變電站二次繼電保護設計方法及問題

巫穩超

【摘要】目前我國變電站中所屬的繼電保護和直流系統的二次設計方面仍處于不盡完善的程度，并嚴重影響著供電系統的穩定性，導致供電設備相繼出現了各種不同程度損壞。其中變電站繼電器的保護方案以及配置原則存在較大問題，導致相關工作人員無法高效切實的對其進行維護和管理。所以，因此，二次繼電保護設計的科學性和合理性，是人們關注的話題。本文就變電站二次繼電保護設計的編制依據進行闡述，并對二次設備選型與二次設計時需要注意的細節性問題進行分析，從而得出繼電保護組屏與配置原則

【關鍵詞】變電站 繼電保護 二次設計 變壓器保護 供電系統

一、引言

隨著我國科學技術的快速發展，電力事業也展現出了較大進步，微機型繼電保護裝置逐步應用到電力系統中。近年來，雖然繼電保護裝置的生產廠家越來越多，但是其產品的各項參數卻存在一定差異，導致了設備裝置不規范等問題，不僅給設備的運行和維護帶來問題也威脅了用電客戶的用電安全。因此，國家電網調度中心依據國際繼電保護相關的技術規程編制了以國家電網線路保護規范以及繼電保護的二次回路驗收兩個企業標準的繼電保護規范，下面我們就變電站二次繼電保護設計方法及存在問題展開詳細討論。

二、二次設備選型原則

二次繼電保護問題就涉及到二次設備的選擇問題，下面就零序保護、母線電壓切換及變電站后臺系統三個方面展開討論。

（一）零序保護

當電壓等級超過110 kV時，單相接地的故障發生率最高，約為總故障的90%。所以對其進行保護是必然。零序電流保護是及時切除單相接地故障并實現線路保護的常規方法。所用到的常規元件為零序電壓3U0與零序電流3I0。

（二）母線電壓切換

變電站中有時會采用雙母線接線，此時二次母線電壓與直流電源之間的二次切換需通過運行相應的母線側隔離刀閘實現。如果在運行過程中，隔離刀閘出現接觸不良問題，就會導致距離保護失壓，容易出現距離保護誤動作情況。因此，為了有效改善和解決這一問題，部分設備切換無效的生產廠家，應將其切換繼電器改裝為雙位置繼電器。

（三）變電站后臺系統

在變電站系統自動化設計中，后臺監控機是其主要部分，需要全天候不間斷運行，并要求它的數據交換量高，運行速度快。因此，工作人員在對變電站進行設計時，應選擇性能較強的監控機。但是當下我們很多變電站的后臺系統選擇的都是性能一般的監控機，導致電力系統運行中設備出現損壞情況，影響整個系統的安全運行。因此在監控機的選擇方面我們應注重其性能指標。

在變電站后臺系統中監控機的存在提高了供電系統的穩定性，但是監控機全天候運行的前提是未其配置的不間斷電源。對逆變器進行設計時，通常設計站用變電源和直流電源兩路輸入。

當系統正常運行時，利用的是站用變電源，通過逆變轉化，形成一種凈化的交流電源，為后臺監控機供電。當站用電發生故障時，啟動直流系統的直流電源，通過逆變交流后為后臺監控機供電，保證監控機的正常運行。在站用電恢復使用后，系統再轉換為站用電供電，直流電源仍作為備用電源。此時就涉及到逆變器的選擇，通常選擇容量在500 VA-1000 VA范圍內的逆變器。采用這種逆變器，不僅解決了后臺監控機站用變電源斷電問題，同時還能穩定站用變電源電壓，讓系統更加安全穩定的運行。

三、繼電保護配置與組屏方法

上面我們對設備選擇進行討論，接下來我們依據南方電網公司出版的變電站標準設計要求，對110 kV變電站繼電保護設計的配置與組屏進行闡述和分析。

（一）母線保護與斷路器失靈保護

根據歷年來變電站二次繼電保護的運行情況分析得出，系統失靈的原因主要是由于誤啟動失靈保護進入回路狀態，其根本原因在于失靈電流的判別是通過系統失靈啟動裝置運行實現的。當無啟動失靈保護進入回路時，失靈保護易進行誤動作操作。因此在失靈最終跳閘的相關原則下，失靈電流的判別是通過失靈保護實現的，對提高失靈保護的可靠性具有較大的促進作用。因此在進行二次繼電設計時，應遵循以下設計要求：

