智能变电站继电保护二次回路设计及应用研究

马风贵

（宁夏送变电工程有限公司，宁夏 银川 750001）

0 引 言

电网建设作为国家经济发展的重要基础，随着自动化设备在电网中的大量应用，智能变电站继电保护工作成为当前确保电网正常运行的关键因素[1]。传统继电保护通过继电保护装置与二次接线间的协同以及工作人员的巡检维护确保变电站的正常工作[2]。上述方式适应性不足，文中通过二次设备连接构成二次回路，提高了继电保护的适应性，加强了对智能变电站的保护作用，扩大了智能变电站的使用范围。

1 继电保护分析

1.1 继电保护概述

继电保护可实现电力系统运行状况的实时监控，确保电力系统故障及异常的实时发现及处理，提高电力系统运行的稳定性。若电力系统发生故障，那么继电保护设备可第一时间隔离电力系统电路与故障设备，降低故障对电力系统的损失及影响。继电保护装置运行过程中，通过对比设定阈值与输入信号，基于逻辑控制部分的全面分析控制执行部件保护动作的实施。

1.2 继电保护基本原理

继电保护系统包括测量、逻辑以及执行3个部分。通常按照制造工艺及逻辑原理进行分类，按照逻辑原理可分为电压型和电流型，按照制造工艺可分为整流型和机电型。对于任何类型均需具备可靠性、灵敏性及安全性，确保电力系统故障产生时可及时实施相应措施，确保电力系统运行的安全性和稳定性。

2 继电保护对电力系统的重要意义

电力系统的各环节均需继电器的支撑，确保电力系统高效、稳定、正常运行。继电器通过采集电力系统整体运行信号将采集信号传送到显示屏，同时也将各环节错误在显示器进行显示，实现技术人员的实时监测及调控。继电器与电力系统全部设备相连接，一方面可对电力系统的传输设备进行保护，另一方面可将控制信号传输到终端设备，降低设备的高压击穿风险，提高电力系统设备运转的稳定性和安全性。

3 继电保护要求

3.1 可靠性

继电保护可靠性的前提是系统按照设定顺序动作，并且故障发生时，可及时将电力系统设备与故障线路断开。

3.2 选择性

产生故障时，继电保护可通过最近距离断路器及时将故障隔离。线路故障发生时，通过断路器或周边设备启动失灵保护，避免越级跳闸。

3.3 灵敏性

设备及线路保护范围内，产生接地或断路故障时，保护装置需要通过设定灵敏度，确保可安全地接触故障设备或故障线路。

3.4 速动性

产生故障时，保护装置应在第一时间隔断故障点，缩小故障范围，提升系统稳定性，消除毁灭性故障风险。

4 继电保护二次回路相关内容

4.1 继电保护二次回路作用

继电保护二次回路在智能变电站中可实现一次设备保护监测及二次设备连接，其主要由以下4部分构成[3]。第一部分是二次电压、电流回路，由电压、电流互感器及相关保护部件组成。第二部分是电源，包括保护电源和控制电源。第三部分是信号回路，由信号传输设备、高压设备监控装置以及继电保护设备等构成。第四部分是控制回路，可实现对二次回路中端子柜和断路器控制柜等控制。

二次回路采用电流互感器转化电流对其他设备供电，减小变电站运行成本。运行中若出现不良阻抗，则触发二次开路，避免冲击其他设备，实现设备保护，确保变电站的安全稳定运行[4]。

4.2 继电保护二次回路设计

根据220 kV输变电智能变电站结构要求设计继电保护二次回路。智能变电站结构如图1所示，其由过程层、间隔层以及站控层3部分构成[5]。

图1 智能变电站结构图

二次回路控制模块通过直流空气开关对控制元件进行控制。控制回路具有自动复位功能，可实现二次回路二次连线的自动化。控制回路设计中，通过电源监视回路配置，监测回路合闸动作，同时实时控制和监测断路器位置[6]。信号传输为二次回路有效实现前提，设计中智能变电站信号模块具备自动解除和重复动作的功能，可根据变电站的运行情况，多次触发、单次触发或解除信号状态。

二次电压、电流回路如图2所示。电流互感器设计时应合理计算相关参数，确保互感器的电流转换功能[7]。运行中，合理配置二次绕组及互感器电流，避免保护死区，确保二次回路的保护功能。

图2 二次电压电流回路

基于无人化的智能变电站设计中需采用分层分布的网络模式对监控模块进行可靠性设计，实现变电站全部设备的监控，数据的处理、传输及显示，实现数据共享。由于监控模块需同时具备设备监控及数据处理功能，设计中变电站数据采用冗余设计，确保处理模块与监控模块间的数据共享，实现数据传输的精准性和高效性[8]。

5 继电保护二次回路应用分析

基于220 kV输变电项目设计智能变电站继电保护二次回路，设备主要架构如图3所示。设备布置时，需配置与保护装置对应的面柜及保护柜，控制电缆采用多芯控制电缆，确保正常传输，且电缆线芯应满足回路电流需求[9]。

图3 设备主要架构

二次回路保护装置应具有自动运行功能。对于文中220 kV输变电项目，需配备两套工作原理不同且具有独立保护功能的保护设备。同时两套保护装置配置相应合并单元，通过共同的二次绕组电路与母线保护电路连接。根据电路设计参数选取控制信号装置，设定继电器电压较母线电压高10%，确保电流工作范围。配备两套智能终端断路器，且相互间数据传输采用网络交换机，确保站控层继电保护设备的正常通信[10]。

控制电缆选取具有足够数量备用线芯的铜质多芯电缆，根据电路需求选取控制电缆线芯规格。端子排作为继电保护二次回路有效发挥作用的基础，应严格按照设计图进行接线施工。此外，端子排应具有较高的防潮性，安装时核对端子排与外部设备的连接情况，控制柜和端子箱等交流、直流电路应在不同端子排上连接。

继电保护二次回路中，信号设备可反映二次回路的保护效果，其选取中应综合操作频次、电流以及电压等参数。使用中，控制开关参数应根据二次回路正常工作要求进行选择，继电器应根据跳闸电流及母线电压进行选择，电压线圈电流应调控在母线电压范围内，同时根据串联形式配备相应阻值的电阻。

6 结 论

随着自动化设备在电网中的大量应用，智能变电站的电路保护要求逐步提升。本文针对220 kV输变电项目中智能变电站结构，通过继电保护二次回路实现对变电站的保护。基于无人化要求，设计了继电保护二次回路，实现了智能变电站设备的实时监控及信号的及时处理。根据具体指令实现设备的自动复位重启，提高了继电保护适应性，确保了智能变电站的安全、稳定及可靠运行。