110kV 智能变电站继电保护若干问题研究

樊鹏鹏

（中交机电工程局有限公司，北京 100020）

为了能够应对供需平衡，我国针对电力企业专门出台了相应的管理措施和鼓励政策，确保电力企业能够在满足我国市场经济发展需求的大背景下保持长久稳定的发展。在此原则下，电力企业就不应当将过多地关注点放在供电总量上，而是应当结合现代化的发展需求对电力服务的质量进行改进，确保电力服务水平的提升。

1 智能变电站的特点

智能化变电站采用了开放式的分层分布系统应用，是由不同的站控层、间隔层以及过程层共同构成。采用了标准化的通信标准，所以站内信息不仅具备共享性同时也有唯一性的特点，能够在进行相关信息采集的过程中不会出现信息之间的重复和重叠，方便后期工作人员在辨识故障信息时不会出现误报的问题。

站控层主要是由主机、远动通信装置以及二次功能站统一组成，设备为站内的人机器提供对应的联系界面，能够帮助操作人员进行不同层级之间的设备管理，进而实现对整个变电站全面的监控，并形成统一的管理。当然，站控层也能够实现远程的调度和监控的目的。

间隔层则是由很多二次子系统共同构成的，它也包括了对设备的保护、测量以及计量的设备应用。当站控层以及其相关网路出现问题无法发挥应有作用时，该间隔层仍可以独立完成设备的监控以及保护的工作。

过程层则是由互感器、合并单元以及智能化单元构成的，它用于完成二次系统以及一次设备的相关功能的应用，充分的进行对电气量的采集、设备运行过程的检测以及对主控命令的执行等任务。

2 目前智能化变电站继电保护应用过程中的常见问题

在电力应用发展的早期，为了能够满足区域内电力网络的覆盖水平，在发展建设过程中以覆盖全面无遗漏为主。而在这个过程中必然会存在一定的不足，且当时的电力应用技术还不够先进，电力网络化的水平不足，即便是应用了网络化的电源点也仅仅适用于网络的正常运行，而忽视了其所具有的其他应用能力。所以在应用过程中对于电能输入的限制水平较高，这一问题也引起了我国供电企业的高度关注。

近些年，城乡建设发展速度不断地加快，相应的电力设施的覆盖范围也在不断地扩大，但仍有部分区域的配电网络的基础设施应用比较落后。使用了冗长的电力输送线路，造成线路负载过大电源负荷提升，很容易引发大面积停电的事故，给人们的日常生活和生产造成影响。

在早期的电力网络施工前期，对于电力线路的设计通常是结合实际使用需求进行的。没有经过合理的规划和长远的计划，所以在线路材料选择方面与国际电网线路规格无法匹配[1]。而后随着区域用电需求的不断增加，电力网络的搭建和设计一直也没有进行规范，造成网络建设混乱，给后续的维护工作造成一定的困扰。后续的维护和修理工作也没有达到预期，进而增加了电力能源的浪费，甚至给当地的电力企业造成了一定的经济损失。

在对供电企业进行电力网络数据统计的过程中经常会出现干扰的问题，这些因素主要是由于早期电力网络设备应用没有及时进行维护和更换，设备老化情况严重，技术应用较为落后，这也是导致后续在应用过程中事故频发的问题。而很多电力事故的发生也都是源于电路老化设备短路等，这也给电力网络的稳步运行造成了极大的困扰。