雙套失靈保護在雙母線中應含蓋雙套失靈保護的相關功能。

失靈保護雙重化配置后，使失靈保護與每套線路都是一對一的啟動模式，簡化失靈啟動裝置。通過母線保護對失靈保護電流進行判別，并將獨立配置的失靈啟動裝置取消。

在主變壓器單元，母線保護負責對主變壓器故障、變壓器側斷路器失靈及失靈保護引起的電力延時與判別進行回饋和保護。

（二）110 kV線路重合閘

母線保護負責的是斷路器的失靈保護以及對失靈電流的判別，依據二次繼電設計的相關規定，要求斷路器的輔助保護裝置在每一套線路保護中設置重合閘功能，相當于一對一的重合閘線路保護啟動。這樣既能進一步簡化回路，還可以使兩套保護處于獨立性狀態。

（三）電壓切換箱接線

電壓切換箱的正確接線不僅能避免系統中因不良接觸而引起的失壓現象。還關系到檢修時，會不會出現反送電現象，對系統的安全、穩定性及設備是否會損壞有著重要作用。因此在進行二次繼電設計時，先保證電壓切換箱的雙重化保護配置，再采取單位置的輸入形式進行隔離刀閘輔助接點設計。當系統接觸不良致切換回路出現異常時，可根據實際情況，將其中的一套短時退出，保障系統的整體安全性。

（四）保護及故障錄波信息管理子站系統

隨著時代的發展，信息安全及惡意代碼也影響著我們生活的各個部分，電力系統也不例外，目前嵌入式裝置產品作為二次繼電的保管管理系統，它的程序選擇也要慎之又慎，其中LINUX和UNIX系統具有較高的安全性，且其惡意代碼也不如WINDOWS系統多。所以目前主要采用系統模式是LINUX與UNIX兩種系統。

四、注意問題

雖然變電站二次繼電保護的策略和方法有很多種，但是隨著電力系統復雜化的提高，而繼電保護設計方法也會存在一些漏洞。

（一）變壓器保護設置

依據變壓器保護相關規定要求，在變壓器設備中不僅要安裝差動保護、瓦斯保護裝置，還應在中、高壓兩側安裝相應的保護裝置，高壓側需安裝復合電壓閉鎖過流保護、間隙保護以及零序方向過電流保護，而低壓側僅需裝置復合電壓閉鎖過流保護。這種綜合保護能夠對變壓器內部及各側母線，并能及時將其鄰近的各種電器設備接地之前的故障問題反應出來，是保護變壓器及其他用電器設備安全運行的重要手段。

（二）協調通信專業

一般情況下，由于兩個專業的通信設備要求在規定上存在一定差異，本次二次繼電保護設計與系統通信之間的規定進行了一系列調整，主要體現在，第一，對于長度小于50 km的短線路，若沒有迂回光纜路，應在同塔雙回路上設置雙光纜；第二，當通信專業光端機同時使用在一回路的兩套縱聯保護中時，應各自建立光通信設備，進行獨立傳輸；第三，當系統使用的是專用光纖芯通道進行線路保護時，應通過通信光配線架直接引接來保護光纖。

（三）對一次設備的要求

為了使二次回路進一步得到簡化，避免長電纜開入引起保護誤動等現象，二次繼電保護設計要求去除斷路器實施三相一致保護，而是由斷路器本體機構箱負責跳合閘壓力閉鎖、斷路器防跳等功能的實現。此外在進行二次保護設計時，還對雙母線接線線路的電壓互感器提出了相關要求，在每個雙母線接線間隔之間，使用三相線路電壓互感器，不僅使電壓切換回路更為簡化，同時也使保護裝置運行更加安全可靠。

五、小結

在進行變電站二次繼電保護設計時，不僅要把握設計重點，重視保護設計的可行性，還要注重工作實施的每個細節，充分分析繼電保護的組屏原則以及配置方式，再結合具體情況與常見問題進行科學設計。此外，還應注意二次設計涉及的設備選型原則。通過優化設計，讓二次系統真正做到安全保護變電站，安全保護電力系統，使電力事業蓬勃發展。

參考文獻：

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