220kV变电站的继电保护系统设计与分析.docx

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1、220kV变电站是我国的主要变电系统，而继电保护系统对变电系统的保护和维护起着至关重要的作用。本文220kV变电站为例，介绍继电保护配置的通用设计原则，并从线路保护、母线保护、母联保护、故障录波及网络报文四个方面设计继电器保护系统。该案例的成功应用对同类系统设计有着重要参考价值。1、引言22OkV变电站的运行过程中，获得电气技术、通讯技术、自动化监测技术的帮助后，所创造的社会经济效益是非常理想的。继电保护系统切除故障为目标，继电保护系统的构建，是必要性的工作内容-2。对故障切除后电力系统的运行情况不予反映，无法起到保护故障后电力系统的作用，可能出现因为继电保护装置正确动作而造成其他元件的工作异

2、常，甚至有时保护装置正确动作，但电力系统却出现瓦解。必须坚持按照差异性原则来落实，要最大限度地确保220kV变电站的各项潜藏问题，能够得到及时的解决3-5。本文以220kV变电站为例，给出了继电保护装置的设计原则，并从线路保护、母线保护、母联保护、故障录波及网络报文四个方面介绍继电保护的配置方案。2、变电站概况如图1所示，变电站位于。主变压器规划容量为3X240MVA。220kV电气主接线规划为双母线接线，规划出线6回。IlOkV电气主接线规划为双母线接线，规划出线14回。35kV电气主接线规划为单母线三分段接线，规划出线12回。220kV.IlOkV中性点均按直接接地设计，35kV侧为非直接

3、接地系统，主变压器35kV侧采用经消弧线圈接地方式。220kV和IlokV配电装置均为户内GlS(GaslnsulatedSubstation)O图1变电站信息网络图3、继电保护装置设计原则220kV电压等级的继电保护及与之相关的设备、网络等应按照双重化原则进行配置，双重化配置的继电保护应遵循以下要求：(1)每套完整、独立的保护装置应能处理可能发生的所有类型的故障。当一套保护异常或退出时不应影响另一套保护的运行。(2)两套保护的电压(电流)采样值应分别取自相互独立的合并单元。(3)双重化配置的合并单元应与常规互感器两个独立的二次绕组相对应。(4)双重化配置保护使用的GOOSE(SV)网络应遵循

4、相互独立的原则，当一个网络异常或退出时不应影响另一个网络的运行.(5)两套保护的跳闸回路应与两个智能终端分别一一对应；两个智能终端应与断路器的两个跳闸线圈分别一一对应。(6)双重化的线路纵联保护应配置两套独立的通信设备(含复用光纤通道、独立纤芯、微波、载波等通道及加工设备等)，两套通信设备应分别使用独立的电源。(7)双重化的两套保护及其相关设备(互感器、合并单元、智能终端、网络设备、跳闸线圈)的直流电源一一对应。(8)保护装置、智能终端等智能电子设备间的相互启动、相互闭锁、位置状态等交换信息可通过GSE网络传输，双重化配置的保护之间不直接交换信息。(9)220kV电压等级保护均采用保护、测控分

5、开装置，HOkV电压等级采用保护测控一体化装置。4、继电保护配置方案4.1 线路保护(1) 220kV线路保护电厂至线路，220kV金多至2回线路，站侧每回线路配置2套完整的、独立的能反映各种类型故障、具有选相功能的全线速动保护,每套主保护具有完整的后备保护及重合闸功能。每回线路2套主保护均采用数字化光纤电流差动保护，每套保护配置完整的相间、接地、零序后备保护及重合闸，电缆线路配置过负荷保护。线路主保护、后备保护均启动断路器失灵保护。2回线路主保护一均专用光纤芯+2M方式，用2芯、备2芯；主保护二均采用专用光纤芯+2M方式,用2芯、备2芯。金威至线路、科澳电厂至线路2回线路主保护一均专用2M+

