智能变电站继电保护装置的改进设计

程卫纲

(山西焦煤 西山煤电 杜儿坪煤矿 机电科，山西 太原 030022)

0 引言

电力工业是我国能源产业的核心，当前各国为解决能源安全和环境保护的问题，大力发展智能电网。变电站作为智能电网的基础，是实现电能传输、分配的关键系统[1]。而且，电网的各种关键设备均置于变电站内，可见变电站的可靠性很大程度上决定了电网运行的安全性。因此，对与智能电网相对应的智能变电站提出了更高的要求和挑战。为提升智能变电站的可靠性，本文对其涉及到的继电保护技术和保护装置进行了优化设计。

1 智能变电站

智能变电站是以智能设备为基础，采用数字化、标准化和网络化的通信要求，实现对电网信息的采集、控制、计量以及保护等功能。此外，基于智能变电站还能够实现对电网的实时自动控制、在线分析决策等功能，还具备与相邻变电站实现互动的功能[2]。

1.1 智能变电站组成

智能变电站的智能化功能主要体现在站内一次设备的智能化，主要包括变电站自动化系统和辅助信息集成化系统。简单地说，智能变电站主要由三部分组成，分别为过程层、间隔层和站控层，如图1所示。

过程层主要为一次设备及其智能电子装置，根据其功能的不同可分为电气量检测、设备状态监测、操作命令的执行。间隔层主要为二次设备，主要以测控装置和继电保护装置为主，其主要功能是实现对一次设备的保护。站控层主要包括通信系统和监控系统等，其主要功能是对整个智能变电站进行信息管理、数据采集以及运行监视等[3]。

1.2 继电保护

当变电站在运行中由于电气故障和线路问题对电网安全运行造成威胁，此时继电保护装置可在第一时间发出报警信息，并对控制断路器动作实现掉闸，从而确保事故降至最低。

图1 智能变电站组成

按照继电保护装置的应用可将其分为三大类，分别为主保护、差动保护和母联保护。继电保护装置的原理框图如图2所示。

图2 继电保护装置原理框图

如图2所示，继电保护装置将测量部分采集到的数据与整定值进行对比，从而得出逻辑控制指令，进而实现对继电保护装置动作的控制。在继电保护装置动作的同时，系统会发出对应的报警信号。

2 继电保护装置的现状与改进

2.1 继电保护装置现状

经对当前智能变电站继电保护装置在实际应用中常见的问题进行综合分析，可总结为以下几点：

(1) 当主变电站在超负荷状态下运行时，主变电站后备过流保护出现误保护动作。

(2) 当继电保护装置在低压侧母线发生故障时，其对应的高后备过流保护功能存在启动延时或不启动的问题。

(3) 当继电保护装置出现CT断线的故障时，与其相对应的被保护电气元件也出现故障，从而使得继电保护功能失效。

(4) 当进线负荷电流的一次值较小时，导致备自投装置出现PT断线的事故发生，从而导致备自投功能的误动作。

2.2 继电保护装置的改进

2.2.1 复压闭锁判据的优化

目前，继电保护装置所采用的过流保护逻辑为复合电压闭锁方向过流保护，当继电保护装置的主变低后备保护装置在低压侧开关闭合时，其对应的过流保护经复压闭锁。因此，当继电保护装置的低压侧开关未闭合时，其对应的过流保护也不会闭锁，从而导致继电保护为纯过流保护，导致过流保护功能的误动作[4]。

由于变电站低压侧开关处于未闭合的状态，从而使得继电保护装置中仅有高压侧作为复压开入。因此，当低压侧的母线出现故障时，导致高后备过流保护功能的失效。针对主变电站后备保护装置的误动作和效果问题，需将继电保护装置中复压闭锁的判定依据进行优化。综合分析，在继电保护装置的开关位置加入复压闭锁的判据，从而能够避免由于开关闭合信号的误传导致保护装置的误动作或者失效。

2.2.2 CT断线故障闭锁保护装置的优化

针对CT断线故障时继电保护装置的被保护电气元器件出现故障，从而导致继电保护装置失效的问题，通过研究继电保护装置失效的原因，针对CT断线的故障，对故障信息分析后采用软压板控制，从而保证作业人员能够根据电网的实时需求完成对整定计算结果的取舍，从而做出正确的动作指令[5]。

2.2.3 进线负荷电流的优化

目前，继电保护装置进线负荷电流的设定值为0.2 A，常由于进线负荷电流过小导致继电保护装置的PT出现断线故障，进而导致备自投的误动作。因此，进线负荷电流值应根据电网的实际情况、变电站的负荷以及CT的变比进行优化。为进一步提高继电保护装置的可靠性，将进线负荷电流设定为其采样电流值的固定倍数。

3 继电保护装置优化效果验证

采用上述方案对继电保护装置进行优化后，采用数字化的电压互感器和电流互感器将大电流和大电压转换为数字信号和低电平信号。此外，通过以太网通

信实现对智能变电站的数据采集和数据传输，实现对智能断路器的控制。优化后的继电保护装置应用效果主要体现为以下几点：

(1) 优化后的继电保护装置能够实现对智能变电站一次设备和二次设备的隔离；在一定程度上提升了对变电站数据的动态测量范围和采集精度，为智能变电站的信息自动化控制奠定基础。此外，为二次设备提供了数字化应用接口。

(2) 优化后的继电保护装置具有更强的实时性和可靠性。

继电保护装置优化前后变电站的运行效果如表1所示。

表1 继电保护装置优化前后变电站运行效果对比

4 总结

智能变电站是电网系统变电站的发展趋势，在实际应用中智能变电站由于继电保护装置设计不合理导致其经常发生误动作或者失效。因此，需对继电保护装置进行改进设计，以提升保护装置的可靠性，进而确保电网运行的稳定性。经对继电保护装置优化设计后，其误动作次数、失效次数均降为0次，报警正确率、动作正确率和主网电压合格率均为100%。即，优化后的继电保护装置能够极大地提升变电站运行的可靠性，继而确保电网供电的合格率为100%。