唐剛

摘要：隨著我國電子科學(xué)技術(shù)的不斷研發(fā)與升級，電網(wǎng)自動化水平逐漸提高，促進(jìn)了電網(wǎng)設(shè)備的智能化轉(zhuǎn)型。繼電保護(hù)系統(tǒng)作為保障電網(wǎng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，如何進(jìn)一步強(qiáng)化繼電保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用高效維護(hù)電網(wǎng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要?；诖耍疚闹饕治雠c研究220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)，旨在為相關(guān)電網(wǎng)行業(yè)從業(yè)者提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：220kV變電站；繼電保護(hù)系統(tǒng)；應(yīng)用分析

DOI：10.12433/zgkjtz.20232835

繼電保護(hù)系統(tǒng)是維護(hù)和監(jiān)測電網(wǎng)設(shè)備正常運(yùn)行的重要傳感裝置，通過繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠有效感知故障，迅速定位故障點(diǎn)，同時經(jīng)由斷路器輸出跳閘信號。在接收到信號后，斷路器會進(jìn)行斷開操作，進(jìn)而及時處理故障，避免電網(wǎng)設(shè)備以及相鄰地區(qū)供電受到影響。因此，繼電保護(hù)系統(tǒng)具有重要作用，必須具備選擇性、速動性、可靠性以及靈敏性。本文主要討論220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)，以期供相關(guān)人員參考。

一、220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)概述

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)運(yùn)行管理水平逐漸提高，繼電保護(hù)控制原理以及方法不斷創(chuàng)新，有效推動了繼電保護(hù)系統(tǒng)智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，加快了繼電保護(hù)系統(tǒng)集保護(hù)、控制、測量以及數(shù)據(jù)通信四方面為一體的建設(shè)進(jìn)程。但對于變電站發(fā)展而言，安全是首要問題，電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的安全性能直接影響著變電站運(yùn)行管理發(fā)展的持續(xù)性以及穩(wěn)定性。在實(shí)際設(shè)計(jì)繼電保護(hù)方案時，要充分借助相關(guān)技術(shù)設(shè)備建立保護(hù)設(shè)施，例如，在變電站中設(shè)置開關(guān)控制系統(tǒng)、優(yōu)化變壓系統(tǒng)等用以全面安全防護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。具體控制保護(hù)流程為：相關(guān)技術(shù)設(shè)備借助監(jiān)測設(shè)備實(shí)時獲取和監(jiān)控電網(wǎng)電壓、基礎(chǔ)外界環(huán)境參數(shù)等，進(jìn)而對設(shè)備開關(guān)實(shí)施自動化控制。如果電壓數(shù)值大于電力設(shè)備承受的最大數(shù)值范圍，或監(jiān)測設(shè)備感知到外界環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)明顯異常時，繼電保護(hù)裝置會發(fā)出相應(yīng)信息，做出斷電保護(hù)反應(yīng)，以確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。對于當(dāng)前220kV變電站的保護(hù)系統(tǒng)而言，已逐步向智能化方向發(fā)展，能使用自動化開關(guān)進(jìn)行調(diào)控，同時借助具有監(jiān)控、調(diào)試功能的自動化設(shè)備應(yīng)用，有效提升變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)技術(shù)水平。

二、220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)自動化技術(shù)分析

（一）接線技術(shù)

對于繼電保護(hù)系統(tǒng)而言，接線是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動化發(fā)展的基礎(chǔ)部分。接線作業(yè)過程中，要嚴(yán)格按照接線技術(shù)規(guī)范和要求科學(xué)、規(guī)范地進(jìn)行接線，同時盡可能合理地簡化繼電保護(hù)系統(tǒng)的接線，一方面，用以保證變電站的正常穩(wěn)定運(yùn)行；另一方面，用來強(qiáng)調(diào)繼電保護(hù)的自動化。實(shí)際上，根據(jù)接線方法的差異，繼電保護(hù)效率也有所不同，通常情況下，越精簡的接線方法，電網(wǎng)線路的損耗越小。220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的接線作業(yè)設(shè)計(jì)需要科學(xué)配合電力系統(tǒng)總線路和子線路，嚴(yán)禁避免交叉接線現(xiàn)象，影響繼電保護(hù)自動化正常運(yùn)行。

（二）監(jiān)測技術(shù)

