智能变电站继电保护配置方案研究

周正龙

摘 要：文章通过对三层两网智能变电站特点的要求提出了分层配置的继电保护配置方案。在过程层中安排有变压器保护以及线路保护等间隔保护，它能够进行独立跳闸，不必依赖于过程层的交换机。在间隔层进行多间隔的母线保护的配置，而跳闸保护功能的实现主要是通过过程层的交换机的进行。同时在站控层中设置有站域的智能保护单元，能够保证站域的管理和保护。在变电站的继电保护中，主保护通过变压器以及线路保护来实现，而后备保护由站域的智能保护单元进行实现。

关键词：智能变电站；继电保护；主保护；后备保护；配置方案

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）32-0015-02

1 概 述

现有的智能变电站的继电保护配置方案一般采用根据对象的不同进行保护装置相关配置，如母线保护、主变保护、线路保护、开关保护等，与常规互感器相比，智能变电站的继电保护配置方案将数据采集的光线接口替换掉原来装置中的交流输入插件，并且用光线通信接口替换了I/O接口的插件，CPU模拟量处理也改变成为了通信接口的处理。原本在常规互感器上的操作插件转移到了智能的操作箱上。分层配置的继电保护能够在继电保护的系统当中渗透进全局的信息，重新审视了继电保护的配置以及原理，避免继电保护中的主保护受到系统运行方式的影响，这种继电保护能够对故障元件进行快速的切除，系统运行方式也不会对后备保护产生影响，为电网的安全性和可靠性提供保障。

2 继电保护配置的局限性

电网的主要组成包括输电线路、变压器以及发电机，在出现电力系统发生故障时为了能够对在电力系统中产生故障的设备进行快速自动切除，需要继电保护装置。它能够起到将故障隔离开来，防止故障对于系统其它内容产生影响，保证其它设备的正常运行的作用。继电保护配置一般分为后备保护和主保护两个部分。在一般情况下，主保护部分是主要的继电保护装置，它不会受到系统运行方式的影响，实现快速切除故障元件动作。而一旦主保护出现了拒动的情况，后备保护就起到了作用，代替主保护装置进行故障切除工作。后备保护的存在使得电力系统中即使出现单个的保护元件、二次系统或是断路器发生问题时也能够对故障进行及时隔离。因此在继电保护中主保护和后备保护二者缺一不可。然而由于我国大规模电网的不断建设，在电力系统出现故障时很容易发生连锁反应，现有的继电保护与电力系统不相适应，出现了以下几个主要问题：

首先，继电保护系统的主要目的是切除电力系统中的故障，对于切除之后的运行状况没有进行反映，因此对于切除故障之后的电力系统起不到保护作用，继电保护装置的一些运作可能会引起电力系统中其他元件的异常，严重甚至可能导致电力系统的崩溃。

其次，继电保护装置根据本地的相关数据产生保护动作，因此继电保护装置还有最大的问题便是该装置只能保证解决本地电网的故障，而忽略了故障对于整个电网可能产生的影响，同时系统的运行方式不断改变着，继电保护装置难以做出全面及时的反应。不同的保护装置之间协调性不够，因此对于整体系统的安全运行难以保证。如果发生了联锁故障等情况还可能恶化电力系统的运行状态。

常用的后备保护的保护范围较大，但是也因此不具备选择的快速性，进行反映的时间过长，有时会因此失去保护作用。为了能够保证选择性，遵循阶梯时限的原则是后备保护需要遵循的原则，有时动作时限会因为电网较为复杂而达到数秒，大大增加了后备保护之间的配合的难度。

3 继电保护设计方案基于分层配置的优势

从模拟式保护到数字式保护的发展在继电保护的发展过程中占据了相当长的时间，因此即使现在的数字式保护中仍然可以看到模拟式保护设计影子的存在。在继电保护当中虽然有着分层配置的优势，但是技术等方面仍然没能完全发挥。

智能变电站当中智能的一次设备、网络化的二次设备的应用，将变电站中的电力设备能够进行相互操作以及信息的共享。因此提出了分层配置的继电保护配置方案。它能够让主保护功能快速实现，而且还能够实现快速的后备保护，对于常规的继电保护存在的问题进行一一解决。

基于分层配置的继电保护方案设计中，在过程层中安排有变压器保护以及线路保护等间隔保护，它能够进行独立跳闸，不必依赖于过程层的交换机。在间隔层进行多间隔的母线保护的配置，而跳闸保护功能的实现主要是通过过程层的交换机的进行。同时在站控层中设置有站域的智能保护单元，能够保证站域的管理和保护。在变电站的继电保护中，主保护通过变压器以及线路保护来实现，而后备保护由站域的智能保护单元进行实现。分层配置的继电保护能够在继电保护的系统当中渗透进全局的信息，重新审视了继电保护的配置以及原理，避免继电保护中的主保护受到系统运行方式的影响，这种继电保护能够对故障元件进行快速的切除，系统运行方式也不会对后备保护产生影响，为电网的安全性和可靠性提供保障。

4 继电保护装置性能分析

基于分层配置的继电保护配置方案能够大大提升继电保护的性能，主要体现在集中决策的后备保护、独立决策的快速保护以及站域智能后备保护。

过程层中安置变压器保护以及线路保护等主设备的保护，它的特点是快速切断不需要对其他间隔信息进行依赖，因此直接安放在过程层中，与智能操作箱通过直接相连的方式进行信息的传递以交互，即使网络信息发生瘫痪，不会影响到继电保护装置中主保护的动作。传统的保护性能在智能变电站中仍然有所体现，故障的快速切除不必依赖于外部通信。

后备保护是进行集中控制以及决策，对变电站中基本所有的一次设备进行后备保护，后备保护包括有母线充电保护、线路重合闸、线路过负荷保护、电源备自投、变压器过负荷保护等，后备保护对这些设备的保护是独立的功能模块，模块与模块之间主要通过后备保护的整体逻辑进行相互之间的配合。

后备保护中的集中处理能够将智能变电站中的功能模块以及后备保护原理进行统一，简化各个线路以及变压器等之间重复的保护，充分利用变电站站域中的信息，快速的得到变电站运行变化，通过专家对故障的具体位置进行判断以及最终决策，如果出现有断路器失灵、保护拒动等问题，通过后备保护能够降低这些问题对故障判断带来的影响。在保证选择性的同时也能够保证快速性。将后备保护进行集中能够解决原本的继电保护中由于故障切除范围大以及电网复杂等原因导致的动作时间过长等问题。

基于分层配置的智能变电站继电保护装置方案中，全局信息引入了站域智能的后备保护以及控制单元，不仅能够对传统的后备保护进行完善，还能够实现原本传统保护方式无法实现的性能。

5 总 结

传统的电力系统中，继电保护的评价主要从四个方面进行，即快速性、选择性、可靠性以及灵敏性。传统的继电保护往往不能将这四个方面进行合理协调。而智能变电站中基于分层配置的继电保护配置方案则能够很好的弥补这一缺点，不仅继承了传统继电保护中的优点，而且对传统继电保护中存在的缺陷与局限性进行改善。分层配置的继电保护能够将全局的信息引入到继电保护的系统当中，对继电保护的原理以及配置进行重新审视，从而保证主保护不会受到系统运行方式的影响，这种继电保护能够对故障元件进行快速的切除，系统运行方式也不会对后备保护产生影响，为电网的安全性和可靠性提供保障。

参考文献：

[1] 高东学，智全中，朱丽均，等.智能变电站保护配置方案研究[J].电力 系统保护与控制，2012，（1）.

[2] 朱声石.高压电网继电保护原理与技术[J].电力技术，1981，（8）.