变电站二次继电保护设计方法及问题研究

盛敏　汪楚锟

摘要：文章介绍了二次继电保护的编制方法及依据原理，分析了继电保护的设备和组屏设计方案的原则，提出了在实际运行中应该注意到的问题，确保变电站的二次设计对变电站的保护水平以及保护设备的安全使用和运行。

关键词：变电站；二次设计；继电保护装置；组屏设计方案；零序电流保护 文献标识码：A

中图分类号：TM77 文章编号：1009-2374（2016）02-0135-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.066

1 二次继电保护的依据原理

随着科技的快速发展，一些微小型继电保护装置得到了广泛使用，特别是在电力方面更是发挥着重要作用。但是在实际的使用中，不同厂家不同保护装置的输入和输出、端子、报告以及定值等都不统一，也不规范，在使用时出现很多问题，同时给继电保护的运行和使用、维修和管理方面带来很大的困扰。因此国家电网调度中心编制了两个针对继电保护的企业标准，即国家电网线路保护方法规范和继电保护以及二次继电检验规范。

二次继电保护装置是在准许的标准和技术规范上进行操作的，以编制的两个标准为依据。二次典型设计中对继电保护的配置坚持的原则、技术需求和组屏设计方案等与这两个标准是一致的，同时二者各有不同和侧重点。二次典型设计比较适合设计院在大型工程建设和设备采购时对继电保护的统一规定，但是两个企业标准则是对厂家的保护装置统一规定。

2 设备选型问题

2.1 零序电流保护

对零序的保护只需要使用通用定时比较器T1，这种比较器是事件管理器EVA中的一项，同时进行连续增加和计算数据模式就可以了。PFC部分的系统流程是，在主程序开机后或者复位后，对系统首先进行初始化。其他初始化还有变量初始化、事件管理器以及中断进行初始化。中断流程主要是对整流电压以及电感电流进行输入和输出。对这些模拟信号进行采样，同时进行A/D转换。最后进行电压环路的调节。

当电压超过110kV时，单项接地现象的发生率很高，占到总故障的80%以上。零序电流的作用就是及时排除和解决这些单相接地现象的发生，确保线路的正常运行。零序电流常使用的元件类型是零序电压在3UO和电流在3IO形成的方向上。

2.2 母线电压进行切换问题

如果变电站使用双母线进行施工时，需要对母线电压进行二次切换，在实际的操作中使用母线侧隔离闸。如果在电力正常运行的情况下，隔离电闸出现接触不良情况就会出现失压或者发生距离保护误动的现象，因此，要提前想办法解决这种现象，生产厂家在生产切换继电器时，在电压切换箱中将切换转换器改为双位置继电器。

2.3 变电站的后台系统问题

对变电站自动化设计中，后台系统的一些细节问题是容易忽略的。需要进行电流的输出和计算寄存器值和占空比，同时产生PAM信号控制开关。在正常操作的情况下，变电站直接供电，电源电流成为后备电源。在选择逆变器时，逆变器的容量大小需要在500～1000VA之间选择，这样就可以解决后台监控经常会出现的问题而且也能稳定电源电压，保证整个系统运行的可靠性和安全性。

3 继电保护装置及组屏方法

继电保护的装置方法、技术需求及组屏方案都可以参考国家电网公司变电站的标准设计内容，本文只针对220kV变电站的继电保护的一些功能差别比较大的以及机器配置和组屏方法做出详细的分析和阐述。

3.1 220kV母线保护和断路器失灵保护

以往的继电保护和自动装置的安全使用情况表明，失灵保护产生的主要原因是误碰失灵保护进入回路，因为失灵电流的判断是通过独立装置进行实现的，而不是由经常说的跳闸功能的失灵保护来判断的。如果出现这种现象，失灵保护很容易进入回路，需要依据相关技术进行操作并且判断电流的方向。针对失灵电流的运行需要有准确的判断力和观察力，从而解决出现的问题，保证它运行的可靠性。

3.2 二次继电保护设计的要求

（1）对双母线的设置进行双套电流保护，电流保护的功能都是体现在双套母差的运行保护中；（2）对二次继电保护进行双重化配置后，变电站使用的线路或者变压器与失灵保护需要采用一对一的启动方法，从而使失灵启动更容易造成回路；（3）对失灵电流的保护进行判断需要通过母线保护来实现，撤销各间隔相对独立装置的失灵保护设备；（4）针对主变压器方面，不管是什么原因产生的故障（母线问题造成的变压器无法运行、失灵保护装置电流判断或者是延迟电流运行等），都是需要母线进行保护实现的。

3.3 20kV线路重合闸问题

在断路器的失灵保护现象出现以后以及对失灵的电流功能做出判断以后，二次典型设计中不再进行配置断路器的辅助保护设备。因此，在实际的操作中对每一套线路的保护需要含重合闸这项功能。同时为了缩短电流回路，也要保持两套保护线路之间的相对独立性。二次典型设计是将两套重合闸采取一对一的线路保护方法，即保持在控制状态下发挥各自不同的方法，对启动和封闭之间可以使用相同的方法。所以每套线路的保护和重合閘可以同时进行启动和运行，同时退出。如果电力的运行只需要一套重合闸进行操作时，那么另一套重合闸可以选择压板断开或者对其进行控制设置。

