張起源

（福州萬(wàn)山電力咨詢(xún)有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在現(xiàn)代科技的支持下，繼電保護(hù)技術(shù)日益成熟，出現(xiàn)了多種保護(hù)型號(hào)與種類(lèi)。繼電保護(hù)廠(chǎng)家設(shè)備差別大，會(huì)直接影響工程建設(shè)、電力系統(tǒng)運(yùn)維效益。在變電站工程中，為了統(tǒng)一繼電保護(hù)應(yīng)用，必須全面遵循繼電保護(hù)技術(shù)原則。在該研究中，重點(diǎn)分析了繼電保護(hù)設(shè)計(jì)原則、配置、選型以及組屏等內(nèi)容，同時(shí)闡述了二次設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，為二次設(shè)計(jì)工作提供支持。

1 二次繼電保護(hù)原理與設(shè)計(jì)原則

繼電保護(hù)裝置在電力輸送中占有重要的地位，會(huì)影響電力輸送穩(wěn)定性。電力企業(yè)注重繼電保護(hù)建設(shè)，維護(hù)電力輸送效益。通過(guò)保護(hù)裝置控制措施，能夠加強(qiáng)電力輸送效果，確保電力企業(yè)供電安全性[1]。多數(shù)變電站傳輸電力能源時(shí)，需要借助二次繼電裝置輸送電力，同時(shí)架設(shè)電力輸送渠道?？茖W(xué)地控制繼電保護(hù)裝置，可以消除電力輸送的不良隱患，確保技術(shù)控制與應(yīng)用效果，保證電力企業(yè)供電的安全性。按照繼電保護(hù)裝置應(yīng)用的要求，其運(yùn)行原理如下：基于繼電保護(hù)裝置應(yīng)用效果、環(huán)境因素分析，在應(yīng)用保護(hù)裝置時(shí)，必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范，根據(jù)裝置配置，落實(shí)阻屏設(shè)計(jì)原則。針對(duì)不同生產(chǎn)廠(chǎng)家繼電保護(hù)裝置，應(yīng)當(dāng)考慮到規(guī)格與性能差異，滿(mǎn)足生產(chǎn)應(yīng)用需求。

在變電站二次設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)遵循繼電保護(hù)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)，符合電力行業(yè)繼電保護(hù)規(guī)范，特別是功能要求、保護(hù)配置、回路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)保護(hù)配置，注重“主保護(hù)加強(qiáng)、后備保護(hù)精簡(jiǎn)”原則，同時(shí)對(duì)保護(hù)配置經(jīng)濟(jì)性、適用性與合理性予以分析。通過(guò)繼電保護(hù)裝置，能夠發(fā)揮出保護(hù)功能，減少外部輸入量，降低設(shè)備與回路的依賴(lài)性。注重二次回路設(shè)計(jì)優(yōu)化，在保證繼電保護(hù)功能的同時(shí)，精簡(jiǎn)屏內(nèi)裝置連線(xiàn)、屏間連線(xiàn)數(shù)量。

2 變電站二次繼電保護(hù)保護(hù)現(xiàn)狀

2.1 設(shè)備帶電檢修

開(kāi)展設(shè)備帶電檢修時(shí)，必須編制檢修計(jì)劃，明確檢修范圍，并做好安全隔離控制，以免出現(xiàn)人為漏項(xiàng)。在檢修操作時(shí)，嚴(yán)格地按照計(jì)劃要求，避免對(duì)其他設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)造成影響，危害人身安全。

當(dāng)電流互感器位于二次回路時(shí)，為了防止互感器二次側(cè)開(kāi)路，不能斷開(kāi)回路永久接地點(diǎn)。在短路電流互感器中，二次繞組需要應(yīng)用短路片，保證短路可靠性，防止導(dǎo)線(xiàn)纏繞，也可以避免運(yùn)行在短路端子、電流互感器回路上。當(dāng)電壓互感器位于二次回路時(shí)，應(yīng)當(dāng)防止二次側(cè)開(kāi)路出現(xiàn)高電壓，進(jìn)而出現(xiàn)故障。當(dāng)電路互感器位于二次回路時(shí)，為了減少二次側(cè)接地、短路故障，應(yīng)當(dāng)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(xiàn)頭時(shí)，用記號(hào)進(jìn)行標(biāo)注，并且使用絕緣布包裹。在操作期間，合理地應(yīng)用絕緣工具，嚴(yán)禁使用保護(hù)裝置，以免影響保護(hù)裝置運(yùn)行的安全。