6、2M方式；主保护二均采用2M+2M方式。(2) IIokV线路保护IIOkV线路配置一套光纤电流差动保护，保护具有完整的后备保护以及重合闸功能，采用保护测控一体化装置。电缆线路配置过负荷保护。保护装置就地下放布置于IlOkV线路智能控制柜。线路保护直接采样、直接跳闸。跨间隔信息(启动母差失灵功能和母差保护动作远跳功能等)采用GoOSE网络传输方式。母线电压切换由合并单元实现，每套线路电流合并单元根据收到的两组母线的电压量及线路隔离开关的位置信息自动采集本间隔所在母线的电压。4.2 母线保护(1) 220kV母线保护站220kV主接线为双母线接线，远景共6个单元，母线保护按远景多预留2个单元。2

7、20kV母线双重化配置2套独立的数字式母线差动保护和失灵保护，失灵保护功能含在母线保护中，双重化配置的每套线路(主变)保护动作各启动一套失灵保护。母线和失灵保护均设有复合电压闭锁功能，母联断路器可不经电压闭锁。每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。220kV母线保护的2套保护装置，组2面柜布置于220kV配电装置室内。(2) IIokV母线保护站IIOkV主接线为双母线接线，远景共14个单元。HOkV母线按远景配置单套数字式、集中式母线差动保护。母线保护布置于二次设备室。母线保护特性应满足内部故障快速动作,外部故障CT严重饱和不会误动作。母线保护直接采样、直接跳闸，母线保护所需开入量(失灵启动

8、、刀闸位置接点、母联断路器过流保护启动失灵、主变保护动作解除电压闭锁等)采用GooSE网络传输。4.3 母联保护(1) 220kV母联保护220kV母联断路器按双重化配置专用的、具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护。220kV母联配置2套独立的保护装置，布置于220kV配电装置室内。(2) IIokV母联保护IlokV母联断路器按单套配置专用的、具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护.IlOkV母联配置1套独立的保护装置。母联保护直接采样、直接跳闸；启动母线失灵采用GooSE网络传输。4.4 故障录波及网络报文(1)故障录波装置故障录波器应能记录系统发生大扰动，如短路故障、系统振荡、电压崩溃等情况发

9、生后的有关系统电气参量的变化过程，如线路电流、母线电压、变压器三侧电流、变压器三侧电压以及继电保护与安全自动装置的动作行为。根据国家电网公司输变电工程通用设计110750kV智能变电站部分的要求，按照电压等级、网络配置故障录波装置.，记录所有过程层Goc)SE网络报文及站控层MMS网络信息，通过网络方式接收SV报文和GOOSE报文。配置220kV故障录波器装置2台，组1面柜，安装于二次设备室；主变压器故障录波器装置2台，组1面柜，安装于二次设备室；IlOkV故障录波器装置1台，组1面柜，安装于IIokV配电装置室(二次设备室)。(2)网络报文记录装置站按照电压等级、网络配置网络报文记录装置，配

10、置2台22OkV网络报文记录装置、2台IlOkV网络报文记录装置、2台站控层网络报文记录装置，全站配置1台网络分析主机。安装于二次设备室。网络报文记录装置通过网络方式接收SV报文和GOOSE报文。网络报文记录装置单独组网将信息上传给网络报文分析装置，网络报文分析装置将分析结果通过MMS接口接入站控层主机。SV报文和GooSE报文网络如图2所示。5、总结本文以220kV变电站为例，以双重化配置和GOOSE(SV)作为继电保护装置的主要设计原则，从线路保护、母线保护、母联保护、故障录波及网络报文四个方面设计220kV和IlOkV的保护配置，并GOOSE网络建立高效的信息网络。此案例的成功应用对实际

