110kV变电站的自动化继电保护策略探析

摘 要：随着电力行业技术的不断应用及更新，110kV变电站自动化继电保护也将随之不断进步及发展。本文重点强调了变压器及保护系统，并考虑了用户在具体的供电可靠性。比如当故障发生在低压线路出口，如果其真空断路器，在具体分断上没有成功，或没有发挥相应保护作用本文采用了将变压器低压侧断路器速跳开，以此达到排除故障的目的，并未等待第二、三段保护。

关键词：变电站；自动化；110kV；继电保护

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.160

所谓继电保护装置就是对所发生的故障及时发现并进行切除，并能够实现实时自动化报警的一种装置形式。本文通过对110kV变电站继电保护的任务形式进行分析，并他通过实际案例就110kV变电站所存在问题及相应继电保护策略进行探讨。

1 继电保护的任务分析

如果受保护电力系统相关元件出现故障状况，应由故障元件对应的继电保护装置，及时、准确地将跳闸命令，发送给故障元件相近断路器，保证故障元件能够及时、快速的从电力系统当中予以断开，促使电力系统元件自身损坏最大限度降低的目的，并就电力系统在安全供电方面所受到的影响尽量降低，并对电力系统的在某些特定条件下的基本要求予以满足。针对继电保护来讲，其还能够根据电气设备相应非正常运行状态做出及时反应，并根据设备运行维护条件和不正常工作所存在不同，将预警信号及时发出，方便值班人员及时发现，并对故障进行及时诊断及排除，针对那些虽然没有发出预警信号，但是如若继续运行，则可能出现危及电力系统的电气设备，经对其进行及时更换或切除，如果那些继电保护装置反应不正常，则可对其实施相应延时设计操作。

2 110Kv变电站自动化继电保护中所存在的问题

2.1 变压器后备保护当中所存在的问题

针对变压器烧毁的情况，主要有以下三种状况，首先，许多变压器针对瞬间冲击电流，其在具体耐受能力方面出现不强的状况，对于长时间大电流不能承受。如若存在变压器低压侧近区发生相应短路状况，且大电流对变压器造成一定冲击，并对变压器的稳定性造成破坏，则会最终造成变压器烧毁的状况；如果出现变压器低压侧发生短路且时间较长，则会由于变压器内部出现故障，最终造成被烧毁的状况。其次，针对变压器低压侧来讲，其缺乏相应无双重保护措施，对于真空断路器，其在失灵状况下也缺乏相应保护措施。变压器10kV侧母线，其主要依据主变10kV侧过流，在具体保护上所存在的延时，以此实现故障排除。针对变压器10kV侧过流保护来讲，如果其构件真空断路器出现失灵或拒动现象，高压侧过流对于低压侧，前者在故障灵敏度方面不够，同时，如果真空断路器在分段方面不能将其作用给予发挥，就难以排除低压侧故障。最后，如果故障出现在10kV出线间隔，如果配电设备质量不高，或者配电装置内部电器间隔距离不够不达标，就会导致母线故障的产生。

2.2 低压侧近区故障

如果短路现象发生于变压器出线近区，并且不能及时、有效的排除故障，或10kV侧母线发生短路，都会对变压器造成严重威胁，最终导致严重性的设备事故。

3 110kV变电站自动化继电保护策略

3.1 变压器后备保护的具体措施

针对变压器烧毁的诱使因素，排除低压侧母线的故障之外，还有真空断路器灵敏度提升、将10kV母线切除、将出线近区的故障切除及对低压侧的双重化保护给与加强之外，还具有以下措施。

3.1.1 复合电压闭锁过流保护

当前无论任何电力设备及线路，其在具体的运行过程中，任何时间内，均需要具有独立完整性的两套继电保护装置，利用两台完全独立的断路器，来实现控制及保护的目的。如果当中的一套保护装置或设备，出现断路器停止工作的状况，另一套设备及断路器就会将线路断开，然后及时发现故障并给与排除。针对此种原则，低压母线如若存在变压器高压侧，在复合电压闭锁过流中出现对低压侧的故障感应存在不灵敏度状况，可在变压器低压侧放置一套过流保护装置，并且两套保护装置，不管直流或交流，其均处于独立状态，这样就能弥补原低压侧过流保护对变压器的保护，此外，还应根据低压侧先跳以及高压侧后跳的实际情况，延长低压侧过流保护时间，以此达到跳总出口的目的，同时，还可联合使用高、低压侧复合电压闭锁，达到提升高压侧复合电压闭锁对于低压侧短路的灵敏度。

