变电站继电保护探讨

变电站继电保护探讨
摘?要本篇文章简述了我国电力系统中的继电保护发展的历程，并且针对电力系统的继电保护特点，并结合我国的变配电所（站）里应用比较广泛的继电产品与工程实例，笔者从电力设计的角度，把保护系统分成间隔层面，网络层面，操作层面三个方面来分析，并且分别介绍了它们的特点及其之间的联系，最后通过工程的实例阐述了继电保护中综合自动化系统的构成部分。

关键词继电保护；变电所（站）；设计的原则
中图分类号 tm 文献标识码 a 文章编号
1673-9671-(2012)052-0180-02
1 电力系统中变电站继电保护的发展历程
电力系统的继电保护包含以下两个部分，一个是继电保护的技术，另一个是继电保护的装置。

继电保护的技术是一个非常完整的体系，它包括了电力系统的故障分析、各个继电保护的原理及其实现的方法、继电保护设计、继电保护的运行及其维护等等各项技术。

电力系统中的二次设备是对电力系统中的一次设备运行状态进行
监测、控制及保护的设备。

电力系统里的一次设备包含了变压器、发电机、母线、刀闸、断路器、交流输电线路、并联补偿电容器、电动机和其它的用电设备等。

继电保护的技术经历了一个十分长久的发展历程，首先是出现了反应的电流超过一个预定数值的过电流的保护。

熔断器就是最早，
也是最简单的过电流的保护。

后来由于现代电力系统的发展，熔断器早已不能够满足系统对选择性能和快速性能的要求，所以出现了作用在专门断流装置和断路器的过电流的继电器。

在1890年，出现了第一个装于断路器上的直接反应的一次短路电流的电磁类型
的过电流继电器。

到了20世纪初，随着电力系统的不断发展，继电器开始广泛应用在电力系统的保护中。

在这个时期可以认为是我国继电保护技术的发展开端。

在1908年，人们提出了一种比较被保护元件的两端电流的电流差动保护原理。

到了1910年，方向性的电流保护开始了广泛应用，并且，在此时期也出现了把电流和电压进行比较的新型的保护原理。

到了1927年的前后，世界上出现了使用高压输电线上的高频载波电流来传送及比较输电线两端功
率的方向或者电流的相位的高频的保护装置。

到了20世纪50年代，微波的中继通讯开始广泛应用于电力系统中，从而出现了使用微波传送及比较输电线的两端故障电气量微波的保护。

到了1975年前后分别诞生了行波的保护装置。

现代的继电保护技术已发展得相当地优越。

继电保护结构型式也开始发生了多次变化，从机电式设备发展到了整流式设备，从晶体管式设备到集成电路式设备到微机式控制设备。

根据不同的系统运行的条件，电力系统运行状态可以分成正常的状态、不正常的状态和故障的状态。

在其中，不正常的运行状态表现在：过负荷时，系统中会出现有功不足从而引起了额定频率的减
低；发电机会突然甩负荷以至于发电机频率的升高；中性点不接地的系统和非有效的接地系统中单相接地会引起非接地相的对地电压的升高，造成系统发生振荡。

故障的状态主要表现在：各种形式的线路短路；断线的故障或其他几种故障会同时发生的复合型故障。

继电保护的装置是电力系统自动化中设备的基础，它是保证电网的安全及其自动运行的重要的设备，新型继电保护装置工作的原理是反应电力系统中，电气设备发生了故障或者不正常的运行状态，并及时动作于断路器，并且跳闸或者发出信号的一种新型的自动的装置。

所以，继电保护装置也是完成继电保护功能的一个核心的部分。

2 现代化的继电保护的构成及其装置特点
在我国，现代化网络保护划分为现场间隔层面的装置、中间网络通信层面和后台操作层面三个部分。

1）现场间隔层面的装置是用来保护一次的电力设备，它们有被控的对象，对主变压器、发电机、输电线路、并联电容器等等一次的设备，在不同的电压等级下，不同的运行方式是由于电力的一次设备电磁反应特性不相同，系统经历的暂态不相同，所以选用保护装置也应该不同。

现代的电力保护实现方式与以前已经大不相同。

各个厂家对于系统运行的不同的情形，都分别推出了系列化产品，各个系列的产品又分成几种功能特定的装置。

比如在35kv的变电站主变压器保护中，既有专门的提供差动保护装置，也专门提供后
备保护装置，还专门地提供非电量保护装置，和集三相电压、三相电流、温度、瓦斯保护于一体的装置。

2）网络层面是由硬件上的网线、网络的接口、中继器等设备构成，它们在通信软件的支持下，根据通信协议要求来进行数据端的对端或者进行广播式的发送和接收，并且能够自动实现数据的校验和进行一定水平的自动纠正错误。