2.2 設(shè)備停電檢修

針對(duì)檢修設(shè)備，應(yīng)該斷開(kāi)電壓回路、電力回路、電流互感器，保護(hù)母線(xiàn)回路電流。斷開(kāi)啟動(dòng)失靈保護(hù)跳閘回路，可以有效地保護(hù)啟動(dòng)遠(yuǎn)跳裝置。此外，針對(duì)待檢修設(shè)備，應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)中央信號(hào)，斷開(kāi)故障錄波回路，全面發(fā)揮變電站二次繼電保護(hù)的效果，維護(hù)變電站運(yùn)行的可靠性。

3 繼電保護(hù)技術(shù)原則在變電站二次設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 二次設(shè)備選型

對(duì)于變電站二次繼電設(shè)備，在選型過(guò)程中，必須聯(lián)合工程實(shí)況，全面分析電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備組成、專(zhuān)業(yè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)成本等問(wèn)題，同時(shí)要兼顧工程經(jīng)驗(yàn)，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工、后期運(yùn)維的有效性。合理應(yīng)用保護(hù)裝置，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，嘗試應(yīng)用新型繼電保護(hù)裝置。當(dāng)2組主保護(hù)采用雙重化配置時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇不同廠(chǎng)家、不同型號(hào)的設(shè)備。

3.2 繼電保護(hù)配置和組屏方式

3.2.1 主變壓器保護(hù)

對(duì)于110 kV變壓器，主要采用非電量保護(hù)、電氣主保護(hù)、各側(cè)后備保護(hù)裝置等方案，將其組合為一面屏。技術(shù)人員通過(guò)分別組屏方式，可以應(yīng)用雙套主后合一電量保護(hù)方案、非電量保護(hù)配置方案。電氣主保護(hù)，應(yīng)用差動(dòng)速斷保護(hù)、比率差動(dòng)保護(hù)方式，同時(shí)配置故障分量差動(dòng)保護(hù)，能夠準(zhǔn)確反映出輕微故障[3]。對(duì)于高壓后備保護(hù)，則需要配置負(fù)壓閉鎖保護(hù)、間隙保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)。對(duì)于低壓后備保護(hù)，則需要配置簡(jiǎn)易母差保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、閉鎖過(guò)流保護(hù)。對(duì)于非電量保護(hù)，則需要配置調(diào)壓重瓦斯、本體重瓦斯、壓力釋放、高溫度保護(hù)及壓力突變。對(duì)于220 V及以上電壓變壓器，則配置雙套獨(dú)立主后一體化保護(hù)裝置，準(zhǔn)確地反映出變壓器異常狀態(tài)、故障隱患。例如非電氣量保護(hù)、微型電氣量保護(hù)。針對(duì)雙套電氣量保護(hù)，則各自組一面屏；非電氣量，則單獨(dú)組一面屏。2套主保護(hù)應(yīng)用不同的涌流閉鎖原理，以此實(shí)現(xiàn)比率差動(dòng)保護(hù)，在每套主保護(hù)中，設(shè)置差動(dòng)速斷保護(hù)功能。高壓、中壓側(cè)后備保護(hù)，配置雙段偏移性阻抗保護(hù)、兩端零序過(guò)流保護(hù)、閉鎖過(guò)流保護(hù)，同時(shí)應(yīng)用過(guò)負(fù)荷保護(hù)、零序過(guò)壓保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)。低壓側(cè)后備保護(hù)，配置雙段復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)、簡(jiǎn)易母差保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)等。圖1為母差保護(hù)邏輯圖。對(duì)于非電量保護(hù)，則配置調(diào)壓重瓦斯、本體重瓦斯、壓力釋放、高溫度保護(hù)及壓力突變。技術(shù)人員按照工程實(shí)況，采用自定義保護(hù)措施。由于重瓦斯作用明顯，為了避免設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致重瓦斯節(jié)點(diǎn)故障，對(duì)跳閘保護(hù)造成影響，需要在重瓦斯繼電器上配置3付節(jié)點(diǎn)，3付節(jié)點(diǎn)并接后，接入保護(hù)設(shè)備。

