件出現問題，則會導致整個變電站的斷路器出現跳閘情況，這會對電源設備造成極其有害的影響。針對此種情況，為了有效避免對變電站電力系統造成更大的損壞，必須將損壞的元件與變電站隔離開來，使其受到的沖擊能夠保持在可控范圍內[1]。在電力系統的日常運行過程中，通過二次繼電保護裝置，能夠對變電站進行實時監控，當變電站發生故障時，二次繼電保護裝置能夠在最短的時間內將故障區域與整個電力系統隔離，縮小故障影響的范圍。因此，保證了整個變電站的穩定、安全運行。

2 二次繼電保護設計原理與依據

隨著科學技術的飛速發展，人們對電力的需求量越來越大，各種微型的電力保護器被廣泛地使用，起到了越來越大的作用。但是因為各個廠商在制造繼電保護設備時，依據的標準和規范不一樣，所以在設計各種類型的保護設備時，參考的標準和參數也是不一樣的[2]，進而造成繼電保護的工作不能正常運行，維修也不方便。同時，還存在著一些不規范的操作，在實際應用中造成了不少的麻煩。為此，國家電網公司特別制定了線路保護和繼電保護二次回路檢驗兩種不同的標準。在具體的設計過程中，應以有關的規范標準為主要的原則和基礎。但在后續運行中，又出現了一些不規范的操作，從而給繼電器的使用帶來了安全隱患。二次繼電保護裝置在輸電作業中起主要作用，正確地選用繼電器，能最大程度地滿足輸電作業的需要。加強變電站當前配電工程二次繼電保護裝置的管理和控制，可以及時地消除電力輸送環節的安全隱患，圖1 為繼電保護二次回路設計原理圖。

圖1 設計原理圖

3 變電站二次繼電保護設計方法分析

3.1 電壓切換箱接線保護設計方法

電壓切換箱的管理對于變電站的運行至關重要；在電壓切換箱的設計中，采用了兩種不同的觸頭形式，可以很好地解決因接觸不好而造成的失壓問題。然而，在對其進行維修的時候，若采用的措施和方法不正確，就會產生反送電的現象，影響到系統的安全穩定，還會造成設備的損壞。所以，在對二次供電箱進行設計的時候，基于電壓開關盒的二重保護結構，隔離刀閘輔助觸點的設計需采用一個單元裝置的輸入模式，若因刀閘輔助觸點造成系統接觸不良而導致了開關回路的異常，可以視具體情況而定，在短時間內將一組設備撤出。

3.2 母線保護與斷路器失靈保護

在變電站二次繼電保護系統中，母線保護和斷路器故障保護是變電所二次繼電保護的核心環節。有關變電所的維修和運營管理人員，在執行二次繼電保護時，應提高二次繼電保護系統的應用效果；在二次繼電保護系統的應用實施時，應進行專用的保護措施，防止由于失誤性碰撞導致二次繼電保護系統應用的失效，因此，由于故障現象的發生，減少了線路的脫扣[3]。如果二次繼電器保護系統在線路的傳輸運行中出現了開路故障，將會對裝置的應用造成較為嚴重的回路現象，這對線路傳輸非常有害，只有保證二次繼電保護系統完好，才能很好地控制整個電路的傳輸故障現象，降低其對輸電的影響，改善輸電的總體效益。

3.3 重合閘保護系統設計

在二次繼電保護系統的設計中，重合閘保護系統的研制具有十分重要的意義。在目前的電力工業中，為了符合變電站未來的發展狀況，本文介紹了一種以虛擬終端機為基礎的重合保護系統。在具體的設計過程中，將在系統中構建GOOSE 信息發送系統，從而可以對整個電廠的狀態進行實時監測和探究。當線路系統中出現了操作故障時，就可以利用信息傳輸系統，將故障信息傳送到智能控制系統中，并通過該系統執行故障信息的完整分析，最后給出對有關系統的控制方案[4]。值得注意的是，在這一類應用中，需要考慮的是，如果所使用的設計方式是通過線路保護設備將故障信息發送給智能控制系統，那么，在系統的有關操作結束之后，應該將該信息反向到智能控制系統，該方法實現了兩個信源的同步發送，大大增加了網絡阻塞故障的概率，也大大提高了故障處理的效率。

4 變電站二次繼電保護中應注意的幾個問題

4.1 變壓器保護設置

110kV 變壓器中經常使用的是三相式三卷變壓器，按照有關規定，在同一儀器設備上分別安裝自動保護和氣體保護，并設置中、高壓側的保護，其中包括了電壓鎖止復合過電流保護、間隙保護、零序過電流保護，此外，還應當設有電壓鎖止復合過電流保護裝置，使其位于低壓側。

4.2 協調通信專業

總體而言，因兩個專業對通訊裝置的規范要求不同，因此二次設計中對繼電保護和系統通訊的規范做了一系列的修改，具體表現為：第一，50km 以下的短距離電纜，且無光纜線路時，同塔雙回路上應有兩條光纖電纜。第二，在同一線路上采用兩組縱聯保護的專用光學終端時，必須分別設置單獨的光學通訊裝置，以實現相互間的通訊。第三，在采用特殊的芯線通道的情況下，應當采用通信光布線器將被保護的纖維直接引入網絡中。

