邵長娟，劉叢然，梁新蘭

(1.中國石油天然氣管道局天津設(shè)計院，天津 300457 2.中國石油天然氣大港油田電力公司，天津300280)

1 前言

電力系統(tǒng)在運行過程中，可能出現(xiàn)各種故障和不正常運行狀態(tài)，最常見的有各種類型的短路和輸電線路斷線等故障。其中以電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時產(chǎn)生的危害最大，包括:較大的短路電流流過故障點時產(chǎn)生電弧，損壞或燒毀故障設(shè)備;短路電流流過正常設(shè)備，產(chǎn)生發(fā)熱破壞設(shè)備的絕緣性能或縮短設(shè)備的使用年限;使靠近故障點的部分地區(qū)電壓值大幅下降，破壞用電設(shè)備的正常使用;破壞電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，使事故擴大，甚至導致整個電力系統(tǒng)的瓦解［1］。

電力系統(tǒng)繼電保護裝置就是裝設(shè)在每一個電氣設(shè)備上，用來反映它們發(fā)生的故障和不正常運行情況，從而動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種有效的反事故的自動裝置。它的基本任務(wù)是:自動、有選擇性、快速地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件損壞程度盡可能降低，并保證該系統(tǒng)中非故障部分迅速恢復正常運行;反映電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并依據(jù)運行維護的具體條件和設(shè)備的承受能力，發(fā)出信號、減負荷或延時跳閘;和電力系統(tǒng)中其他自動化裝置配合，在條件允許時采取預訂措施，縮短事故停電時間，快速恢復供電，提供電力系統(tǒng)運行的可靠性［2］。

2 保護裝置的組屏方式

110kV及以上保護測控裝置通常布置在控制室，對于35kV及10kV保護測控裝置可以采用分散布置也可以采用集中組屏方式［3］。采用分散式方式有利于節(jié)省連接開關(guān)柜控制屏及控制室的各種電纜，減小控制室面積，從而節(jié)省了變電站綜合造價，簡化了施工，方便了維護，并且提高了變電站的可控性，可擴展性和靈活性有了很大提高。消除了因設(shè)備之間錯綜復雜的二次電纜引線接錯造成的故障。但對于變電站改造項目，由于改造過程中需要更換開關(guān)柜盤門，不利于集中改造，且停電時間較長。采用集中組屏解決了微機保護裝置在惡劣環(huán)境下長期可靠運行問題，對于改造工程項目，可由于施工人員可以提前將保護屏接線、調(diào)試完畢，有利于減少停電時間。但每面控制屏的功能較集中，一旦發(fā)生故障，會有較大的影響，并且控制電纜使用較多。

另外，還有一種是分散式和集中式相結(jié)合的組屏方式，每個電網(wǎng)元件為對象，集測量、保護、控制為一體，設(shè)計在一個機箱內(nèi)，分散安裝在開關(guān)柜上。由監(jiān)控主機通過網(wǎng)絡(luò)對他們進行管理和交換信息。但主變壓器保護裝置仍集中組屏安裝在控制室內(nèi)，其優(yōu)點是:

(1)10～35kV饋線保護采用分散式結(jié)構(gòu)，就地安裝，節(jié)約控制電纜。通過現(xiàn)場總線與保護管理機交換信息。

(2)主變及戶外設(shè)備的保護集中安裝在控制室內(nèi)，對其可靠性較為有利。

(3)減少電纜，減少占地面積。

(4)組態(tài)靈活，檢修方便。

因而在選擇組屏方式時要充分考慮變電站實際狀況，從變電站整體出發(fā)，統(tǒng)一考慮保護、監(jiān)測、控制、遠動、直流和五防等功能，避免功能裝置重復配置等弊病，既要減少投資，又要有利于變電站運行管理和維護，增加了變電站的可操控性、可擴展性和靈活性。

3 變電站繼電保護實例

3.1 新建變電站

3.1.1 變電站概況

某地下儲氣庫工程包括1座集注站、3個井場、1座分輸站、1座倒班公寓及配套站外系統(tǒng)。建設(shè)在儲氣庫集注站內(nèi)的35kV變電站是該地下儲氣庫的重要配套電力設(shè)施。該變電站由2回35kV電源供電，35kV和10kV側(cè)均為單母線分段接線。35kV變電站內(nèi)設(shè)2臺35/10kV主變，主變?nèi)萘烤鶠?000kVA。變電站主變壓器為油浸式三相雙繞組有載調(diào)壓變壓器，35kV開關(guān)柜為空氣絕緣開關(guān)柜。10kV開關(guān)柜為中置式手車開關(guān)柜?？刂票Ｗo設(shè)備為微機保護和測控的綜合自動化系統(tǒng)。