圖1 母差保護(hù)邏輯圖

3.2.2 線(xiàn)路保護(hù)

每回110 kV線(xiàn)路配置，均帶有重合閘功能、主后一體線(xiàn)路保護(hù)，在每一套線(xiàn)路保護(hù)裝置上，均組一面屏。對(duì)于單側(cè)電源線(xiàn)路負(fù)荷端，則無(wú)需配置線(xiàn)路保護(hù)。電源側(cè)變電站，需要配置線(xiàn)路主保護(hù)，以此實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)距離保護(hù)，如圖2所示。雙側(cè)電源、短距離、多級(jí)串聯(lián)線(xiàn)路，在線(xiàn)路上各自配置線(xiàn)路主保護(hù)，采用光纖電流差動(dòng)保護(hù)。后備保護(hù)配置相間、接地距離保護(hù)、PT斷線(xiàn)過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、不對(duì)稱(chēng)相繼速動(dòng)、雙回線(xiàn)速動(dòng)，同時(shí)發(fā)揮出自動(dòng)重合閘功能。

圖2 縱聯(lián)保護(hù)

當(dāng)線(xiàn)路電壓等級(jí)高于220 kV，每回線(xiàn)配置雙套獨(dú)立、完整、主后一體線(xiàn)路保護(hù)，在每一套保護(hù)裝置上配置雙通信通道。針對(duì)重負(fù)荷、遠(yuǎn)程主干線(xiàn)路，則應(yīng)當(dāng)配置多套線(xiàn)路保護(hù)?；谥鞅Ｗo(hù)單元組成保護(hù)屏，由主保護(hù)和附屬設(shè)備共同組屏。主保護(hù)可以配置縱聯(lián)距離保護(hù)、光纖電流差動(dòng)保護(hù)，在每個(gè)回路上包括一路光纖通道，配置光纖電流差動(dòng)保護(hù)[4]。當(dāng)線(xiàn)路具備雙路光纖通道時(shí)，則應(yīng)當(dāng)配置雙套光纖電流差動(dòng)保護(hù)。后備保護(hù)需要配置零序過(guò)流保護(hù)、接地距離保護(hù)、三相不一致保護(hù)、自動(dòng)重合閘保護(hù)、過(guò)流保護(hù)。

線(xiàn)路保護(hù)通信通道主要包括專(zhuān)用光纖通道、復(fù)用2M通道。當(dāng)線(xiàn)路保護(hù)配置時(shí)，明確保護(hù)通信通道采用的是哪種通道，如果為復(fù)用2M通道，就需要配置光電轉(zhuǎn)換裝置，可以獨(dú)立組屏安裝于通信機(jī)房。

3.2.3 母線(xiàn)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)

在110 kV母線(xiàn)上，配置微機(jī)母線(xiàn)保護(hù)。在每條220 kV母線(xiàn)上，配置獨(dú)立、完整的母線(xiàn)保護(hù)裝置。每套母線(xiàn)保護(hù)組成一面屏。在每套母線(xiàn)保護(hù)上都設(shè)置斷路器失靈保護(hù)器。當(dāng)斷路器失靈時(shí)，經(jīng)過(guò)母線(xiàn)保護(hù)出口，可以跳到其他母線(xiàn)斷路器上。每一套母線(xiàn)保護(hù)上，配置失靈保護(hù)與母差保護(hù)，上述保護(hù)均采用一個(gè)出口。

對(duì)于220 kV以上斷路器，核心110 kV斷路器，應(yīng)當(dāng)配置失靈保護(hù)。失靈保護(hù)應(yīng)用三相、分相啟動(dòng)方式，同時(shí)設(shè)置1個(gè)三相跳閘開(kāi)入，3個(gè)分相跳閘開(kāi)入。斷路器失靈保護(hù)，瞬時(shí)分相動(dòng)作會(huì)在跳閘線(xiàn)圈跳閘，經(jīng)過(guò)Ⅰ段延時(shí)，可以跳到斷路器三相；經(jīng)過(guò)Ⅱ段延時(shí)，可以跳到鄰近斷路器。失靈瞬間跟跳邏輯如下：兩相跳閘聯(lián)跳三相、單相跟跳、三相跟跳。經(jīng)過(guò)電流啟動(dòng)量、失靈相電流定值管控。

