变配电站继电保护技术的研究与应用

张春岐 方俊杰 任华军

（山东黄金矿业有限公司三山岛金矿 山东 烟台 261417）

1 变配电站的微机综合保护装置

新立35KV变配电站电源引自山东黄金电力公司110KV变电站，变配电站装机2×6300kw，年用电量4500万kwh。两台变压器一用一备，输出电压6KV。共18路输出。1991年投运，配置的是典型的常规保护屏，此类继电器屏弊端较多，部件容易老化，使整定的准确度差，给设备的检修维护和试验工作带来不便，运行可靠性差。为此经过多方面分析比较，决定对该变配电站的二次系统进行改造，采用先进的微机综合保护，最终选定北京德威特电力系统自动化有限公司的微机综合保护监控产品。实现了变配电站微机自动监控，优化调度，为远程中心控制打下了良好基础。微机保护系统采用分层多CPU并列运行的系统结构，每个CPU由单独的开关电源供电，可靠性高，检修维护方便。各模块系统相关性少，工作运行独立，单元管理机采用一体化工业控制计算机，集中人机接口和信息处理人机接口界面，可在线进行定值修改。故障报告及调试信息自动存入工控机硬盘，可随时查阅和打印输出，并具备软硬件自检功能，有更高可靠性。监控系统紧密连为一体。自2007年9月投入运行以来，效果良好。

2 变配电站微机系列保护装置

根据新立变配电站是35kV终端变电所的特点，结合其一次系统设备和原保护的配置，并经过与生产厂家研讨，配置了专为变配电站进行成套而设计的ISA-300微机综合保护监控产品,替代常规保护,直接构成综合保护自动化系统。具有主变差动保护、后备保护、非电量保护及35kV、6kV线路保护。ISA-300系列是长园深瑞自动化有限公司为加强产品的人性化操作而设计的全中文界面的微机保护监控产品，具有全程中文显示，能够清晰显示装置的各种状态和报警信息，人机界面更加友好，极大的方便了运行人员掌握该产品的使用和理解显示信息，具有事故音响信号、预告音响信号、直流系统电压高报警、直流系统电压低报警 、直流系统接地报警等功能。该系列产品具有面向用户的开放式软硬件系统，分布式安装应用于各种场合等特点，突出解决了微机保护监控装置在恶劣环境下(如低温、潮湿、强电磁场干扰、有害气体、灰尘等)长期可靠运行问题和常规控制、测量与信号的兼容性问题；突出解决了变配电站综合自动化系统中通讯网络的可靠性、快速性和多种规约的兼容性问题，突出解决了变配电站设计、调试、运行的快速化、简单化、智能化和习惯性问题。

2.1 变压器差动保护

该保护装置设有差动速断和比率制动式差动两套差动保护功能。差动速断是反映差动电流的速断电流保护，能保证在变压器内部发生严重故障时快速动作跳闸。比率差动保护完全反映差动电流及制动电流的突变量，不受变压器正常运行时负荷电流的影响，有较高的检测变压器内部相间短路、高压侧单相接地短路及匝间层间短路等故障的能力。该保护还设有TA断线报警与闭锁控制、带延时的非电量保护和非电量保护记录等功能。

2.2 变压器后备保护

根据现场要求，保护的二次电流均取自本侧TA，主变三侧都包括有三段复合电压闭锁过流保护，其中I段、Ⅱ段可方向闭锁，保证了保护的选择性；一段零序电压保护；35kV侧还设有二段零序过流保护。并设置过负荷发信号、启动主变风扇、主变有载调压闭锁等功能。

2.3 非电量保护

该保护装置实现了电量保护与非电量保护的彻底分离，由专门的装置来完成非电量保护。主要是来自变压器本体的非电量信号，包括瓦斯、冷却器故障、压力释放、温度过高、油位及油温等，起动后发出中央信号，并发送给微机保护作为事故记录，直接跳闸，则起动本装置的跳闸继电器。另外，该装置能自动打印动作信息，且可通过通信将信息传至监控系统。

2.4 线路保护

线路微机保护装置，配置了距离保护、零序电流(方向)保护及三相一次重合闸。相间距离保护采用躲负荷性能好，且具有一定耐过渡电阻能力的圆特性阻抗继电器来实现，接地距离保护采用的是具有较强耐过渡电阻能力的四边形特性阻抗继电器。其中距离保护、零序电流保护设有独立出口跳闸回路，35kV线路与6kV线路均采用二相二元件接线方式且配置了接地选线功能。