監(jiān)測技術(shù)作為220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)自動化的核心構(gòu)造，監(jiān)測功能模塊的主要作用是實(shí)時監(jiān)測和控制變電站繼電保護(hù)的運(yùn)行狀態(tài)，分析和識別變電站是否發(fā)生故障。如果繼電保護(hù)系統(tǒng)做出錯誤反應(yīng)，發(fā)出錯誤指令信息，監(jiān)測功能模塊也會及時給出信息反饋，而全部的故障信息會統(tǒng)一輸送至變電站的調(diào)度中心，進(jìn)一步對變電站架運(yùn)行做出指示，以此確保220kV變電站正常運(yùn)行，充分展現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)自動化的優(yōu)勢。

（三）回路技術(shù)

合理優(yōu)化傳統(tǒng)回路技術(shù)可以有效提升220kV變電站電能轉(zhuǎn)換水平?；芈吩O(shè)計(jì)是否符合技術(shù)規(guī)范要求，直接關(guān)系繼電保護(hù)效果以及拒動、誤動故障發(fā)生頻率。因此，對于220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)自動化的回路設(shè)計(jì)而言，需精準(zhǔn)把控一次回路和二次回路設(shè)計(jì)，使回路設(shè)計(jì)充分符合技術(shù)規(guī)范要求，且各回路之間能夠穩(wěn)定運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，還要在回路設(shè)計(jì)中加設(shè)電子感應(yīng)設(shè)備，通過靈敏的電子感應(yīng)設(shè)備及時指導(dǎo)隔離開關(guān)的運(yùn)行動作，進(jìn)而降低傳統(tǒng)220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)控壓力，增強(qiáng)無人值守時系統(tǒng)調(diào)控的便捷性。

三、220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)常見問題分析

（一）過渡電阻問題

過渡電阻問題主要是由線路接地故障引發(fā)的，這是220kV變電站普遍發(fā)生的問題之一。在介質(zhì)通過線路時會產(chǎn)生放電產(chǎn)生過度電阻，打破電壓穩(wěn)定狀態(tài)，主要原因在于暫態(tài)分量和諧波電流造成的小幅度電壓數(shù)值波動，通常來說，該電壓數(shù)值波動不會引發(fā)變電設(shè)備故障，但會對氣電保護(hù)造成不良影響。在實(shí)際發(fā)出保護(hù)反應(yīng)時，阻抗值是主要影響保護(hù)效果的因素，但由于距離保護(hù)超越動作，會造成電力系統(tǒng)不穩(wěn)定，而差動保護(hù)會產(chǎn)生大量的制動電流。對于常見的高阻故障問題，通常采用連續(xù)不間斷電流進(jìn)行解決，并借助改種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)零序保護(hù)，即通過連續(xù)零序差動延時有效防范高阻接地故障問題的出現(xiàn)，但如果出現(xiàn)高阻接地故障問題，線路中存有極少的電壓跌落值，會形成一定的連續(xù)電流。

（二）變電站的系統(tǒng)設(shè)備問題

變電站中會涉及眾多設(shè)備，如果設(shè)備出現(xiàn)故障問題，會導(dǎo)致變電站不能正常運(yùn)行，甚至需要停止運(yùn)行檢修故障。實(shí)際上，此類故障問題主要是由于變壓器低壓側(cè)缺乏雙重保護(hù)所致，且相關(guān)管理人員并未制定有效的斷路器失靈處理對策，會影響變電站的正常運(yùn)行。如果變壓器中10kV母線發(fā)生故障，主變的10kV會延長側(cè)保護(hù)時間用以消除故障問題。需注意的是，如果在此期間，10kV測過流沒有實(shí)施保護(hù)措施或斷路器處于失靈狀態(tài)，就無法消除相應(yīng)的故障問題。除此之外，還要綜合考慮變壓器耐受沖擊電流情況，通常情況下，變壓器在日常運(yùn)行過程中的耐受瞬間沖擊電流較弱，所承受的沖擊時間也有所減少。