3.1.2 組屏方式

基于對變電站內(nèi)各種因素的綜合考慮，本站選擇的是分散組屏與集中組屏相結(jié)合的方式，主變保護測控裝置在控制室集中組屏，35kV保護測控裝置分散安裝在35kV高壓開關(guān)柜上，10kV保護測控裝置分散安裝在10kV高壓開關(guān)柜上。總控單元、公用測控單元統(tǒng)一安裝在綜合測控盤上。

3.1.3 保護配置(如表1所示)

表1 變電站保護配置

3.1.4 主變保護部分

由于35kV線路部分和10kV出線部分的保護測控裝置都在開關(guān)柜就地安裝，分散組屏，連線相對簡單。而主變保護測控裝置安裝在控制室，集中組屏，保護屏與開關(guān)柜之間電纜聯(lián)系較多，所以在控制和保護方面要有很好的配合。在此主要研究探討主變保護部分:

(1)在主變開關(guān)柜上有選擇開關(guān)

一般在保護測控屏上裝有就地/遠方的選擇開關(guān)。除主變外，其他保護設(shè)備分散安裝，都可以在開關(guān)柜上實現(xiàn)手動分/合閘操作。為了在開關(guān)柜上也能實現(xiàn)對主變高壓側(cè)開關(guān)的控制，因此需在主變開關(guān)柜上安裝選擇開關(guān)?？刂七壿嬜兊孟鄬碗s，如圖1所示。第一級就地/遠方選擇開關(guān)安裝在開關(guān)柜上，就地指開關(guān)柜上手動分/合閘，遠方指保護測控屏遙控分/合閘;第二級就地/遠方選擇開關(guān)安裝在保護測控屏，就地指保護屏上手動分/合閘，遠方指保護裝置遙控分/合閘。但保護跳閘不應通過任何一級選擇開關(guān)。

(2)操作回路電源

由于除主變外，35kV部分均為分散式組屏，在35kV開關(guān)室和主控室都有操作回路電源KM。

選擇一:使用控制室電源

需將開關(guān)柜上的選擇開關(guān)與控制開關(guān)、斷路器的合/分閘回路、斷路器的跳閘位置與合閘位置接線至保護測控屏。若斷路器本體不帶防跳功能，須在保護測控屏上增加操作機構(gòu)箱，增加斷路器防跳回路，同時在操作箱內(nèi)增加合/跳位繼電器，用繼電器常開觸點來代替引自開關(guān)柜的斷路器的跳閘位置與合閘位置。

圖1 主變斷路器控制原理圖

選擇二:使用開關(guān)室電源

需將主變保護跳閘和保護測控屏操作部分接線至主變開關(guān)柜，同時將斷路器的跳閘位置與合閘位置接線至保護屏，在保護屏上用紅/綠燈顯示斷路器狀態(tài)。

此項目選擇的是ABB公司的VD4斷路器，由于斷路器自身具有防跳功能，所以不需要在保護屏上增加防跳回路。為了方便接線，選擇的是使用開關(guān)室控制電源。

3.2 變電站自動化改造

某35kV變電站坐落于大港油田港西地區(qū)，主變和35kV側(cè)開關(guān)設(shè)備均為戶外開關(guān)場布置，6kV側(cè)采用戶內(nèi)開關(guān)柜布置，6kV無功補償裝置選用集中補償。變電站內(nèi)電磁型控保設(shè)備已運行17年，設(shè)備老化嚴重，需要對該站進行綜合自動化改造。由于該站擔負著大港油田港西地區(qū)的生產(chǎn)生活用電，是港西地區(qū)重要的供電電源，長時間的停電改造對該地區(qū)的生產(chǎn)生活會產(chǎn)生嚴重的影響。

為了既能完成對變電站的改造，又能盡量縮短停電時間，本站采取的是集中組屏方式。場區(qū)的35kV線路和主變部分的保護測控裝置、6kV出線保護測控裝置及電壓并列、PT消諧、備自投裝置等均在主控制室內(nèi)集中組屏安裝。改造工程在不停電的情況下完成了保護屏的接線、調(diào)試等工作，減少了停電時的工作量，縮短了變電站綜合自動化系統(tǒng)改造過程中導致用戶停電的時間，達到了預期的效果。

4 結(jié)論

本文以新建35kV變電站和改造35kV變電站為例，分析了變電站繼電保護裝置組屏方式的選擇。對于新建變電站，宜選擇集中式與分散式相結(jié)合的組屏方式，既節(jié)省了空間和控制電纜，又增強了系統(tǒng)組態(tài)的靈活性;對于變電站改造項目，為了能夠盡量縮短停電時間，減小停電對生產(chǎn)生活的影響，宜選擇集中組屏。

［1］ 劉學軍.繼電保護原理［M］.2版.北京:中國電力出版社，2007.

［2］ 張保會.電力系統(tǒng)繼電保護［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［3］ 汪小民，高新華.變電站分散式與集中式控制系統(tǒng)的比較［J］.廣東電力，1998，11(3):23 －25.