实际上，在运行的网络中一般都会采用双网的结构，来增加平衡网络负载的性能。

扰动的数据进行传输时，这项功能会更好地保护系统的实时性能，还可以同时支持iec8701-52-1021/1033、dl4531-1992（国标cdt）、n3f-poling等许多其他种标准通信的规定，更加方便地进行不同网间的互相连接。

配合新型网络的通信服务器，可以更加方便地和同构/ 异构网进行连接，来构成一个县、市、省甚至更大电力系统保护的调度之间的互联网。

3）操作层面是操作人员与保护系统交互的地方，它是用来提供良好观察的控制界面，提供预警、规约的转换、事故的存储追忆（故障的录波）和对远方的电力设备进行控制和调节（“三遥”）的功能。

在配上后台的控制软件后，还可以组成综合的自动化系统，来实现运行日志的管理、报表的管理、图形的显示、图像的监测等其他功能。

它的核心则是一个可以实时刷新共享的数据库，软件的系统，它基于windows nt操作层的应用软件，即普遍采用的组态软件，比如kingview软件、ps6001软件、quick control软件等等，它
可以实现的继电保护装置的电脑界面也会更加的人性化。

电力系统保护的系统在本质上是dcs 的系统，它具有dcs 系统的所以特点：比如采用分散的控制、集中的操作、分级的管理与控制和综合的协调等等设计原则，它把将整个系统从上到下分为若干个等级，从而形成了分布式控制。

根据各层不同的关系，保护控制信息上网，不改变继电保护装置的独立性，保护装置还有专用输入的回路和操作输出的回路，间隔层面的保护装置也不会依赖网络完成故障的判别和故障的处理。

保护信息上网大大增强了系统的诊断功能，提高了继电保护安全性和可靠性。

为系统的进一步扩展奠定了重要的基础。

4）继电保护装置构成的特点对于实际的应用的有一定的影响，它和以前继电保护的装置相比较，综合的自动化系统功能更加强大，操作调试方法更加方便。

设计时要根据相应的要求配置该保护的系统，可以更加方便地组合不同拓展系统的功能，进而缩短产品开发的周期。

比如pst641模块和pst642模块，它们构成了以电流的差动为主，以三段式的过流、低电压、低周期为后备保护主变压器保护，根据定值设好系统相关参数就可以投入运行；通过加入一个变压器保护的装置pst646就可以在系统中加入的变压器瓦斯、温升等其他非电量的保护。

间隔层面的控制装置的性能稳定并且本身就是基于微处理的控制系统，它在运行时会根据出现提示的信息来快速地定位故障点。

在江西的江铃全顺车厂的2号配电间就遇到
过这样的故障：在线路保护装置上出现了“控制回路发生断线”信号，首先检查了控制回路中的外部引入节点是否正常工作，而不是先怀疑装置的内部出现问题，检查之后发现了真空断路器合闸位置的结点和分闸位置的结点是断开的，但机械指示当时的断路器回路却是分开的，因此可以进一步地判断分闸的位置辅助结点是不正常的。

3 继电保护设计的原则
在满足继电保护特性的要求前提下，我们设计的二次系统应该有合理的、简单的、经济的特点，不要过多的冗余的功能和一味地追求高指标。

由于在拒动时系统有后备保护，设备的冗余过多反而会增加二次设备误动的可能性。

对35kv及以上的主变保护的测控柜则要有差动的速断保护、三段式的复合电压闭锁过流保护和非电量的保护，所以选用它作为主保护的pst643，后备保护的pst645 以及电量保护的pst646；对35kv及以上的进线的线路保护及10kv的出线的线路保护则用
psl642，来提供三段式的相间电流的保护、零序的电流保护及同期的投切等其他功能；对10kv的电容器保护则要有过电流的保护、过电压的保护、欠压的保护和不平衡的保护，所以选用psc643，把它用于中性点经过消弧线圈接地或者不接地的中低压系统中，并装设并联电容器的保护测控装置，就可以在开关柜进行就地安装。

在此选用per652 而不是用per651，其中最重要的原因就是采集的对
象包括了35 kv及以上的线路（2条），10 kv及以上的线路（10条）的模拟量，数字量及脉冲量。

4 结束语
如今，现代化的电力系统继电保护在快速发展，不管在硬件、软件等方面都十分迅速。

在当今的系统实现上也和以前十分相同，继电保护发展的速度越来越快、集成化的程度也越来越高、功能也是越来越强。

随着软、硬件及网络通信技术等各方面的快速发展，以后的继电保护装置的性能一定会达到一个新的水平。

南京的新宁公司现在已经推出了集成光电的pt和ct，它们能够用在数据的服务器或者与传统的保护装置配合使用，这同时也预示着集和保护系统、控制系统、测量系统和数据通信系统于一体的新型继电保护装置的开始。

参考文献
[1]成花丽.浅谈继电保护在变电站中的应用及特点[j].1996.。