（三）變壓器干擾異常

高低壓變壓器是220kV變電站中的核心部分，自身磁場具有很強(qiáng)的主導(dǎo)性，可以完成高低壓電流的自行切換，通過電力發(fā)電形成的輸電能能在變壓器中完成高低壓切換，以此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離電力傳輸以及信號傳遞的目的。同時，輸電系統(tǒng)作為變電站電力系統(tǒng)運(yùn)作的關(guān)鍵，其輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)作直接關(guān)系電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，與變電站中其他傳動系統(tǒng)相比，輸電系統(tǒng)所耗費(fèi)的維護(hù)成本和故障處理成本相對較多。實(shí)際上，僅產(chǎn)生一次系統(tǒng)故障問題或繼電保護(hù)系統(tǒng)受電磁干擾，都會引發(fā)變電站全部電力系統(tǒng)發(fā)生短路問題，如果通過斷路器切斷的方式進(jìn)行解決問題，會耗費(fèi)大量的資金成本用以后期更換和檢修相關(guān)設(shè)備。因此，相關(guān)管理人員需要科學(xué)、有效的保證變壓器不受磁場干擾，從而進(jìn)一步保障變電站中輸電系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

（四）基礎(chǔ)資料管理存在一定缺陷

相關(guān)檢測維修工作人員會定期檢修變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)，處理發(fā)現(xiàn)的故障問題和存在的安全隱患，并詳細(xì)記錄檢修情況，以此為后續(xù)工作提供參考資料和依據(jù)。但存在對基礎(chǔ)資料管理不到位的情況，如果部分檢測維修工作人員在完成檢修后沒有及時更新變電站二次設(shè)備檔案，容易出現(xiàn)繼電保護(hù)工作人員結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)開展系統(tǒng)維護(hù)的現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備檔案資料出現(xiàn)缺失、遺漏的問題，造成日后檢修工作中數(shù)據(jù)庫資料不全面、資料與實(shí)際情況不符、資料所描述情況過于陳舊等問題，進(jìn)而影響后續(xù)維護(hù)工作的正常進(jìn)行。例如，相關(guān)工作人員在對繼電保護(hù)裝置開展現(xiàn)場檢測的過程中，如果發(fā)現(xiàn)檢測結(jié)果和跳閘矩陣控制數(shù)字存在明顯差異，就會進(jìn)一步引發(fā)部分回路故障。

四、220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)常見問題的解決措施

（一）減少變電站接地阻值

充分的接地工作是保障220kV變電站中各電力設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)作的基礎(chǔ)條件之一。不僅如此，接地電阻阻值也是影響電力設(shè)備正常運(yùn)行效率的客觀因素。因此，變電站通常會采取提升避雷針設(shè)備性能的方法，應(yīng)用較多的是避雷器與互感器，但在應(yīng)用時容易形成電流以及電磁。所以在應(yīng)用220kV變電站過程中，要根據(jù)實(shí)際情況，科學(xué)減少變電站接地阻值，合理防范和減少電力設(shè)備在日常運(yùn)行時可能面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)，避免電力設(shè)備出現(xiàn)故障問題，提升電力設(shè)備的抗干擾能力。

（二）科學(xué)設(shè)計(jì)繼電保護(hù)設(shè)備的電位面

對于220kV變電站的電力設(shè)備控制而言，設(shè)備控制手段主要是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)對各項(xiàng)電力設(shè)備展開集中、統(tǒng)一的調(diào)控，即把各個電力設(shè)備、繼電保護(hù)裝置全部連接至中央控制器，借助無線局域網(wǎng)對所有設(shè)備和裝置實(shí)施集中管理。通過此種信息化管理方式，繼電保護(hù)裝置的電位面和其他電力設(shè)備的電位面將處于相同狀態(tài)，盡管此種管理方式能有效強(qiáng)化繼電保護(hù)系統(tǒng)管理效果，加強(qiáng)對電力設(shè)備的安全控制，但和其他管理方式相比，實(shí)踐性交比不高，不夠?qū)嵱?。如?20kV變電站中有一個電力設(shè)備出現(xiàn)故障問題，會進(jìn)一步影響周邊其他電力設(shè)備以及繼電保護(hù)裝置，增加故障范圍，嚴(yán)重的情況下還會引發(fā)一系列的電力設(shè)備故障問題，導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)失去保護(hù)作用，無法展現(xiàn)其對220kV變電站的安全保護(hù)。所以相關(guān)管理人員要想有效保障220kV變電站穩(wěn)定運(yùn)行，就要確?？垢蓴_工作和繼電保護(hù)系統(tǒng)可以充分發(fā)揮自身效用，同時結(jié)合220kV變電站實(shí)際運(yùn)行和管理情況，優(yōu)化繼電保護(hù)裝置的電位面設(shè)計(jì)，科學(xué)調(diào)控電位差。

