变电站继电保护装置失效后备措施研究

（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古 托克托 010206）

引言

随着科技的发展，电力的应用已经延展到了世界各地，电力从高电压的传输区域运送到低电压的居民家中就需要中途经过变电站来进行高电压到低电压的转换，如果没有变电站，我们就无法正常的用电。变电站的安全问题需要引起我们的重视，当变电站继电保护装置失效后，如果电力系统出现了问题，对变电站所管理的整个区域造成的影响和损失是无法估量的。

一、变电站继电保护装置失效后的严重性

变电站作为电力枢纽，在整个电力传输工程中占据了主导地位，在变电站电力系统出了问题的情况下，如果继电保护装置不能够及时的向工作人员反应情况，很有可能造成电路瘫痪，影响电力传输，导致变电站传输区域电力受到影响，严重的可能会引起爆炸事故，造成大量的经济和人员损失。

二、数字化变电站继电保护装置的应用

为了预防在变电站继电保护装置失效后可能会造成的巨大损失，我们可以将变电站升级，建立数字化电力系统，将变电站和继电保护装置整个编入程序设定，一旦系统发生故障，且继电保护装置没有任何反应时，数字化电力系统程序就会自动生成错误报告，向工作人员发出警告。现在针对数字化变电站继电保护系统可能会出现问题的情况提出两种后备措施。

1.保护单元失效的可靠措施

继电保护装置失效后，由于数字化程序的运行，变电站的每一层安全系统的变化都会反应到程序中去，程序会通过信息共享的方式，让工作人员了解到问题的来源。

基于信息共享，在此提出利用共享后备单元SBPU来实现保护装置失效的后备。SBPU是一种数字化程序，它能通过采取当前变电站的运行状态信息和人工输入的安全系数做出对比，如果发现有差异，就会立刻将信息反应给总部。

图（1）是采用公共后备保护单元的系统结构图。其中保护单元1～n是变电站自己所配置的保护单元，SBPU是共享后备保护单元。

图（1）保护单元系统结构图

如上图所示，当各个保护单元都正常工作时，SBPU不会采取数据，但是如果发生了故障，当某个单元例如交换机或者合并器失效或者发生电路状况时，由保护交换机连接着的SBPU就会检测到该单元所发生的的传输数值的变化，并根据下载失效对象的保护定值来采集间隔的数据，自动承担故障单元的保护工作，并将电路中失效部位的电流数据传输给总部。这样既能做到保护了整个系统的不间断性，又可以实时将出现的状况返还给我们。这个方案的流程图如下图（2）所示：

图（2）SBPU方案信号流切换流程

如图所示，图中DS表示检测信号，ASS表示激活SBPU信号，AMS表示告知过程层设备信息换向信号，DLS表示为保护定值的下载信号，MS为测量信号。此方案的好处在于：

1.1 通过SBPU程序所形成的保护网，不必刻意的去对电力系统中每一个程序都严格的监控就可以实现保护装置的作用，能提高保护系统的可靠性，加强保护能力，减少所耗费的能源，特别适合在中小型低压电网未采用双重化配置的情况。

1.2 变电站继电保护装置失效后，不用立刻去现场进行更换装置，适合于无人监守的变电站。

1.3 程序中各个阶段信号的传播都采用光纤，不需要电缆的连接，工程容易简单且成本较低。

2.数字互感器失效的可靠措施

数字化的互感器作为数字化变电站的主要特征，通过应用高科技的感应技术来对信息进行提取和分析，并以此来实现继电保护装置失效后所提供的后备SB,确保在变电器发生故障而继电保护装置没有采取任何反应时可以第一时间将消息传递给总部。根据克西霍夫电流定律：

以图（3）所示为例：

图（3）系统网络结构图

在上述克西霍夫电流定律的公式中，i1为支路L1的电流，i2为支路L2的电流，i3为支路L3的电流。因此，不管任一电路发生电路短路或者电路短路故障，都可以通过电流的回量来计算总电流，从而判断是否存在差错。这样同样意味着，当某一条回路中互感器发生故障的时候，可以用其他回路的电流来间接获取故障回路中的电流。避免电路短路，导致电压过高，引发火灾，爆炸等事故。

图（4）是假如回路2发生故障，传感器失效时，该回路数据可以从其他回路获取信号的流程图。

图（4）SB方案信号流程图

通过以上图表，可以看出。如果间隔1的保护单元检测出该回路中互感器发生故障或者产生异常情况时，则该间隔的保护单元就会立刻向间隔2和间隔3的合并器申请传送线路L2和L3的电流，通过电流网络获得相关回路的电流采样之后用于代替L1的电流。这时候，保护单元1仍然获得了L1回路的电流数据，待数据传输回来，工作人员即可通过对数据进行分析和处理，对L2回路做出相应的应对措施和保护措施，数字传感器的应用，也间接的保护了变电站的稳定工作。

综上所述，这种利用数字化传感器的方法不需要添加硬件装备，仅仅依靠软件所指定的程序，利用软件功能的调用和信号传递方向的改变就可以将继电保护装置失效后备功能做到成功。

三、“第三道防线”的应用

继电保护装置所承载的继电保护系统是包含断路器、传感器和继电器以及相关的线路在内的电力系统的第二道防线，到目前为止，继电器作为整个系统的重要组成部分，已经从传统的工艺发展到现在的更为先进的功能。

继电器的使用，给变电站在安全上和在效益上都创造了不小的成果，继电器不但具有一种或多种原理的保护功能，而且还能够对其它的硬件进行数据测量、监控、控制和通讯，是一种智能电子设备。

在20世纪80年代，我国为了防止大范围的停电、电力系统崩溃事故，制定了《电力系统安全稳定守则》，该守则阐述了长时间的电力事故的发生机理和预防措施，规定了为了防止在继电保护装置失效后所造成的严重损失而应该采取的技术性方式。总称为变电站保护的“第三道防线”。这是我国电力方面的学者和专家对我国电力技术领域所作出的重大贡献，“第三道防线”的概念图如下图（5）所示：

该防线的建立主要意义是，在发生电力故障时，继电保护装置处于保护电力系统的最前沿，对发生故障的电路或者元件进行准确的控制甚至切除，并尽可能的保证对整条线路的供电，最大限度的防止系统因为某一个电路或者元件故障而造成的系统瘫痪，将系统扰动减小到最大程度，为实施以后的控制措施赢取时间和创造好的系统条件。

当继电保护装置失效时，整个保护系统便处于冷却状态，此时，便轮到第三道防线，校正控制，通过对继电保护装置中继电器的监测可以了解继电器中是否有电流通过，从而确定继电器是否处于正常工作状态，如果发现继电器发生故障而停止运行，就会将实时情况返还给总部，工作人员即可以立刻进行修复工作，避免大型电力故障的发生。

图（5）三道防线

四、结论

电力系统的瘫痪会对当地区域造成严重的经济和效益上的损失，维持电力系统的安全是当前电力工作者和学者的基本任务也是主要任务，电力的传输和变电站的维修工作，都应该得到当前相关电力部门的重视，不可存在侥幸心理。继电保护装置失效后备措施的出现，在一定程度上避免了此类电力事故的发生，数字化变电站中保护单元和传感器的应用以及第三道防线的建立都对我国电力安全工程有很大的影响，希望相关部门能够对电力安全和继电保护装置失效后备措施重视起来，让电力系统运行的更加安全。

[1]刘益青.智能变电站站域后备保护原理及实现技术研究[D].山东大学,2012-10-15.

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[3]王睿琛.继电保护装置失效特性及其可靠性评估研究[D].华北电力大学,2012-03-01.