继电保护技术原则在变电站二次设计中的应用

张起源

（福州万山电力咨询有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在现代科技的支持下，继电保护技术日益成熟，出现了多种保护型号与种类。继电保护厂家设备差别大，会直接影响工程建设、电力系统运维效益。在变电站工程中，为了统一继电保护应用，必须全面遵循继电保护技术原则。在该研究中，重点分析了继电保护设计原则、配置、选型以及组屏等内容，同时阐述了二次设计注意事项，为二次设计工作提供支持。

1 二次继电保护原理与设计原则

继电保护装置在电力输送中占有重要的地位，会影响电力输送稳定性。电力企业注重继电保护建设，维护电力输送效益。通过保护装置控制措施，能够加强电力输送效果，确保电力企业供电安全性[1]。多数变电站传输电力能源时，需要借助二次继电装置输送电力，同时架设电力输送渠道。科学地控制继电保护装置，可以消除电力输送的不良隐患，确保技术控制与应用效果，保证电力企业供电的安全性。按照继电保护装置应用的要求，其运行原理如下：基于继电保护装置应用效果、环境因素分析，在应用保护装置时，必须满足设计标准与技术规范，根据装置配置，落实阻屏设计原则。针对不同生产厂家继电保护装置，应当考虑到规格与性能差异，满足生产应用需求。

在变电站二次设计中，应当遵循继电保护规定与标准，符合电力行业继电保护规范，特别是功能要求、保护配置、回路设计标准。针对保护配置，注重“主保护加强、后备保护精简”原则，同时对保护配置经济性、适用性与合理性予以分析。通过继电保护装置，能够发挥出保护功能，减少外部输入量，降低设备与回路的依赖性。注重二次回路设计优化，在保证继电保护功能的同时，精简屏内装置连线、屏间连线数量。

2 变电站二次继电保护保护现状

2.1 设备带电检修

开展设备带电检修时，必须编制检修计划，明确检修范围，并做好安全隔离控制，以免出现人为漏项。在检修操作时，严格地按照计划要求，避免对其他设备运行状态造成影响，危害人身安全。

当电流互感器位于二次回路时，为了防止互感器二次侧开路，不能断开回路永久接地点。在短路电流互感器中，二次绕组需要应用短路片，保证短路可靠性，防止导线缠绕，也可以避免运行在短路端子、电流互感器回路上。当电压互感器位于二次回路时，应当防止二次侧开路出现高电压，进而出现故障。当电路互感器位于二次回路时，为了减少二次侧接地、短路故障，应当拆解电压端子连接片，避免其碰触邻近端子[2]。在拆解电压线头时，用记号进行标注，并且使用绝缘布包裹。在操作期间，合理地应用绝缘工具，严禁使用保护装置，以免影响保护装置运行的安全。

2.2 设备停电检修

针对检修设备，应该断开电压回路、电力回路、电流互感器，保护母线回路电流。断开启动失灵保护跳闸回路，可以有效地保护启动远跳装置。此外，针对待检修设备，应当启动中央信号，断开故障录波回路，全面发挥变电站二次继电保护的效果，维护变电站运行的可靠性。

3 继电保护技术原则在变电站二次设计中的应用

3.1 二次设备选型

对于变电站二次继电设备，在选型过程中，必须联合工程实况，全面分析电力系统发展规划、电网结构、设备组成、专业技术和经济成本等问题，同时要兼顾工程经验，确保现场施工、后期运维的有效性。合理应用保护装置，积累运行经验，尝试应用新型继电保护装置。当2组主保护采用双重化配置时，应当选择不同厂家、不同型号的设备。