3.4 重合闸沟通三跳回路

对双母线的二次设计时需要两套线路的保护带有重合闸。在实际的运行中，重合闸可以直接连接线路进而保护三跳，只有连接后的线路才能进行保护三跳，但是两套保护线路之间不能独立连接三跳。

3.5 电压切换箱的操作

电压切换箱的操作中，可以选择双位置接点，这样可以避免接触不良，确保不会失去电压。但是在检查时，如果操作不到位，很容易发生反送电。因此，对电压切换箱以及保护装置，在二次典型设计时就需要把隔离刀闸的辅助接点使用单位设置输入方式，如果刀闸的辅助接点出现接触不良的现象或者造成切换回路出现变化时，在不会失去电压的情况下，选择短时间地退出一套线路的运行。

3.6 信息管理系统

目前經常使用的Windows系统的代码很多，当然出现的恶意代码也是比较多的。经常使用的PC硬件的可靠性偏低，计算机操作系统的稳定性也比较弱。但是LINUX系统的安全性很高，而且该系统出现的恶意代码相对比较少。同时UNIX系统有着很强的安全机制，系统的核心部分具有很高的稳定性，备份功能比较完善。除此之外，该系统的嵌入式设备系统稳定性比较好，可靠性较高，相关的装置设备使用起来比较方便和可靠，因此UNIX系统不会产生由于硬盘储存设备因震动而造成故障这些问题。针对调度对保护和管理子站系统的稳定性和可靠性要求逐渐提高，二次设计对子站系统比较容易使用嵌入式装置设备，主机应该使用UNIX或者LINUX的安全操作系统。

4 二次继电保护应注意的问题

4.1 针对220kV及以下变压器的保护设置

常用的220kV变压器属于三相式三卷变压器，根据变压器的技术设计要求，这种变压器会装置瓦斯保护和差动保护功能，尤其是在高压侧和中压侧都会装有复合电压保护，有的还会安装有零序方向电流保护或者间隙保护，一些变压器设备还会装有低压侧复合电压过流保护。将各方向的复合电压保护以及零序方向的电流保护结合起来可以反映变压器的内部情况、母线线路反应变压器自身保护、母线临近的电压设备的接地情况和产生的故障由母线临近的后备设备进行保护。110kV及以下的变压器通常也会装设瓦斯保护和差动保护，对于零序保护和间隙保护以及复合电压电流保护等这些方面的保护作用和220kV变压器的作用类似。

4.2 与通信设备相配合

针对电流的保护系统对通信设备的要求，两者需要密切配合。二次设计在这方面进行统一和协调。在继电保护装置和通信设备方面做了具体的规定，包括以下三点：（1）如果是50km以下的线路，条件合适的可以优先使用双光缆。条件不合适的或者没有迂回线路的需要由双回线路设置双光缆；（2）一条回路线的两套保护措施在进行专业操作时，需要通过两套独立的通信设备相互传输，每套通信设备可以传输最多8套的保护信息；（3）如果使用专用的光纤线路进行操作时，光纤线路可以直接从通信架直接引接。

4.3 对其他设备的设计要求

（1）对断路器的设计要求是简化二次回路的运行，以免长电缆进入造成保护误动，二次设计与断路器保护不一致时，发挥断路器的跳闸压力闭锁等功能，由断路器本身的机构箱进行实现；（2）针对双母线的设计要求是简化电压回路，提升保护装置，确保运行的可靠性。在对双母线进行设计时，二次设计需要装置三相电压互感器。

5 结语

通过对上面各方面的叙述，继电保护装置和组屏方法需要按照二次设计进行考虑，适当的情况下按照各个地区的习惯进行设计，在电力设备招标采购阶段，设计师需要注意处理一些问题，比如处理好电网的继电保护标准或者了解招标采购方面的信息。在进行变电站二次继电保护设计时，既要把握整体运行情况，也要注意每个方面的细节，对继电保护配置以及组屏方法做好充分的考虑和准备。同时还要注意二次继电设备的选型。通过对设计进行优化，能够使二次系统真正运用到实际中去，同时发挥对变电站系统的保护作用。设计者应该做好各方面的准备方案，从而提高电力水平和技术质量。

参考文献

[1]电力线路保护和辅助装置标准化设计规范[S].2011.

[2]唐华强.变电站二次回路和保护技术分析[J].中国电力，2012，（10）.

[3]张俏龄.变电站二次继电保护设计的相关问题研究[J].科技资讯，2012，（3）.

作者简介：盛敏（1985-），女，江西九江人，供职于国网江西省电力公司经济技术研究院，研究方向：电力系统继电保护与变电二次设计。

（责任编辑：蒋建华）