3 关于110kV 智能变电站继电保护的配置情况

3.1 智能化的应用

一般来说，无论是常规变电站还是智能变电站，都会采用控制断路器的分合闸来实现继电保护的应用。而随着技术应用的升级，还会有一些线路支路配合使用具有电能测量或是计算机应用的设备。比如我们经常见到的电流互感装置以及电压互感装置，它们甚至可以实现单独测量的应用目标[2]。所以无论是电力网络建设的实际结构还是建设的基础化设备配置，智能化变电站与传统变电站相比更具先进性和创新性。通过技术应用的提升，有效地对电力设备的应用进行了完善，借助先进的计算机网络化应用技术也能够让智能化变电站的自动化技术应用水平得到提升。在对智能化变电站进行设计时，设计人员应当重点注意双重化配置方式的应用。这是由于这种配置方式能够极大地提升整个系统配置的应用可靠性，也能够使智能化变电站的应用更具可靠性。双重化配置的应用具体来说就是在A/D 采样回路、光纤连接以及智能化终端等采取更加合理地控制服务，确保各项应用能够得到进一步的保障，实现双重保护的目标。在应用过程中也应用到了智能化电子设备，通过智能变电站建造，确保继电保护装置的设计方案能够满足国际设计标准以及相关要求。

3.2 输电线路的保护

在进行110kV 智能变电站的设计之初就应当考虑后续的维护工作的执行和应用。通过前期的智能化的预设工作能够在设备出现故障时及时进行报警，同时也可以在线路中安装对应的自动化控制设备来实现远程控制的目标，在特定的状况下能够直接进行远程的跳闸控制，避免因为部分故障的原因而造成整个网络的瘫痪，给电力网络的稳定运行造成影响。通过网络信息化的技术应用能够有效实现对信号之间的支路连接，然后借助电流互感装置以及电压互感装置的应用对数据进行对比分析，如果回传的数据变化较大则可能存在故障，此时应当针对性地进行故障排除，避免因小失大造成更大的安全隐患。

3.3 分布式母线保护

母线是电力网络系统有效运行的基础设备，也是在进行电力网络检验和检修过程中需要重点注意的对象。一方面是这种设施其扩展性能较差，其次进行二次接线时的操作较为复杂。为了能够有效地提升智能变电继电保护的性能，需要从母差保护的逻辑入手进行简化[3]。借助过程层的分布式母线就能够有效地实现这一目标，它的应用原理主要是通过对网络技术的应用以及智能短路的方式来去除母差，保护过程中的负压闭锁元件，进而能够实现对母线的独立化保护，达到保护母线顺利使用的目标。

4 关于110kV 系统继电保护配置的设计

4.1 智能变电站的线路

在进行110kV 智能变电站的建设设计过程中，首先需要做好对变电站线路的保护工作，确保当线路出现故障问题时能够借助智能化的网络设备及时进行报警，这样就能够便于管理人员及时找到问题点甚至是问题的原因进行处理，极大地提升了维修的效率[4]。为了达到这一目标，需要在线路中安装断路器等设备，借助这个设备能够实现故障状态下的跳闸以保护其他的线路，避免其受到更大的损害。通过安装保护测控装置，能够实现将网络信号与每个电力网络支路相互连接，快速地对电力网络的运行状况进行采样，并于智能化终端联系，实现信息的传递。当然，通过安装电流互感器以及电压互感器，也能够对电网中的电压进行有效检测，定期进行电压分析，快速找到安全隐患。

4.2 变压器补偿保护

一般来说，在电力网络设计过程中会设置补偿装置，主要分为静止补偿器以及同步调相机或是并取电容器等设备。这些装置的应用功能主要是在相互作用下能够改变线路中输送的无功功率的因数，通过改变因数的方式来改变变压器以及供电厂在供电过程中的无功损耗功率的减少。在我国的供电系统中最常见的就是110 kV 配电网络，通过在这些装置上面配置电容器组，能够有效地增加补偿容量。这种应用方式在我国的农村地区的电力应用中作用非常明显，在电力使用高峰期如果不采取相应的措施就会导致带电网负荷较大，而相应的设备的符合变小。如果电网长期不间断地运行下去就会导致无功负荷的不断上升，很容易造成用电事故。所以针对此类问题采取大容量无功补偿装置进行自动化的投切，就能够有效降低电网的无功损耗，实现变电所的集中补偿保护的目的。