11、工程有重要的参考价值。220kV变电站的继电保护系统分析1引言继电保护系统是保证电网正常安全运行的重中之重，作为传感装置，感知故障，然后知道故障的位置，最后向断路器发出跳闸指令。收到保护继电器的指令后，断路器断开故障元件。在速动保护继电器和相关断路器的帮助下，可以快速清除故障，减少对设备的损害。此外，通过移除特殊故障部件，可以降低伴随的风险，例如火灾等。但在保持供给连续性的同时，保持了健康部分，通过快速清除故障来减少故障时间，使系统更快地恢复到正常状态。从而大大提高了系统的暂态稳定极限，避免了设备的永久性损坏，降低了最简单的故障如单相发展为最严重的故障如两相的可能性。2继电保护系统继电保护系统

12、，一种用于反映变电所在电网中的电器部件失效或不能正常工作，使其跳闸和报警，从而保证变电所的安全和安全。该装置可以识别出电网的正常工作状况与非工作状况，发现其特征值差异，进而实现对电网供电的自动切断。通过以上的介绍，可以发现在变电所工作的电力和非电力的情况下，电力和非电力的电力变化特点，从而找到一种组成电力保护的装置，并且这种装置的区别愈大，其防护效果就愈好。随着电网的不断发展，电网的规模和覆盖范围不断扩大，单依靠对电网各个部件进行继电器的安装是无法解决大规模电网长时间断电的重大问题。因此，从变电站正常运行的全局出发，了解故障元件由相应的继电保护装置发出警报的时候，整个电力系统会产生什么样的运行

13、状况，系统失去稳定时会出现什么特性，如何尽快恢复正常运行。继电保护系统的任务是当变电站电力系统的运行产生故障的时候，及时地切除问题源头，尽可能地把隐患问题限制在最小范围内，让供电系统瘫痪时间减到最少，以确保及时地解决停电问题。只有确保继电器正常运行并能区分正常和异常情况，才能减少故障。当有故障时，继电器必须运行；没有故障时，继电器不得运行。一些继电器用于保护电力系统，有些是接力赛,也就是说是第一道防线。这个保护装置探测到了错误，并发出一个讯息给对应的开关来脱开和排除。第一代继电保护系统采用单片机作为智能控制器1。作为第一代智能系统，运行速度慢，每周只能产生30-60点的正弦函数，不能叠加高次谐

14、波和DC分量，频率不能连续变化。第二代继电保护系统采用PC作为智能控制器。PC机具有强大的计算功能。数据可以由计算机实时计算，直接输出。每周可以产生100200点的正弦函数。PC机与原来的计算机相比，可以叠加高次谐波和非周期分量，频率可以连续变化。传统的继电保护系统无法满足测试要求，因此数字式继电保护系统应运而生。目前，数字式继电保护系统主要用于智能变电站综合测试阶段后的现场调试阶段。数字继电保护系统设计用于手动选择不同的测试模块。在软带的前提下，控制字和值用于正确设置保护装置。再以不同的故障类型、故障的数量来进行计算并进行数据的录入。当这些输入能正确反映不同的故障状态时，保护装置的相应行为就

15、能准确运行。第三代继电保护系统采用的是WindOWS操作系统。通过PC机与上位机的通信，可以方便地使用WindOWS资源，通过扩展电压、电流插件可以完成更复杂的测试，实现频率的连续变化。第四代继电保护系统是由DSP芯片和内置式工业计算机组成的。充分运用计算机技术发展的优势，建立完善的技术支持体系，利用数据库技术管理现场保护装置的信息和数据，集成多通道电压电流示波器、高性能三相电压电流发生器、多通道电压电流和开关波形记录仪、自动生成试验报告等功能，形成了完整的现场调试系统。3220kV变电站继电保护系统继电保护系统在电力系统中应用广泛，在22OkV变电所中占有举足轻重的地位。在日常操作中，继电器