3 保护装置主要硬件结构

ISA-300系列装置采用分层多CPU并行的系统结构，设有4个保护CPU，单元管理机不参与保护动作行为。而且现时配置的差动保护附件，设置了提高小电流故障检测灵敏度的工频变化量比率差动元件，增设了相电流工频变化量起动元件，采用二次谐波制动，其交流电流隔离变换采用的电流互感器，使变换电流的谐波分量不失真，提高了防误动的能力。在后备保护的外部电流和电压输入，经隔离互感器隔离变换后，由低滤波器输入到模数转换器。CPU经过采用数字处理后组成各种继电器，作为非电量保护，可直接起动跳闸出口回路而无需经CPU进行逻辑判断，有利于提高动作可靠性。保护采用多CPU并行工作，具有智能型的自检和互检功能。CPU1担负录波功能，设有相电流差突变量起动，零序电流起动及变位起动三种方式；每次触发录波可记录8个周波，且断电后不丢失数据。CPU2为距离保护，内设距离保护起动软件。CPU3为零序保护。

4 微机综合保护测控装置功能选择

变配电站的监控部分采用微机监控系统，保护部分采用微机系列保护装置。微机监控系统应用分层分布式结构，由主控层和现场层组成，两层设备功能各自独立，互不影响，在主控层设备退出运行时，现场层能独立完成全站运行。分布结构使现场设备的控制彼此独立运行，模块化的软件结构，检修维护方便。主控层与现场层之间采用以太网络结构进行数据交换，数据传输速率高，实现主控层实时显示现场层的动态数据，数据库实时自动更新，历史数据库完整保存。主控层硬件由一台工控机组成，采用windows2000操作系统为平台，用监控软件组成监控系统的主控层。在变配电站的应用中，制作了运行监视、主接线图、开关状态、保护定值、实时和历史报表、实时和历史曲线，历史事件、辅机状态等10个项目。主控层系统具备：变配电站运行安全监视功能，包括运行状态各电量、越限报警记录、事故记录、故障状态、温度趋势的监视；数据的采集及处理功能，实时采集现场各种监测量，包括开关量、模拟量、测试量，并进行数据计算、越限报警、电量累计、功率总计；开关控制功能，系统接收操作运行人员开停指令，实现高压开关的闭合和断开；自动调节功能，实现电压控制及经济运行，实现自动电压控制，以及人工指令控制；定值设定，报表的生成与打印功能，包括事件列表、历史报表等打印功能；语音报警功能，当出现设备状态异常、保护装置动作时，通过多媒体系统进行语音报警；人机交互界面友好，全中文显示，简捷、直观、操作方便，即使不太熟悉计算机的运行人员也能在短时间内掌握操作方法。现场层由微机综合保护控制器组成。负责采集35kv(6kv)线路有功、无功、电压、电流、功率因数、频率等量，实时显示和上传给一体工控机；主要功能是：实现开关的自动控制，控制指令既可在屏上按钮发出，也可由屏上工控机遥控，或由主控层工控机遥控发出；微机保护与微机监控既统一又不丧失独立性、高可靠性。在主控层故障时能独立工作；遥控投切保护，遥控信号复归，保护定值远方修改，完整的电气防跳及控制回路。

5 微机综合保护自动化运行的特点

变配电站投入运行以来，经过几年的运行实践，微机自动化系统装置具有以下特点：

微机自动化程度高，可以实现无人值班，大大地降低劳动强度，使变配电站成本降低，效益显著提高。总线式，普通屏蔽双绞线，直接同PC机连接。解决了微机保护装置在恶劣环境下长期运行问题和常规控制、测量与信号兼容性问题。

由于采用分层式结构，主控层和现场层设备各自独立，互不影响；主控层(上位机)设备退出运行时，现场层(下位机)能独立而完全满足运行要求，并采用了避错、容错、纠错等技术，实现了较高的可靠性。由于采用分布式结构，模块化系统硬件及功能分布，现场设备的控制独立，各设备独立运行，某一装置故障不影响其它装置运行，检修维护方便。

微机系统的监控软件，具有友好的人机界面，界面可根据文字提示随意切换；全中文显示，简捷、直观、操作方便，即使不熟悉计算机的运行人员也容易掌握操作方法。微机综合保护装置，与常规继电保护相比，具有更高的精准度和灵敏度，自动化程度高，故障报告记录准确。硬件模块化设计，每个CPU由单独开关电源供电，故障报告记录准确，可靠性更高，检修维护更简便。

电站的电气二次线设计工作量小，控制连接电缆少，微机设备装置占用空间小；施工安装工作量较少，现场调试也非常简单，微机综合保护自动化系统装置的电源，具备两套工作电源，由交流220v主供，直流220v备用。装置本身具有交、直流电源自动切换功能。当电网失电时，确保微机系统仍能可靠工作。

微机系统装置投运至今，运行状态良好；数据采集及时、准确；操作保护装置安全可靠，是现代技术应用的成功之例。

6 结束语

随着微机综合保护的日渐成熟与逐步完善，变配电站实施微机综合自动化值得广泛推广。通过实践，我们切身体会到微机自动化的许多好处。因此，变配电站采用微机自动化是必然之路，发展前景是广阔的。

［1］王维俭.电力系统继电保护基本原理[M].北京:清华大学出版社,1991.