（三）采取有效的變壓器保護(hù)對策

為進(jìn)一步提高220kV變電站中變壓器上的繼電保護(hù)設(shè)備與自動系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行期間的可靠性、穩(wěn)定性以及安全性，不僅要結(jié)合實(shí)際情況采用上述相關(guān)措施對220kV變電站的變壓器進(jìn)行保護(hù)，還應(yīng)增強(qiáng)變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行期間的抗電磁能力，以此避免因電磁干擾而影響繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在構(gòu)建220kV變電站時，需要相關(guān)工作人員加強(qiáng)對繼電保護(hù)系統(tǒng)抗干擾能力的重視程度，并采取以下三方面措施：

第一，降低干擾源產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度。通過降低相關(guān)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行期間的接地阻抗，實(shí)現(xiàn)對高頻電流流入設(shè)備中產(chǎn)生電壓的有效控制，從而調(diào)整整個輸電線路的電壓。另外，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況加強(qiáng)低阻抗接地網(wǎng)建設(shè)，以此減少大地與220kV變電站之間的電位差，從而降低出現(xiàn)二次回路干擾現(xiàn)象的概率。

第二，降低二次回路中的干擾。為有效減少整個220kV變電站在實(shí)際運(yùn)行期間產(chǎn)生的電磁干擾，需要相關(guān)工作人員增強(qiáng)二次回路的抗干擾能力。具體措施包括：一是選擇帶屏蔽層的控制電纜；二是結(jié)合實(shí)際情況將二次回路與一次回路之間進(jìn)行耦合切斷。除此之外，也可以利用屏蔽層有效處理控制室或開關(guān)場兩端的接地，從而切實(shí)減少二次回路在實(shí)際運(yùn)行期間受到的干擾，主要原理是利用屏蔽層降低其中的暫態(tài)感應(yīng)電壓，并達(dá)到屏蔽感應(yīng)電流的效果，以此避免暫態(tài)電流產(chǎn)生磁通的效果。

第三，提高裝置配線上的抗干擾能力。可以結(jié)合實(shí)際情況將繼電保護(hù)盤端中開關(guān)場接線處的電容進(jìn)行接地處理，以此實(shí)現(xiàn)利用母線傳回控制回路有效控制電纜產(chǎn)生的電磁干擾，從而增強(qiáng)控制電纜在實(shí)際運(yùn)行期間的抗干擾能力。

（四）完善基礎(chǔ)資料管理

在繼電保護(hù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行期間，需要相關(guān)工作人員加大對該系統(tǒng)運(yùn)行期間各項(xiàng)參數(shù)與數(shù)值的采集、分析、判斷等工作的力度，同時將歸納后的資料存入專屬數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)繼電保護(hù)系統(tǒng)的維修工作提供可靠數(shù)據(jù)支撐。通過分析繼電保護(hù)系統(tǒng)歷史運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，將其與該系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行期間的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段繼電保護(hù)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行期間可能存在的安全隱患或故障，相關(guān)工作人員可以有針對性地排查繼電保護(hù)系統(tǒng)，以此提高檢查與維修繼電保護(hù)系統(tǒng)的效率與質(zhì)量，提升繼電保護(hù)系統(tǒng)在運(yùn)行期間的安全性、穩(wěn)定性以及可靠性。需要注意的是，在記錄相關(guān)數(shù)據(jù)信息時，要確保所記錄的內(nèi)容具有較強(qiáng)的真實(shí)性、完整性以及全面性，即所記錄的數(shù)據(jù)必須符合實(shí)際情況。

五、結(jié)語

綜上所述，在全面推進(jìn)我國電力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量建設(shè)的背景下，要進(jìn)一步升級220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)性能，有效保護(hù)電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行，避免出現(xiàn)大范圍的供電短缺現(xiàn)象。因此，相關(guān)工作人員要做好220kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)常見問題的處理，合理降低變電站接地阻值，同時科學(xué)設(shè)計(jì)繼電保護(hù)設(shè)備的電位面，并采取有效的變壓器保護(hù)對策，同步完善相應(yīng)的基礎(chǔ)資料管理，進(jìn)而有效保障變電站電力設(shè)備正常運(yùn)行，使其能夠長期穩(wěn)定供電。

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