16、是对电网故障或故障进行监测的一种主要手段。在它的发展历程中，带有接触式的继电器是为了防止电气设备和电气设备的损害而被称作继电保护。220kV变电所的继电器在确保其可靠、灵活、安全、环保、资源节省、容易实施的情况下，进行了系统的自动控制。在这种要求下，就需要从电力系统的大局出发。首先，应通过整定值的计算来选择继电保护方式和保护配合。则需要研究的故障元件被继电保护装置切断后，系统会呈现什么样的工况，系统失去稳定后会出现什么样的特性，如何尽快恢复正常运行等。同时还要满足未来电网改造简单化和资源重匏利用率高的要求2。在220kV变电站的继电保护系统中，与电源相连的供电线路的敷设是最基本、最重要的组成部

17、分之一。同时，一般认为它是电站继电保护功能系统安全自动化的设计、实现和管理实施的一个重要的、基本的组成条件，因此要求它符合相关规范的准确性和科学性。同时,为了有效地进一步提高智能变电站实际运行和继电保护自动化的技术水平和运行管理水平，需要细化和简化继电保护之间的界限。这主要是因为布线难度和线损成正相关，越容易布线就越少。在220kV变电站的技术改进和可持续发展过程中，继电保护接线的设计能够完全满足和充分配合整个总体接线和子系统接线的相关技术要求，并遵循期间不允许系统间交叉接线的基本原则，从而有效避免这种接线方式对智能变电站继电保护系统自动工作状态的实际影响。当前，采用回路技术对22OkV智能变

18、电所的继电保护环进行科学的优选。通过对智能化变电所的继电保护线路进行有效的调控，可以提高变电所的调峰容量。通过这一措施，电路设计变得更加准确合理，使继电保护系统减少错误的发生，尽可能避免继电保护的失效。但实际情况是，对220kV智能变电所的主回路进行合理的设计和设计显得尤为关键。当回路运行满足相关要求时，势必凸显智能变电站的良好功能。另外，在设计继电保护自动化的电路时，需要科学地安装相应的电子感应设备，以发挥其对隔离开关动作的引导作用，减轻智能变电站继电保护的控制任务，达到最佳效果3。输电系统是电力传输与配电系统，它安全和可靠的工作，关系到整个变电所，所以它们之间的互联是必不可少的。配电网具有

19、良好的继电器，若未合理地设置继电器，将无法正常工作（误操作或拒绝操作），将会使电力系统的断电范围进一步扩展，对国民经济产生重大影响，甚至可能导致人员和装置的安全。在电力系统中，如何正确地选用各种不同的保护模式，是确保变电所的安全可靠的关键。母线是电力系统的核心部件，也是电力系统的核心部件。与其他装置类似，巴士也有许多不同的失效。如果母线出现短路，会导致电网大范围的断电，影响电网的正常工作。母线故障主要有母线和断路器套管闪络，母线与断路器间的变压器和变压器故障，母线与断路器的支撑绝缘子损坏，运行人员误动作等。虽然母线结构简单，位于变电站内，发生故障的概率比其他设备小，但当母线发生故障时，必须断开

20、所有连接到母线上的元件，这将造成大规模停电4。此外，如果枢纽变电站的高压母线缓慢故障，电力系统的稳定性将被破坏，从而扩大事故。因此，母线必须选择合适的保护方式。以某220kV变电站为例，该变电站内220kV母线保护为差动保护，为其配置了两套保护。220kV母差I屏为某型号的微机母线保护装置：同比率制动特性的电流差动保护，分段型母联保护，开关失灵保护，母联失灵死区保护，断线闭锁及告警；220kV母差H屏为同为该型号微机母线保护装置：配有电流差动保护母联开关失灵（死区）保护及充电保护，开关失灵保护，断线闭锁及告警，直流稳压消失监视5。在220kV变电站继电保护中，应当从以下几方面入手：运用科学的检