對(duì)于500 kV及以上線(xiàn)路，斷路器失靈保護(hù)應(yīng)具備遠(yuǎn)跳功能，即線(xiàn)路故障時(shí)，如果端斷路器未正確動(dòng)作，則本端斷路器失靈保護(hù)通過(guò)光纖通道，跳開(kāi)對(duì)端斷路器。

3.2.4 高抗保護(hù)

線(xiàn)路配置高抗保護(hù)時(shí)，采用雙套獨(dú)立配置模式，監(jiān)測(cè)高抗本體異常狀態(tài)、故障隱患，例如非電氣量保護(hù)、微型電氣量保護(hù)等。對(duì)于雙套電氣量保護(hù)，則各自組一面屏；對(duì)于非電氣量保護(hù)，則單獨(dú)組一面屏。電氣保護(hù)按照主后合一方案配置。在每套主保護(hù)中，設(shè)置差動(dòng)速斷保護(hù)功能、匝間保護(hù)功能。后備保護(hù)設(shè)置過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、零序保護(hù)功能。對(duì)于非電量保護(hù)，則配置調(diào)壓重瓦斯、本體重瓦斯、壓力釋放、高溫度保護(hù)和壓力突變等。技術(shù)人員可以按照工程實(shí)況，采用自定義保護(hù)措施。與主變一樣，建議在重瓦斯繼電器上配置3付節(jié)點(diǎn)，3付節(jié)點(diǎn)并接后，接入保護(hù)設(shè)備。

3.2.5 操作箱

在控制回路保護(hù)中，操作箱是重要的組成部分，保護(hù)裝置動(dòng)作、遙控出口，都可以利用操作箱，對(duì)斷路器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)分合閘操作。所以，操作箱應(yīng)當(dāng)和分合閘回路相配合，發(fā)揮出測(cè)控與保護(hù)功能。對(duì)于連接斷路器的合閘線(xiàn)路，則應(yīng)當(dāng)與前組跳閘線(xiàn)路傳動(dòng)回路相連接。當(dāng)斷路器為雙線(xiàn)圈時(shí)，操作箱應(yīng)配置雙套跳閘回路，并接入相應(yīng)線(xiàn)圈。2個(gè)跳閘回路不能合用一根電纜，應(yīng)分開(kāi)接線(xiàn)。此外，監(jiān)視斷路器分合閘位置、回路，檢測(cè)氣壓回路，同時(shí)發(fā)出相關(guān)信號(hào)。當(dāng)存在外部跳閘入口、控制回路斷線(xiàn)時(shí)，能夠發(fā)揮事故告警信號(hào)的功能。

3.2.6 電壓切換箱

針對(duì)連接在母線(xiàn)上的變壓器與線(xiàn)路，為了確保保護(hù)裝置開(kāi)入電壓與設(shè)備母線(xiàn)相一致，應(yīng)當(dāng)配置電壓切換箱。電壓切換回路應(yīng)當(dāng)采用繼電器接點(diǎn)，切換回路包括運(yùn)行指示燈。電壓切換箱通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)對(duì)被保護(hù)設(shè)備母線(xiàn)信息進(jìn)行判別，同時(shí)與電壓保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。在電壓切換箱中，涉及切換動(dòng)作告警、回路斷線(xiàn)告警功能。

3.2.7 保護(hù)信息管理子站系統(tǒng)