3.2 继电保护配置和组屏方式

3.2.1 主变压器保护

对于110 kV变压器，主要采用非电量保护、电气主保护、各侧后备保护装置等方案，将其组合为一面屏。技术人员通过分别组屏方式，可以应用双套主后合一电量保护方案、非电量保护配置方案。电气主保护，应用差动速断保护、比率差动保护方式，同时配置故障分量差动保护，能够准确反映出轻微故障[3]。对于高压后备保护，则需要配置负压闭锁保护、间隙保护、零序过流保护、过负荷保护。对于低压后备保护，则需要配置简易母差保护、过负荷保护、闭锁过流保护。对于非电量保护，则需要配置调压重瓦斯、本体重瓦斯、压力释放、高温度保护及压力突变。对于220 V及以上电压变压器，则配置双套独立主后一体化保护装置，准确地反映出变压器异常状态、故障隐患。例如非电气量保护、微型电气量保护。针对双套电气量保护，则各自组一面屏；非电气量，则单独组一面屏。2套主保护应用不同的涌流闭锁原理，以此实现比率差动保护，在每套主保护中，设置差动速断保护功能。高压、中压侧后备保护，配置双段偏移性阻抗保护、两端零序过流保护、闭锁过流保护，同时应用过负荷保护、零序过压保护、零序过流保护。低压侧后备保护，配置双段复压闭锁过流保护、简易母差保护、过负荷保护等。图1为母差保护逻辑图。对于非电量保护，则配置调压重瓦斯、本体重瓦斯、压力释放、高温度保护及压力突变。技术人员按照工程实况，采用自定义保护措施。由于重瓦斯作用明显，为了避免设备长时间运行导致重瓦斯节点故障，对跳闸保护造成影响，需要在重瓦斯继电器上配置3付节点，3付节点并接后，接入保护设备。

图1 母差保护逻辑图

3.2.2 线路保护

每回110 kV线路配置，均带有重合闸功能、主后一体线路保护，在每一套线路保护装置上，均组一面屏。对于单侧电源线路负荷端，则无需配置线路保护。电源侧变电站，需要配置线路主保护，以此实现纵联距离保护，如图2所示。双侧电源、短距离、多级串联线路，在线路上各自配置线路主保护，采用光纤电流差动保护。后备保护配置相间、接地距离保护、PT断线过流保护、零序过流保护、不对称相继速动、双回线速动，同时发挥出自动重合闸功能。

图2 纵联保护

当线路电压等级高于220 kV，每回线配置双套独立、完整、主后一体线路保护，在每一套保护装置上配置双通信通道。针对重负荷、远程主干线路，则应当配置多套线路保护。基于主保护单元组成保护屏，由主保护和附属设备共同组屏。主保护可以配置纵联距离保护、光纤电流差动保护，在每个回路上包括一路光纤通道，配置光纤电流差动保护[4]。当线路具备双路光纤通道时，则应当配置双套光纤电流差动保护。后备保护需要配置零序过流保护、接地距离保护、三相不一致保护、自动重合闸保护、过流保护。

线路保护通信通道主要包括专用光纤通道、复用2M通道。当线路保护配置时，明确保护通信通道采用的是哪种通道，如果为复用2M通道，就需要配置光电转换装置，可以独立组屏安装于通信机房。

3.2.3 母线保护、断路器失灵保护

在110 kV母线上，配置微机母线保护。在每条220 kV母线上，配置独立、完整的母线保护装置。每套母线保护组成一面屏。在每套母线保护上都设置断路器失灵保护器。当断路器失灵时，经过母线保护出口，可以跳到其他母线断路器上。每一套母线保护上，配置失灵保护与母差保护，上述保护均采用一个出口。

对于220 kV以上断路器，核心110 kV断路器，应当配置失灵保护。失灵保护应用三相、分相启动方式，同时设置1个三相跳闸开入，3个分相跳闸开入。断路器失灵保护，瞬时分相动作会在跳闸线圈跳闸，经过Ⅰ段延时，可以跳到断路器三相；经过Ⅱ段延时，可以跳到邻近断路器。失灵瞬间跟跳逻辑如下：两相跳闸联跳三相、单相跟跳、三相跟跳。经过电流启动量、失灵相电流定值管控。

对于500 kV及以上线路，断路器失灵保护应具备远跳功能，即线路故障时，如果端断路器未正确动作，则本端断路器失灵保护通过光纤通道，跳开对端断路器。

3.2.4 高抗保护

线路配置高抗保护时，采用双套独立配置模式，监测高抗本体异常状态、故障隐患，例如非电气量保护、微型电气量保护等。对于双套电气量保护，则各自组一面屏；对于非电气量保护，则单独组一面屏。电气保护按照主后合一方案配置。在每套主保护中，设置差动速断保护功能、匝间保护功能。后备保护设置过流保护、过负荷保护、零序保护功能。对于非电量保护，则配置调压重瓦斯、本体重瓦斯、压力释放、高温度保护和压力突变等。技术人员可以按照工程实况，采用自定义保护措施。与主变一样，建议在重瓦斯继电器上配置3付节点，3付节点并接后，接入保护设备。

