论变电站继电保护的工作原理及价值作用

2020-11-10李连尉陈世钧朱龙

中国设备工程 2020年21期

李连尉，陈世钧，朱龙

（中国水利电力对外有限公司，北京 100120）

随着技术的进步与发展，在变电站中，使用继电保护设备较为普遍，由于变电站的磁场较强，再加上其高压设备较多，若强电磁干扰设备，极易引发安全事故。大气干扰或供电系统的外干扰也会影响弱电设备，但随着我国继电保护技术的增强，可有效保护变电站。

1 变电站继电保护的工作原理

一方面，在开展继电保护时，其主要的工作原理为当变电站在运行时发生故障后，会出现电压降低或升高、电流突然增加、温度、瓦斯的温度同时升高及运行频率降低等现象，且该现象的数值大于继电保护的额定值，进而使继电设备发出报警信号或跳闸指令。跳闸的方式通常有两种，即电流值与时间值，若该跳闸的性质为电流值，电流值上升速度越快，则跳闸的速度越快；而性质为时间值时，当故障电流值大于整定值后，在一段时间后，为了更好地保护变电站，时间发出跳闸指令，进而暂停变电站的运行。

另一方面，在运用继电保护技术保护变电站的过程中，其目标也较为明确，利用该技术后，可使变电站供电变得更加可靠。检修继电保护设备时，可提升该设备的可用系数与可靠性，防止出现传统检修方式的不足，并使相关设备的寿命得以延长，进而使用户用电变得更加安全、可靠。与此同时，保护用电设备的安全也能促进相关企业的经济发展，当前，在电力系统行业内，正广泛应用继电保护技术，且相关的保护装置也可进行远程输送，技术人员可利用其数字化的特征，尽快实现系统抢修。当前的抢修方式与过去有所不同，由预知性检修替代了计划性检修，使检修的盲目性有效降低，改变了过去由经验来判断检修的方式。

2 变电站继电保护的价值作用

2.1 性质

通过性质可将继电保护分为多种类型：其一，技术人员应保护发电机，其短路的形式较多，主要为定子绕组，当档子绕组接地时，在相间的过程中会产生短路；发电机的外部也会产生短路，若其负荷过重，定子绕组经过电压时，其励磁回路会出现两点或一点接地，也会形成失磁故障。在发生故障后，大多采用解列、停机等方式进行出口，进而使故障范围缩小，并发出信号。其二，在线路保护方面，根据不同的电压等级，采用对应的保护措施，架空长线、电缆或输电线路若长度不同，电网内中性点不同的接地方式也会形成继电保护，进而出现过负荷、单相接地、接地短路及相间短路等。其三，针对母线保护，在多处变电场所与发电厂都应安装专有的母线保护设备。其四，在保护电力电容器方面，由于其内部故障而造成出线短路，若断路器与电容器组形成连接也会产生短路，其原因在于当电容器组内部出现故障时，电容被切除后会经过电压，而当电容器组再度过电压时，其母线会产生失压状态。其五，保护高压电动机，高压电动机会形成多种短路方式，如在同步电动机中，产生非同步的冲击电流、电动机出现失磁效应、底子绕组的电压较低、电子绕组出现单相接地及定子绕组发生相间短路等，多种方式都会形成电动机保护。

此外，针对变电站继电保护的温度保护，当其内部的电动机与变压器发生内部短路或电机负载过重时，该保护装置的温度会快速升高，当其整体温度超出整定值后，可及时向系统发送跳闸指令，会产生相应的报警信号。与从同时，为达到设备安全的需求与电力系统的稳定，在继电保护装置中，还会开展主保护，当出现短路或产生故障后，通过系统内部快速地反应，可将产生故障的线路或电源直接切除，对变电站中的继电设备起到保护作用。而对于继电装置中的后备保护，此保护产生的背景为断路器或主保护系统发生拒动，可将产生故障的部分直接切除。当装置中出现主保护拒动时，电力系统内部可紧急启动另外一套保护设备，进而引发后备保护。为保障主保护与后备保护的整体性能，技术人员在检修继电装置时，可采用辅助保护，该保护方式可作为多种防护的补充。