保護(hù)信息管理系統(tǒng)，可以收集、整理和分析信息數(shù)據(jù)，快速獲取繼電保護(hù)信息，如圖3所示。在變電站內(nèi)，子站系統(tǒng)能夠接入保護(hù)裝置，負(fù)責(zé)故障錄波器通信，以此完成規(guī)約轉(zhuǎn)換、信息處理與控制。同時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)化要求，將信息發(fā)送至主站系統(tǒng)，發(fā)揮硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的作用。在子站系統(tǒng)中，涉及工作站、采集單元、子站主機(jī)，有助于錄波器、保護(hù)裝置通信。子站工作站能夠顯示相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，隨時(shí)調(diào)取和顯示保護(hù)裝置，分析故障錄波器信息，全方位查詢(xún)歷史信息，優(yōu)化配置網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、子站主機(jī)、采集單元。

圖3 保護(hù)信息管理子站系統(tǒng)

3.2.8 短引線(xiàn)保護(hù)

在二次設(shè)計(jì)中，在線(xiàn)路單、雙套短引線(xiàn)保護(hù)出線(xiàn)下，設(shè)置隔離開(kāi)關(guān)，按照串組屏方式，不再配置到斷路器保護(hù)屏中。通過(guò)斷路器保護(hù)重合閘故障三跳，無(wú)外回路接線(xiàn)。在電網(wǎng)線(xiàn)路接線(xiàn)中，重合閘線(xiàn)路必須具備保護(hù)功能，不需要再次配置。

4 二次設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

4.1 靈活應(yīng)用配置原則、組屏方案

盡管阻抗保護(hù)的應(yīng)用弊端比較多，但是如果取消阻抗保護(hù)，必須對(duì)現(xiàn)有的定值系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。因此，當(dāng)阻抗保護(hù)具備偏移性、配置高，也保留二次設(shè)計(jì)。用戶(hù)實(shí)施期間，必須按照自身需求、運(yùn)行實(shí)況予以調(diào)整，同時(shí)做好投入取消處理。操作箱內(nèi)出口繼電器，可以有效地作用于跳閘啟動(dòng)，然而配置應(yīng)用復(fù)雜，會(huì)增加檢修與維護(hù)難度。二次設(shè)計(jì)配置，要求應(yīng)用分相操作箱，分相操作箱配置線(xiàn)路。然而在應(yīng)用期間，必須按照線(xiàn)路要求，做好雙操作箱操作，保證繼電保護(hù)的穩(wěn)定性、安全性。

4.2 注重專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)合作

在專(zhuān)業(yè)合作方面，特別是通信專(zhuān)業(yè)，必須確保二次設(shè)計(jì)的統(tǒng)一性。在架設(shè)短線(xiàn)路光纜時(shí)，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用雙光纜，將保護(hù)光纖引到通信線(xiàn)架上。在每套光通信設(shè)備上，必須考慮到保護(hù)信息傳送數(shù)量，嚴(yán)禁超負(fù)荷運(yùn)行。針對(duì)保護(hù)回路光纜，需要應(yīng)用200 kV以上的電壓，同時(shí)和通信專(zhuān)業(yè)配合，保證二次設(shè)計(jì)的高效性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，變電站二次設(shè)計(jì)操作，應(yīng)當(dāng)全面落實(shí)繼電保護(hù)原則，以此確保設(shè)計(jì)編制的有效性，同時(shí)為功能保護(hù)、組屏方案、配置保護(hù)、線(xiàn)路接線(xiàn)提供依據(jù)。繼電保護(hù)二次設(shè)計(jì)遵循可行性、高效性、可靠性基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計(jì)和配置繼電保護(hù)系統(tǒng)。電網(wǎng)改造實(shí)施，基于繼電保護(hù)二次設(shè)計(jì)原則，同時(shí)按照不同地區(qū)實(shí)況、配置習(xí)慣調(diào)整。施工操作期間，嚴(yán)格地控制技術(shù)水平、工程質(zhì)量，及時(shí)處理相關(guān)問(wèn)題，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行完善。此外，注重變電站保護(hù)方案優(yōu)化，全面提升設(shè)備利用效率，以此加強(qiáng)繼電保護(hù)裝置的配合度，全面提升設(shè)計(jì)質(zhì)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(guó)家電網(wǎng)安全可靠性運(yùn)行，必須確保電網(wǎng)改造效果，從根本上促進(jìn)電網(wǎng)事業(yè)發(fā)展壯大，為社會(huì)生產(chǎn)、生活提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。