3.2.5 操作箱

在控制回路保护中，操作箱是重要的组成部分，保护装置动作、遥控出口，都可以利用操作箱，对断路器进行控制，实现分合闸操作。所以，操作箱应当和分合闸回路相配合，发挥出测控与保护功能。对于连接断路器的合闸线路，则应当与前组跳闸线路传动回路相连接。当断路器为双线圈时，操作箱应配置双套跳闸回路，并接入相应线圈。2个跳闸回路不能合用一根电缆，应分开接线。此外，监视断路器分合闸位置、回路，检测气压回路，同时发出相关信号。当存在外部跳闸入口、控制回路断线时，能够发挥事故告警信号的功能。

3.2.6 电压切换箱

针对连接在母线上的变压器与线路，为了确保保护装置开入电压与设备母线相一致，应当配置电压切换箱。电压切换回路应当采用继电器接点，切换回路包括运行指示灯。电压切换箱通过隔离开关对被保护设备母线信息进行判别，同时与电压保护装置实现自动切换。在电压切换箱中，涉及切换动作告警、回路断线告警功能。

3.2.7 保护信息管理子站系统

保护信息管理系统，可以收集、整理和分析信息数据，快速获取继电保护信息，如图3所示。在变电站内，子站系统能够接入保护装置，负责故障录波器通信，以此完成规约转换、信息处理与控制。同时，按照标准化要求，将信息发送至主站系统，发挥硬件系统、软件系统的作用。在子站系统中，涉及工作站、采集单元、子站主机，有助于录波器、保护装置通信。子站工作站能够显示相关信息，实现现场调试，随时调取和显示保护装置，分析故障录波器信息，全方位查询历史信息，优化配置网络通信设备、子站主机、采集单元。

图3 保护信息管理子站系统

3.2.8 短引线保护

在二次设计中，在线路单、双套短引线保护出线下，设置隔离开关，按照串组屏方式，不再配置到断路器保护屏中。通过断路器保护重合闸故障三跳，无外回路接线。在电网线路接线中，重合闸线路必须具备保护功能，不需要再次配置。

4 二次设计的注意事项

4.1 灵活应用配置原则、组屏方案

尽管阻抗保护的应用弊端比较多，但是如果取消阻抗保护，必须对现有的定值系统进行调整。因此，当阻抗保护具备偏移性、配置高，也保留二次设计。用户实施期间，必须按照自身需求、运行实况予以调整，同时做好投入取消处理。操作箱内出口继电器，可以有效地作用于跳闸启动，然而配置应用复杂，会增加检修与维护难度。二次设计配置，要求应用分相操作箱，分相操作箱配置线路。然而在应用期间，必须按照线路要求，做好双操作箱操作，保证继电保护的稳定性、安全性。

4.2 注重专业协调合作

在专业合作方面，特别是通信专业，必须确保二次设计的统一性。在架设短线路光缆时，应当应用双光缆，将保护光纤引到通信线架上。在每套光通信设备上，必须考虑到保护信息传送数量，严禁超负荷运行。针对保护回路光缆，需要应用200 kV以上的电压，同时和通信专业配合，保证二次设计的高效性。

5 结语

综上所述，变电站二次设计操作，应当全面落实继电保护原则，以此确保设计编制的有效性，同时为功能保护、组屏方案、配置保护、线路接线提供依据。继电保护二次设计遵循可行性、高效性、可靠性基础，优化设计和配置继电保护系统。电网改造实施，基于继电保护二次设计原则，同时按照不同地区实况、配置习惯调整。施工操作期间，严格地控制技术水平、工程质量，及时处理相关问题，对设计进行完善。此外，注重变电站保护方案优化，全面提升设备利用效率，以此加强继电保护装置的配合度，全面提升设计质量与水平，使工程成本降低，便于管理变电站工程。所以，为了确保国家电网安全可靠性运行，必须确保电网改造效果，从根本上促进电网事业发展壮大，为社会生产、生活提供优质的电力服务。