110kV变电站继电保护及自动化系统设计

110kV变电站继电保护及自动化系统设计
摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，变电站建设越来越多。

变电站是
电网的重要组成部分，智能化的变电站是促进电网智能化的关键环节。

设计110V 变电站继电保护系统的硬件和软件，实现对110V变电站重要电气设备的智能保护，通过电源系统的配置、四遥功能的设计，实现对变电站运行状况的实时监测。

关键词：变电站；硬件；系统设计；继电保护
引言
科学技术的发展不仅促进了社会的进步，同时也在各个行业的生产活动中得
到了广泛使用。

在对电力企业进行改革发展的新时期，如何促进我国变电站智能
化水平的提高，帮助我国电力系统在智能变电站的运行过程中有效维护继电保护
与运行工作，成为了电力系统长期发展的核心问题，受到了越来越多的重视。

1继电保护装置
（1）继电保护的装置。

对于一次设备来说，保护设备装在内部可以有效的保护设备的运行，并且通过这种装备设置可以使设备的安装和运行得到简化。

保护
设备装在内部对后续的维护也有极大的帮助。

通过这种方案可以避免跳闸和采样
不准确带来的问题。

（2）变压器保护。

变压器在使用过程中也要注意变压器的
防护等相关问题，比如不能过载运行，因为长期过载运行，会引起造成短路；要
经常检验绝缘油质，通过检查及时的进行跟换，有利于延长变压器的使用寿命，
或采取其它措防止变压器老化和损坏。

2110V变电站系统需求分析
110V变电站继电保护的功能主要包括数据在线监测和保护两个方面，从结构
上来区分，变电站的主体结构包括：站控层、间隔层、过程层3个部分。

站控层
实现对继电保护功能的输入，间隔层主要包括数据监测、过程层的任务是执行机
电保护的任务，通过继电保护设备，实现对高压设备的操作。

相关的需求如下：（1）站控层。

站控层的功能是实现对变电站的运行监测和管理，通过电容的投切，实现系统中的无功优化和电压优化。

在运行监测过程中，自动区分电力系统
的故障状态和不正常运行状态，在出现不正常运行状态时，发出警报并在现场的
光字牌上显示不正常运行的故障类型（电压异常、电流异常等）。

在系统的故障
状态下，在光字牌上显示故障类型并向执行机构发出动作指令。

（2）间隔层。

对站控层的信息进行整合，保证站控层和过程层之间数据的通讯正常。

当出现报
警信息或者操作信息时，及时进行处理。

（3）过程层。

主要的操作机构，面向
一次高压侧，在系统正常运行时，提供检测数据和执行操作指令。

3主变压器保护设计
（1）变压器主保护。

变压器的主保护一般配置为纵联差动保护，纵差保护可以根据变压器流入电流和流入电流的向量和来判断变压器的额工作运行状态。

需
要的电气参量信息只包括电流、与此同时，相比线路上的纵联差动保护，变压器
的磁路更为复杂，在电力系统的电压突然增大时，变压器的磁路中将产生衰减的
直流磁通，导致变压器的绕组中出现励磁涌流，引起纵联差动保护的误动作。

（2）变压器后备保护。

反映变压器相间短路的后备保护采用过电流保护，变压
器后备保护的主要功能包括：接地保护、零序过流保护、过负荷保护等等。

后备
保护的典型配置如图1所示。

图1 变压器后备保护配置
4继电保护运行的不同阶段
（1）正常供电运行。

正常的供电使在变电站运行过程中的基础，如果一个设
备不能正常工作，那么它的制造和生产将毫无意义，整个供电系统的正常运行包
括各个传感器的工作状态，以及各个仪器都处于正常的工作范围。

在这个阶段，
就会需要继电保护设备对电力系统的正常运行进行监控以保证其正常运行。

（2）供电故障。

电力系统是一个整体性的系统，一动则百动，所以对于在用电过程中
出现的问题必须要十分重视，否则它所带来的危害不可估量。

所以在出现用电故
障时，我们必须及时的切断用电，从而保证其他的电网正常运行。

（3）供电异常。

继电保护设备在用电系统出现故障就会发出相应的报警信号，此时我们应该
做出及时的处理进行维护，保证电力系统的正常运行。

这不仅能够使设备的损害
率降到最低，而且也是对相关人员的人身安全负责。

5电源系统配置
（1）交直流系统设计。

交流系统用电采用三相三线中性点接地系统，利用所
用变压器产生220V电压。

直流系统采用可充电蓄电池作为直流电源，为了直流
系统的稳定性，蓄电池选型为铅酸蓄电池，大小250AH，直流负载以2h事故作
为放电参考，变电站的通讯系统以4h事故作为放电参考。

直流系统具有接地故
障定位、集中监控、电池监控和绝缘状态监控等功能，而且使用一致的接口和综
自系统进行信息交流，实现远程监测。

（2）UPS电源系统设计。

UPS的电能来源
是220V直流母线、交流展，电能储备量为3kVA，在变电站断电的情况下，UPS
的主要供电设备包括：变电站计算机设备、火灾报警设备、故障录波设备。

6正常状态下的继电保护运行维护工作
智能变电站的继电保护运行及维护工作在正常状态下通常是通过对继电保护
系统的相关组成设备进行日常检测，保证网络线路以及二次回路在电力系统运行
过程中能够为智能变电站继电保护系统的正常运行提供基础性的建设。

除此之外，也可以通过对继电保护系统设置的警示灯进行日常检测，保证电闸在发生故障时
能够及时警告并对所有的电闸进行自动关闭，使智能变电站发生故障后对相应的
故障做出正确判断，帮助电力企业有效避免经济损失。

7四遥功能实现
110kV变电站的四遥功能由终端RTU实现，包括：遥测、遥信、遥控、遥调
4个方面。

遥测信息为远程测量，采集并传送运行参数，包括各种电气量（如线
路电压、电流、功率、负荷潮流等；遥信信息为远程信号，采集并传送各种保护
和开关量信息；遥控信息为远程控制，主要完成是分、合闸命令的接收执行，对
远程的一些设备进行远程控制；遥调信息为远程调节。

接受并执行遥调命令，对
远程的设备进行远程调试，如调节发电机的输出功率在遥测功能的实现中，测控
设备可以接收SV接口和交流插件所采集到的电气参量信息并采集的信息展开计算；遥信功能通过使用GOOSE接口对状态量进行收集，可以体现断路器的状态信息、刀闸的分合闸信息等；遥控功能的实现中，遥控命令的输出模式通常为GOOSE接口输出，按照操作目的的不同，可以分为选控和直控两种控制类型，前
者是主要针对刀闸、断路器的控制，后者主要是针对需要复归判断的电力器件进
行控制；遥调功能的输入使用的是GOOSE模拟量输入模式，可以再必要的情况下开启急停出口。

结束语
综上所述，随着智能化和科技化的进一步发展，智能变电站也在不断地向更
高方向迈进。

对智能变电的相关改革就显得尤其重要，因为智能变电站不仅需要
技术上的支持，更要有创新的思维和灵巧的头脑，所以对于智能变电站的改革存
在着一定的困难。

我们必须从自动化方面着手，对其构架和装置进行一定的改动，使智能变电站的水平有更一步的发展，使其得到更加广泛的应用。

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作者简介：
涂毓婧（1991-），女，汉族，福建厦门市人，硕士，助理工程师，主要从事
变电站设计等工作。