多功能多功能继电保护及变电站自动化系统教学应用

王毅国

摘要：变电站自动化系统的功能配置在现阶段能满足变电站运行的基本要求，随着计算机技术和通信技术的发展，电网的运行和管理对变电站自动化系统将提出更多的要求，变电站自动化系统的功能将不断丰富和发展。

关键词：多功能继电保护自动化 教学应用

中图分类号：TM65 文献标识码：A

一、引言

在供电系统中，输送电力的设备中最重要的是电力变压器，电力变压器一旦出现故障会直接影响设备的工作与区域用电，危害电力系统的安全持续运行，造成一定的经济损失。电力变压器工作时一般都是二十四小时连续工作，工作强度非常大，通常会出现故障，尤其是大容量变压器出现故障，对整个电力系统的影响更为严重。随着核电、水电等供电系统快速发展当今社会，对供电系统的安全稳定运行提出了更高的要求，需要更好的多功能继电保护。因此，要增强电力变压器多功能继电保护装置的安全与功能，确保电力系统得以安全稳定运行。

二、变电站自动化供电系统

1.1 供电系统

以前变电站监控系统( RTU )采用二次电源供电模式, 即交流、直流经过滤波切换, 再通过开关电源隔离后给测控单元供电。这种供电模式从一定程度上保证了测控单元不受外部冲击电压的影响,但是从运行实际经验看, 开关电源一般四年就到寿命期了, 并且由于开关电源采用风扇散热方式, 在夏季容易由于风扇堵转而输出不稳定, 影响系统的可靠运行。

为了提高系统供电的可靠性并加强对供电的监视, 系统电源增加电源切换的信号输出, 便于及时有效的监视系统供电状态。在保证二次供电的基础上, 改变现在开关电源风扇散热的方式, 改为系统自循环散热, 减少电源故障几率, 提高系统供电的稳定性。

随着测控单元面向对象的模式出现以及电源变换技术的提高, 测控单元可以经过一个空开直接接220V 供电, 一个测控单元一个空开独立控制, 空开额定电流选择2A 即可保证测控单元不会受到冲击电压影响, 同时在交直流切换电源前端增加电源三级防雷可有效保证测控单元的安全运行。

1.2继电器：

与接触器的工作原理基本相同。但是也有不同点，因为接触器的主触头是可以通过大电流的，但是继电器的却只允许通过小电流。所以，继电器一般在控制系统中只能应用于控制电路里面进行延时，隔离，遥控检测电路从而实现自动转换调节线路以此保证安全性甚至以小电流控制大电流等功能（如图二、图三所示）。通常按照电气性质分为电气量（如电流、电压、频率等）和非电气量（如温度，压力、速度等），除此之外还可以根据工作原理分为：电磁式、固态式、时间控制式、温度感应调控式、环境风速感应式、以及其他光度声度加速的等感应式继电器。由于继电器兼具反应敏捷，工作性质稳定，结构经久耐用，占据体积小巧等特性被大量应用在日常生活的电力保护，自动化控制，遥控检测等机械装置中。

（图二：常见空气式时间控制功能及电气工作结构图）

（图三：延时功能继电器控制系统电路结构图）

三、多功能继电保护

（一）多功能继电保护的特点与要求

多功能继电保护装置是目前人们采用的最普遍的装置，自多功能继电保护装置应用开始，短时间内就得到广泛利用，主要是由其特点决定的。多功能继电保护的特点是可靠性高、

实用性强，并且能够实现远程监控。多功能继电保护应用的装置是配置合理并且科学技术含量高的多功能继电保护装置。多功能继电保护的信息管理技术采用方法库与数据库，整个信息管理系统由传统的分散式传输转变为集中式运输。各种新技术与新系统的使用使多功能继电保护的可靠性增强。多功能继电保护信息系统的应用，使供电系统中出现的实际问题，能够通过系统有效的对各个部分中的各类数据及时使用和共享，更方便工作人员的操作，因此多功能继电保护的实用性也得到增强。随着电子技术与信息化技术在各个领域的推广与应用，供电系统也及时的根据实际情况采用了新的信息化技术。通过电子信息技术的应用，能够对供电系统的电力变压器的运行状态，进行二十四小时无人监控。最先进的是通过运行状态分析，能够发现电力变压器的隐形故障，及时的在大的故障产生前把隐形故障排除，保障了供电系统的安全平稳运行，减少了经济损失。