5 关于站内继电保护的检测应用

传统的合并器所发出的光数字信号能够有效地替代输入保护装置的电压并对电流量进行模拟，传统的保护测试设备只能进行模拟量的输出，但这个输出值与实际数值之间还存在一定的差量。随着技术的革新和完善使得现有的光数字保护测试仪器能够从保护装置的以太网口进行输入，有效地提升了数字化测试信号的准确性，也简化了原有的操作步骤。当然技术的个性化也带来了一定的挑战，对于应用的水平要求变得更高，同时在应用的过程中要必须考虑跨间隔数据的要求的保护装置在作用过程中不同间隔间传输数据时，彼此之间必须达到时间上的一致性才可以，如果差距较大则很难实现保护装置的目的。

对于智能化变电站中的一次和二次设备，需要借助网络信号发送以及采集的方式来实现保护作业。将所采集的数据信号传输到数据终端并进行分析，对相应的数据结论进行指令下发，尤其是在设备出现故障的情况下，这种简洁的操作方式能够有效地实现对设备第一时间的控制，使问题设备停止运转，避免设备进一步损坏。这种保护措施的应用是建立在网络以及对设备进行检修的方式上的，所以能有效地提升设备运行的安全性。

110kV 智能变电站在设计过程中对于信号的使用主要是通过GOOSE 协议进行网络传输的。通过技术优化对传统的信号采集进行了改变，使得在原有协议的基础上将不同信号进行分离，如此就不会出现信号误差的情况。

6 110kV 智能变电站继电保护具体对策

6.1 优化继电保护配置

第一，选择合适的变压器保护装置。从技术规范标准出发，110kV 智能变电站应该选择应用双套配置方式保护变压器的正常运行，且采用主、备一体化继电保护装置。如果现场条件较差，应该将主、后备保护器分别设置，以达到测控一体化的标准。

第二，优化母联保护装置。110kV 智能变电器的母联保护装置应该和智能化单元融合形成整体结构，形成完善的整体系统，从而可以达到直接跳闸、数据转换的要求。考虑到技术标准和规范的要求，110kV 智能变电站继电分段需要采用单套配置的模式，达到测控一体化标准，其继电保护性能符合运行的要求。同时，110kV 变电站分段保护采用点对点直跳的形式，满足系统安全保护的要求。

第三，线路优化配置和应用。在110kV 智能变电站线路保护应用中，通过单套完整的主、后备功能系统进行设置，并且安装测控一体化系统。

第四，母线保护装置合理选择。110kV 变电母线保护系统一般是应用单套设置的形式，各个间隔重点所提供的信号利用无线网络传输的方式和母线保护系统连接。这种系统组成结构形式，母线装置容量和网络传输数据存在直接的关系。以目前的110kV 智能化变电站建设具体情况分析，单口同时接入的合并单元不能超过6 个，要想实现等间隔取样的要求，需要在现场设置千兆交换器，以满足运行要求。

6.2 合理运用状态检修

当前，科学技术水平提升比较明显，110kV 智能变电站继电保护系统设计、生产、应用等方面都有了很快的发展，技术水平不断的提高，并且可以给电力系统的安全性、稳定性提升打下基础。因此，为了能够防止发生严重的故障问题，电力企业需要严格落实检修工作，制定科学合理的检修工作计划，明确工作职能和工作标准，从而使得继电保护装置稳定运行。一方面给各个电力用户提供稳定能源供应，另一方面可以保证110kV 电站稳定运行。

6.3 处理好电流互感器饱和问题

电流互感器如果存在饱和反应，容易导致电力系统稳定性不足。首先，要选择符合系统运行要求的电力互感器，充分考虑智能变电站线路短路互感器交流饱和问题方面，做出有效的分析，比如10kV 线路交流互感器必须超过额定值的60%，同时在二次负载结构上会出现阻抗的问题，电流互感器要防止方式二次阻抗的问题，所以一般在没有任何继电保护的情况之下才应用交流互感器。

7 结语

在电力使用需求不断增加的今天，智能变电站的应用变得更加重要。如果要确保电力网络运行的高效性以及稳定性，就必须做好110kV 智能变电站的技术研究和突破，通过对现有问题地研究和分析，不断进行尝试和解决，从而确保110kV 智能变电站更好地发挥其应有的作用，保障电力供应服务更加优化。