21、查方法，相对简单的故障排除可采用顺序检查法，但当故障记录和事件记录找不到故障原因时，应采用逆向检查法，即从故障现象到故障根源，由表及里，一层一层地进行，直至找到故障根源；灵活运用各种技巧，如模拟、比较、替代等。模拟法是在电路图上模拟开路或脱焊，猜测故障。类似的方法是利用仿真系统模拟故障，分析继电保护装置动作和各种保护的配合情况。通过对比以往的经验和故障处理案例，比较法是最有可能的原因。更换方法是用好的元件一个一个更换故障元件；掌握微机继电保护原理，通过理论联系实际，能迅速弄清故障特征，找出原因，进而排除故障。监控屏障技术也被认为是220kV变电站继电保护和自动化中非常重要的组成部分和组成部分。

22、这是继电保护中一个崭新的功能，其终极目标就是为继电器增加附加防护。这种监测技术可以有效地监测特定变电站设备中某些相关装置或元件可能出现的故障,在影响继电保护系统正常工作和运行的关键时刻起到辅助和监测作用。一旦继电保护系统在运行中出现错误或存在一些问题，监控技术可以有效地纠正错误。不仅能有效地反馈相关信息，还可以将有关故障情况的所有信息传送到整个变电站的集中调度中心，调度中心将根据这些信息有效地指导整个变电站的实际运行，从而就可以有效地确保所有220kV变电站都能按照国家相关标准顺利运行6.此外，这种检测技术的使用也能有效地展现智能变电站在继电保护自动化方面的诸多优势。与此同时，也要定期对继电保

23、护系统进行检测，以确保系统在保护设备的时候，可以正常工作并发出警报。当电网出现故障时，很可能会忽略一些不起眼的项目，比如继电保护设备本身的问题。因此，有必要仔细检查继电保护设备。如有必要，可拔掉所有组件并逐一检查。当发现老化部件时，应及时更换。日常工作中，需要做到多检查，多进行保养。最后，在所有零件完好的情况下，一个一个装回去。螺丝部分需要人员反复拧紧，焊接点要牢固。4结语当电力系统发生故障或处于异常状态时，利用一些电气装置来保护电气设备不受损坏，需要减小事故范围。当电网故障足以损坏设备或危及电网安全的时候，被保护设备迅速脱离电网；对电网运行异常和部分设备工作状态异常能及时发出报警信号，以便快

24、速处理并能够迅速恢复正常；就可以实现电力系统的自动化和遥控以及工业生产的自动控制。从电力系统的全局出发，需要研究问题元件被相应的继电维护装置切除后，系统会呈现什么样的工况，系统失稳时会出现什么样的特征，如何尽快恢复系统的正常运行。这些都是系统维护的研究内容。系统维护的任务是在大电力系统的正常运行遭到破坏时，尽可能将影响范围限制在最小，将负荷停电时间减少到最小。综上所述，电力系统也是我国能源建设的重要组成部分。变电站作为电力系统的重要组成部分，发挥着重要的作用。但是，在传统变电站的使用中，仍然存在一些继电保护装置难以与外界通信，造成电力事故和变电站设备损坏的问题，亟待改进和解决。220kV变电站

25、是影响和改善电力系统运行效果的关键环节。可以实现对变电站所有设备和元件的全方位继电保护，改善和加强智能变电站的运行和自动化操作过程。参考文献：郭勇.22OkV智能变电站继电保护配置分析与研究D.华北电力大学(北京),2016.张振中.IlOkV变电站继电保护及自动化系统设计J机电工程技术,2019,48(05):228-230.3李成斌.论220kV变电站综合自动化系统与继电保护叫.技术与市场,2018,25(05):180.4邵庆祝,赵创业,谢民,王海港.220kV智能变电站母线扩建继电保护改造方案研究.电工电气,2017(12):37.5乔向阳,潘翔,钱诚,等.一种基于分层保护模式的220KV变电站继电保护系统研究J自动化技术与应用,2018,37(11):97902+108.