4.3 對一次設備的要求

為使二次電路更加簡單，避免因線路過長而導致的繼電器誤動作等問題，傳統的二次電路結構并未對斷路器進行三相同步保護，而是將開關壓力閉鎖和斷路器的防跳等工作交給了斷路器。另外，在二次原型設計中，針對雙母線接線的變壓器，在雙母線間設置了三相變壓器，這不但可以降低開關電路的復雜度，同時，還能提高防護裝置的安全、可靠程度。

4.4 設備選擇問題

針對變電所的工作條件，采用零序保護，可以更好地對二次設備進行隔離，是一種較為合理的線路保護方式。母線電壓的斷開，由于二次母線電壓和相應的DC 電源將進行二次開關，所以應該使用母線上的絕緣開關，但是，當絕緣開關在運行過程中出現了嚴重的接觸問題時，就會導致保護動作失誤，這種情況下，應該將繼電保護裝置進行適當的替換，并將其改為兩位式繼電器。

就變電站的后臺系統而言，它是由監控系統構成的，是在不斷地運行的，為了使其能夠持續穩定地運行，需要改善其運行特性，使其能夠滿足監測系統的正常運行。同時，在選用逆變器的時候，要把它的容量設定在500～1000VA 之間，該方法能較好地解決監控系統中出現的故障，使監控系統能夠穩定地工作，改善監控系統的工作效率。

5 案例分析

在進行二次繼電保護系統的設計時，必須嚴格遵守“選擇性”原則。同時，對二次繼電保護裝置進行整體性分析，以便更好地了解二次繼電保護裝置的真實狀況，從而保證各種設備的正常運轉。

本文以某網某變電站智能變電站繼電保護設計方案為實例，利用自動化系統，對變電站二次設備進行保護、監測和控制。

利用插值單位區間的設定，實現了多區間的匯流排保護開關。另外，在網絡模式下，采用GOOSE 模式，考慮到了共網絡的傳遞方式，按照兩層的模式，對220 kV 的保護進行了直接采集，該模型對可靠性和敏感性進行了評價，而未考慮到同步電源的作用，應用IEEE 1588 中的時間分析方法，在工程上進行可靠性和敏感性的分析，采用不同的脫扣方式，構造了一種新型的智能變電站的保護架構，將設備取樣和管路的直連實現，得出了與保護作用有關的主干線路和分支線路；為了保證其二次電路設計的設備在運行時的電壓、電流都能被嚴格地控制在容許的范圍之內，詳細地分析了二次電路中的虛終端的連接表。經過各個步驟與操作，就能夠完成智能變電站二次回路體系的設計。應結合具體情況，確保其裝置在正常運行中，以便在運行中進行更全面的分析和改善。

6 變電站二次繼電保護設計方法的改進

繼電保護是電力系統安全運行的重要保障。由于我國經濟和科技的發展，對電力系統的安全性要求越來越高，對變電站二次繼電保護設計方法提出了更高的要求。變電站二次繼電保護設計是一項非常重要的工作，在很大程度上決定了變電站是否能夠安全、可靠地運行。但是在實際工作中，我國很多變電站二次繼電保護設計方法并不完善，還需要加強對這方面工作的研究，不斷地進行改進和完善，提高變電站二次繼電保護設計方法。

6.1 電流互感器二次回路

在對電流互感器進行二次回路設計時，要對二次電流回路進行認真分析，要了解電流互感器的各種保護回路和二次回路的關系。由于電流互感器的保護回路主要是根據電力變壓器的運行情況進行設計，因此在設計電流互感器時，應該根據變壓器運行的實際情況來確定。在對電流互感器二次回路進行設計時，要確保電力變壓器能夠安全、穩定運行，對其保護和控制范圍進行有效分析。例如，在對電力變壓器進行保護時，一般采用過流保護和低功率保護兩種方法[5]。在對電流互感器進行設計時，應該將其應用于主變壓器保護中。在對電力變壓器進行操作時，應該盡可能避免出現大負荷和小負荷交替情況。

6.2 差動保護繼電器

差動保護繼電器的作用是保護線路出現故障時，將其兩側的電流進行對比，并通過繼電器的動作來實現繼電保護。通常情況下，差動保護繼電器主要由兩個部分組成：一是二次回路中的電流互感器，二是線路中的電流互感器。通常情況下，在變電站二次繼電保護設計方法進行改進時，采用雙線圈電流互感器是最為合適的，因為其在對線路進行保護時具有較高的靈敏度。

7 總結

在進行變電所二次繼電保護的設計時，必須嚴格遵守有關的設計原理和規范，以保證設計更具科學性和有效性。在設計中，應根據各個區域的具體情況，對其進行詳細的分析，以保證繼電保護的設計能對電網的安全穩定運行起到積極的促進作用。另外，在設計時應結合變電所的具體情況，使繼電保護的功能得到最大程度的發揮。