3.1.2 变压器在接地后备的保护举措

将放电间隙过流保护相应延时进行增加，并将切除接地故障的时间留出，能够对不接地变压器放电间隙过流保护，所存在的抢先动作予以解决。对于变压器过电压来讲，在运行过程中，3U0零序过电压保护有效性，相比于放电间隙过流保护，要明显高于后者，因此，针对那些新建110kV变电站来讲，将110kV母线三相电压互感器予以建设十分必要，此外，还应不断完善放电间隙过流保护，以及中性点零序过流保护和零序过电压保护等，增加变压器接地保护所存在运行方式的灵活性及可靠性。

3.1.3 对CT位置给予正确选择

对于变压器差动CT来讲，其10kV侧最佳位置，应与断路器紧挨，并且还应在母线侧，此种做法对于10kV断路器，对其在分断方面不能发挥作用时，如果进行起弧操作，可利用差动保护排除故障。如果不方便，还可采取将CT装于母线侧，但是应靠近断路器。此外，在靠近变压器位置，安装相间过流CT，促使其能够对引线、套管进行保护，对变压器套管CT优先采用。

3.1.4 避免直流电源消失

如果变压器采用一个直流电源进行保护，若低压侧故障的同时直流电源消失，其所造成的后果将非常严重。例如，某220kV变电站，其容量为150MVA的主变发生的两次烧毁状况均与直流电源中断存在直接关系。究其原因是110kV出线发成故障，造成断路器爆炸，并导致蓄电池出现引线不良的状况，致使直流电源中断，最终导致主变烧毁。为了防止上述事故的再次发生，应对直流电源的可靠性进行提升，因此，对同一个对象提供保护的两套装置在直流电源上要具有独立性。

3.2 低压侧近区故障的具体保护措施

首先，对限时电流速断保护进行增加。当出现高压侧复合电压闭锁过流，相对于低压母线，出现灵敏度不够状况，可在低压侧增加一套过流保护装置。此种新增保护举措，还应采取限时速断，并将其配合于低压出线速断，先本侧限跳，然后总出口限跳。此外，针对原过流保护要与出线过流进行配合，先行本侧限跳，而后对总出口限跳。如果存在在灵敏度非常高的状况，可将原低压侧过流进行两段式设计。针对第一段，可实施限时速断，然后与出线速断相配合，均对跳本侧予以作用；针对第二段，其实际为过电流，将其与出线过流进行配合，同样采取先本侧限跳，后总出口限跳的对应方式。对于上述状况来讲，当增加限时速断后，如果故障发生于低压母线，或送出线近区，对于新增加的限时速断装置，其就会在以1到2个级差实施短暂延时，并就变压器瞬间跳开，实现故障排除的目的。

其次，将母线保护装置增设。针对低压母线，如若其存在短路容量大状况，并且变压器低压侧的限时速断保护对本母线不够灵敏，以及变压器对低压侧短路耐受能力较差，应适当增加母线保护装置，就低压母线故障排除时间进行缩短。

最后，将保护级差缩短。将后备保护在切除时间上进行加快，其中最为有效办法为缩短保护配合时间级差。目前，新建的变电站绝大多数均运用微机保护，如果选用更换元件，将与变压器后备保护具有配合关系的普通时间元件，更换为高精度时间元件，可将时间级差从0.5s降至0.3s，其保护极差缩短比例达到40%，若在全网范围内推广，不仅可以达到提高设备及系统安全性的目的，同时还可对故障电流的持续时间予以减少。

综上所述，针对整个供电系统来讲，其在具体的运行过程中，随时都有可能发生一些故障或者非正常运行的状况，对供电的可靠性造成严重影响，并对整个变电站造成严重后果。至此，为了更好保证供电的安全性和可靠性，在供电系统运行装置中，需将继电保护装置加入其中，及时切离故障元件的电源，达到对故障蔓延对生产、生活造成影响予以防止的目的。

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作者简介：高世伟（1981-），男，中级工程师，研究方向：继电保护。