现代的多功能继电保护虽然有着非常好的优势，但是对装置的要求更高，没有好的多功能继电保护装置，多功能继电保护的特点与性能就不能完全发挥。多功能继电保护装置最基本的要求就是灵敏性与可靠性。供电系统一般要求多功能继电保护装置的设计原理、整定计算、安装调试等全部要正确无误，还要求组成多功能继电保护装置的各元件的质量可靠。多功能继电保护装置也需要定期的进行运行维护检查与保养，尽量提高供电系统变压器多功能继电保护的可靠性。

（二）多功能继电保护措施

1.瓦斯保护

瓦斯保护是供电系统电力变压器油箱的主要保护措施，能够在变压器油箱发生内部故障的时候自动启动。变压器油箱内部发生故障一般会引起油面降低，瓦斯继电器的能够平衡锤的力矩会发生变化而降落，从而接通上下触点，自动发出报警信号。供电系统的电力变压器发生突发性的严重事故的时候，也会有相应应对措施。变压器的最严重故障为油箱漏油，油箱漏油会使变压器发生爆炸，导致整个供电系统瘫痪。漏油使电力变压器的液面会发生较大的变化，继电器的上下触点也能够接触，初步实现自动报警。随着漏油的继续，油位降低到一定数值，继电器能够自动跳闸保护整个供电系统，避免大的损失产生。供电系统的电力变压器大多在0.8MVA以上，都应该配备瓦斯保护装置。

2.差动保护

供电系统的变压器内部引出线短路，绝缘套管相间短路故障发生时，变压器内的匝间出现问题时，继电系统都会及时启动电流速断保护。电流速断保护的主要优势是能够准确的定位故障发生的位置，及时分析出发生故障的类型，然后马上调用内部已经编订好的程序，根据故障的情况发出相应的预警措施。如果故障程度比较轻，差动保护可以预警后并延长故障继续发生的时间，为专业人员的维修提供一定的时间差，同时差动保护还可以利用已经编好的程序，对小型故障进行自动的排除等。如果故障程度比较严重，差动保护会直接报警并且断电，避免短路后经济损失情况的发生。由于差动保护具有以上的优势，目前供电系统广泛采用该技术，它将成为未来多功能继电保护的一种趋势。

3. 过电流保护

过电流保护是作为瓦斯保护和差动保护后备保护，可以准确反应出变压器短路所导致的过电流。过电流保护装置一般是装在电力变压器的电源侧，并且根据变压器的要求装配不同的保护装置。升降压变压器处可以装配复合电压起动的过电流保护，大接地电流系统中，可以在变压器外部装配零序电流保护，作为主变压器保护的后备保护。过电流保护的具体启动方式应该根据相配备的变电器的相应数据进行合理选择，没有统一的标准，可以根据供电系统的不同需求装配不同的 过电流保护装置。

4.过励磁保护

现代供电系统由与工作电压过高，电力变压器的额定磁密接近饱和。频率降低时与电压升高时，变压器都很容易出现过励磁，导致铁心的温度上升影响绝缘性能。安装励磁保护装置，可将变压器的过励磁引起的过电流反映出来，从而可防止变压器绝缘老化，提高变压器的使用效能。

5.过负荷保护

过负荷保护能够反应变压器正常运行时所出现的过负荷情况。过负荷装置仅在变压器有可能过负荷的情况下才装设，通常能够检测出过负荷的信号。它的基本工作原理为：一相上进行一个电流继电器的装设，并经过一定时间延长动作于信号来进行过负荷保护

总结：“理论结合实际才能实现理论研究指导的功能最大化”，这是所有研究人员，乃至技术性教学工作都应该时刻遵守的指导方针，所以为了顺应现在多功能多功能继电保护及变电站自动化系统教学应用在实际生活方方面面的大趋势下，我们有必要深入研究继电保护与自动化系统，切实做好理论教学与实践应用工作。