变电站二次继电保护设计方法及问题

巫稳超

【摘要】目前我国变电站中所属的继电保护和直流系统的二次设计方面仍处于不尽完善的程度，并严重影响着供电系统的稳定性，导致供电设备相继出现了各种不同程度损坏。其中变电站继电器的保护方案以及配置原则存在较大问题，导致相关工作人员无法高效切实的对其进行维护和管理。所以，因此，二次继电保护设计的科学性和合理性，是人们关注的话题。本文就变电站二次继电保护设计的编制依据进行阐述，并对二次设备选型与二次设计时需要注意的细节性问题进行分析，从而得出继电保护组屏与配置原则

【关键词】变电站 继电保护 二次设计 变压器保护 供电系统

一、引言

随着我国科学技术的快速发展，电力事业也展现出了较大进步，微机型继电保护装置逐步应用到电力系统中。近年来，虽然继电保护装置的生产厂家越来越多，但是其产品的各项参数却存在一定差异，导致了设备装置不规范等问题，不仅给设备的运行和维护带来问题也威胁了用电客户的用电安全。因此，国家电网调度中心依据国际继电保护相关的技术规程编制了以国家电网线路保护规范以及继电保护的二次回路验收两个企业标准的继电保护规范，下面我们就变电站二次继电保护设计方法及存在问题展开详细讨论。

二、二次设备选型原则

二次继电保护问题就涉及到二次设备的选择问题，下面就零序保护、母线电压切换及变电站后台系统三个方面展开讨论。

（一）零序保护

当电压等级超过110 kV时，单相接地的故障发生率最高，约为总故障的90%。所以對其进行保护是必然。零序电流保护是及时切除单相接地故障并实现线路保护的常规方法。所用到的常规元件为零序电压3U0与零序电流3I0。

（二）母线电压切换

变电站中有时会采用双母线接线，此时二次母线电压与直流电源之间的二次切换需通过运行相应的母线侧隔离刀闸实现。如果在运行过程中，隔离刀闸出现接触不良问题，就会导致距离保护失压，容易出现距离保护误动作情况。因此，为了有效改善和解决这一问题，部分设备切换无效的生产厂家，应将其切换继电器改装为双位置继电器。

（三）变电站后台系统

在变电站系统自动化设计中，后台监控机是其主要部分，需要全天候不间断运行，并要求它的数据交换量高，运行速度快。因此，工作人员在对变电站进行设计时，应选择性能较强的监控机。但是当下我们很多变电站的后台系统选择的都是性能一般的监控机，导致电力系统运行中设备出现损坏情况，影响整个系统的安全运行。因此在监控机的选择方面我们应注重其性能指标。

在变电站后台系统中监控机的存在提高了供电系统的稳定性，但是监控机全天候运行的前提是未其配置的不间断电源。对逆变器进行设计时，通常设计站用变电源和直流电源两路输入。

当系统正常运行时，利用的是站用变电源，通过逆变转化，形成一种净化的交流电源，为后台监控机供电。当站用电发生故障时，启动直流系统的直流电源，通过逆变交流后为后台监控机供电，保证监控机的正常运行。在站用电恢复使用后，系统再转换为站用电供电，直流电源仍作为备用电源。此时就涉及到逆变器的选择，通常选择容量在500 VA-1000 VA范围内的逆变器。采用这种逆变器，不仅解决了后台监控机站用变电源断电问题，同时还能稳定站用变电源电压，让系统更加安全稳定的运行。

三、继电保护配置与组屏方法

上面我们对设备选择进行讨论，接下来我们依据南方电网公司出版的变电站标准设计要求，对110 kV变电站继电保护设计的配置与组屏进行阐述和分析。

（一）母线保护与断路器失灵保护

根据历年来变电站二次继电保护的运行情况分析得出，系统失灵的原因主要是由于误启动失灵保护进入回路状态，其根本原因在于失灵电流的判别是通过系统失灵启动装置运行实现的。当无启动失灵保护进入回路时，失灵保护易进行误动作操作。因此在失灵最终跳闸的相关原则下，失灵电流的判别是通过失灵保护实现的，对提高失灵保护的可靠性具有较大的促进作用。因此在进行二次继电设计时，应遵循以下设计要求：