差动保护也属一种较为重要的继电保护类型，若中性点线路或变压器中的电流差大于整定值时，该系统会发出跳闸指令，此保护方式又叫纵差动保护。而纵差横保护的形式则为两个绕组间或并行线路间的电流差高于整定值。例如，中国水利电力对外有限公司在实行变电站继电保护的过程中，由于产生故障的电压值小于整定值，在借助相关系统后产生低电压信号与跳闸指令，进而对该装置形成低电压保护，有效保障了变电站的运行安全。

2.2 配置

针对继电设备的保护装置，如图1所示，设计人员可进行三方面的保护，首先，针对线路保护，设计人员可应大力发展智能变电站，并将测控功能与站内保护进行有机结合，其配置方式采用间隔单套。在开展线路保护的过程中，可进行直接采样，并将断路器跳掉，经过相关网络技术，可开发出重合闸与断路器失灵等功能。

图1 继电保护装置

其次，技术人员还需保护变压器，依照相关流程，保护变电压电量时，一般的配置方式为双套，并实行设备一体化。若两种设备分开，其后备装置需结合测控装置。采用双套配置的过程中，将各侧的单元合并，而各侧的终端最好使用双套配置。

最后，分段保护母联时，技术人员应将智能终端与分段保护装置相连接，在不进行交换网络数据的情况下，实现直接采样与跳闸的功能。与此同时，在保护智能终端、合并单元时，要通过网络进行信号传输。按照配置要求，该类继电保护设备应按单套配置进行分段保护，从而形成测控与保护的一体化。当分段保护出现跳闸时，其方式大多为点对点直跳，而网络方式则应用在其他分段跳上。若分段保护母线的方式失灵，也可运用网络传输。

例如，某电力公司在开展继电设备的保护时，在保护母线时，其设备出现故障，维修人员在检修后，按照配置要求，对设备实行双配置保护，从而增强了继电设备的保护效果。

3 开展变电站继电保护的具体试验

为使电网更安全稳定地运行，合理地在变电站开展继电保护极为必要，在此过程中，技术人员需严格遵守灵敏性、速动性、选择性及可靠性原则。当前电网的规模在不断扩大，其电压等级也相应升高，针对继电保护的需求也有了较大改变。在发展智能变电站的过程中，不但要保障原有的继电保护功能，还需不断改善继电保护内部信息交换的方法，即相互操作、信息共享。在智能变电站内部，电子互感器已替代了电磁互感器，多种一次设备也拥有了智能单元，如断路器与变压器等，彻底改变了保护装置中的连接介质，当前多数已采用光纤，而信息传递则由网络化设备担任。基于此变化，技术人员需开展变电站继电保护的测试试验，相较于过去，当前设备内部信息传递的方式发生了改变，但其保护装置并未产生任何变化，在开展试验的过程中，其逻辑功能的检测方式可与过去一致，而传递方式可改用其他测试方法以检验变电站内继电保护的价值与作用。

3.1 采用新型测试器具

技术人员在试验前，需仔细检测继电保护装置内部的电流与电压值，其方式可选用合并器内部的光数字信号，传统继电保护装置的测试仪器只能将模拟量输出，而当前的新型测试仪，即光数字信号仪器，在开展测试的过程中，该仪器可借助保护装置内部的光纤进行直接输入测试，此方式有效避免了相应误差，减少了多种传统式检验步骤，如采样精度或零漂等，节约保护成本的同时，也改善了保护装置的使用效率与效果。为满足继电保护装置的实际需求，工作人员还需严格保证数据传输的时间间隔，若其传输时间差距较大或并未同步，应合理选择保护装置，并对母线保护或变压器保护等实行科学的测试与管理。

3.2 改善网络传输方式

针对一二次设备的具体情况，相较于传统保护方式中的直接跳闸，当前变电站在应用继电保护时选用了GOOSE网络，运用该网络系统可实时发布跳闸指令，若想更加便捷，可改用智能型开关。借助网络内部的跳闸指令与启动关闭信号，相比传统式保护回路，新式继电保护更加可靠。与此同时，GOOSE网络内部的信号传输与原继电保护装置内信号输出的方式相同，当前开入或开出量已转化为差异化的GOOSE报文，而非24V、220V的信号。对于继电保护装置的输出或输入信号，为保证其实时性和正确性，试验人员可利用整套传动试验进行验证。