双套失灵保护在双母线中应含盖双套失灵保护的相关功能。

失灵保护双重化配置后，使失灵保护与每套线路都是一对一的启动模式，简化失灵启动装置。通过母线保护对失灵保护电流进行判别，并将独立配置的失灵启动装置取消。

在主变压器单元，母线保护负责对主变压器故障、变压器侧断路器失灵及失灵保护引起的电力延时与判别进行回馈和保护。

（二）110 kV线路重合闸

母线保护负责的是断路器的失灵保护以及对失灵电流的判别，依据二次继电设计的相关规定，要求断路器的辅助保护装置在每一套线路保护中设置重合闸功能，相当于一对一的重合闸线路保护启动。这样既能进一步简化回路，还可以使两套保护处于独立性状态。

（三）电压切换箱接线

电压切换箱的正确接线不仅能避免系统中因不良接触而引起的失压现象。还关系到检修时，会不会出现反送电现象，对系统的安全、稳定性及设备是否会损坏有着重要作用。因此在进行二次继电设计时，先保证电压切换箱的双重化保护配置，再采取单位置的输入形式进行隔离刀闸辅助接点设计。当系统接触不良致切换回路出现异常时，可根据实际情况，将其中的一套短时退出，保障系统的整体安全性。

（四）保护及故障录波信息管理子站系统

随着时代的发展，信息安全及恶意代码也影响着我们生活的各个部分，电力系统也不例外，目前嵌入式装置产品作为二次继电的保管管理系统，它的程序选择也要慎之又慎，其中LINUX和UNIX系统具有较高的安全性，且其恶意代码也不如WINDOWS系统多。所以目前主要采用系统模式是LINUX与UNIX两种系统。

四、注意问题

虽然变电站二次继电保护的策略和方法有很多种，但是随着电力系统复杂化的提高，而继电保护设计方法也会存在一些漏洞。

（一）变压器保护设置

依据变压器保护相关规定要求，在变压器设备中不仅要安装差动保护、瓦斯保护装置，还应在中、高压两侧安装相应的保护装置，高压侧需安装复合电压闭锁过流保护、间隙保护以及零序方向过电流保护，而低压侧仅需装置复合电压闭锁过流保护。这种综合保护能够对变压器内部及各侧母线，并能及时将其邻近的各种电器设备接地之前的故障问题反应出来，是保护变压器及其他用电器设备安全运行的重要手段。

（二）协调通信专业

一般情况下，由于两个专业的通信设备要求在规定上存在一定差异，本次二次继电保护设计与系统通信之间的规定进行了一系列调整，主要体现在，第一，对于长度小于50 km的短线路，若没有迂回光缆路，应在同塔双回路上设置双光缆；第二，当通信专业光端机同时使用在一回路的两套纵联保护中时，应各自建立光通信设备，进行独立传输；第三，当系统使用的是专用光纤芯通道进行线路保护时，应通过通信光配线架直接引接来保护光纤。

（三）对一次设备的要求

为了使二次回路进一步得到简化，避免长电缆开入引起保护误动等现象，二次继电保护设计要求去除断路器实施三相一致保护，而是由断路器本体机构箱负责跳合闸压力闭锁、断路器防跳等功能的实现。此外在进行二次保护设计时，还对双母线接线线路的电压互感器提出了相关要求，在每个双母线接线间隔之间，使用三相线路电压互感器，不仅使电压切换回路更为简化，同时也使保护装置运行更加安全可靠。

五、小结

在进行变电站二次继电保护设计时，不仅要把握设计重点，重视保护设计的可行性，还要注重工作实施的每个细节，充分分析继电保护的组屏原则以及配置方式，再结合具体情况与常见问题进行科学设计。此外，还应注意二次设计涉及的设备选型原则。通过优化设计，让二次系统真正做到安全保护变电站，安全保护电力系统，使电力事业蓬勃发展。

参考文献：

[1]唐纯华.有关变电站二次回路及继电保护调试技巧分析[J]. 大众科技，2010 ，（2）.

[2]张巧玲，李西安.变电站二次典型设计中继电保护技术原则[J].中国电力，2009，（6）.