變電站繼電保護裝置失效后備措施研究

（內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司，內蒙古 托克托 010206）

引言

隨著科技的發展，電力的應用已經延展到了世界各地，電力從高電壓的傳輸區域運送到低電壓的居民家中就需要中途經過變電站來進行高電壓到低電壓的轉換，如果沒有變電站，我們就無法正常的用電。變電站的安全問題需要引起我們的重視，當變電站繼電保護裝置失效后，如果電力系統出現了問題，對變電站所管理的整個區域造成的影響和損失是無法估量的。

一、變電站繼電保護裝置失效后的嚴重性

變電站作為電力樞紐，在整個電力傳輸工程中占據了主導地位，在變電站電力系統出了問題的情況下，如果繼電保護裝置不能夠及時的向工作人員反應情況，很有可能造成電路癱瘓，影響電力傳輸，導致變電站傳輸區域電力受到影響，嚴重的可能會引起爆炸事故，造成大量的經濟和人員損失。

二、數字化變電站繼電保護裝置的應用

為了預防在變電站繼電保護裝置失效后可能會造成的巨大損失，我們可以將變電站升級，建立數字化電力系統，將變電站和繼電保護裝置整個編入程序設定，一旦系統發生故障，且繼電保護裝置沒有任何反應時，數字化電力系統程序就會自動生成錯誤報告，向工作人員發出警告?，F在針對數字化變電站繼電保護系統可能會出現問題的情況提出兩種后備措施。

1.保護單元失效的可靠措施

繼電保護裝置失效后，由于數字化程序的運行，變電站的每一層安全系統的變化都會反應到程序中去，程序會通過信息共享的方式，讓工作人員了解到問題的來源。

基于信息共享，在此提出利用共享后備單元SBPU來實現保護裝置失效的后備。SBPU是一種數字化程序，它能通過采取當前變電站的運行狀態信息和人工輸入的安全系數做出對比，如果發現有差異，就會立刻將信息反應給總部。

圖（1）是采用公共后備保護單元的系統結構圖。其中保護單元1～n是變電站自己所配置的保護單元，SBPU是共享后備保護單元。

圖（1）保護單元系統結構圖

如上圖所示，當各個保護單元都正常工作時，SBPU不會采取數據，但是如果發生了故障，當某個單元例如交換機或者合并器失效或者發生電路狀況時，由保護交換機連接著的SBPU就會檢測到該單元所發生的的傳輸數值的變化，并根據下載失效對象的保護定值來采集間隔的數據，自動承擔故障單元的保護工作，并將電路中失效部位的電流數據傳輸給總部。這樣既能做到保護了整個系統的不間斷性，又可以實時將出現的狀況返還給我們。這個方案的流程圖如下圖（2）所示：

圖（2）SBPU方案信號流切換流程

如圖所示，圖中DS表示檢測信號，ASS表示激活SBPU信號，AMS表示告知過程層設備信息換向信號，DLS表示為保護定值的下載信號，MS為測量信號。此方案的好處在于：

1.1 通過SBPU程序所形成的保護網，不必刻意的去對電力系統中每一個程序都嚴格的監控就可以實現保護裝置的作用，能提高保護系統的可靠性，加強保護能力，減少所耗費的能源，特別適合在中小型低壓電網未采用雙重化配置的情況。

1.2 變電站繼電保護裝置失效后，不用立刻去現場進行更換裝置，適合于無人監守的變電站。

1.3 程序中各個階段信號的傳播都采用光纖，不需要電纜的連接，工程容易簡單且成本較低。

2.數字互感器失效的可靠措施

數字化的互感器作為數字化變電站的主要特征，通過應用高科技的感應技術來對信息進行提取和分析，并以此來實現繼電保護裝置失效后所提供的后備SB,確保在變電器發生故障而繼電保護裝置沒有采取任何反應時可以第一時間將消息傳遞給總部。根據克西霍夫電流定律：

以圖（3）所示為例：

圖（3）系統網絡結構圖

在上述克西霍夫電流定律的公式中，i1為支路L1的電流，i2為支路L2的電流，i3為支路L3的電流。因此，不管任一電路發生電路短路或者電路短路故障，都可以通過電流的回量來計算總電流，從而判斷是否存在差錯。這樣同樣意味著，當某一條回路中互感器發生故障的時候，可以用其他回路的電流來間接獲取故障回路中的電流。避免電路短路，導致電壓過高，引發火災，爆炸等事故。

圖（4）是假如回路2發生故障，傳感器失效時，該回路數據可以從其他回路獲取信號的流程圖。

圖（4）SB方案信號流程圖

通過以上圖表，可以看出。如果間隔1的保護單元檢測出該回路中互感器發生故障或者產生異常情況時，則該間隔的保護單元就會立刻向間隔2和間隔3的合并器申請傳送線路L2和L3的電流，通過電流網絡獲得相關回路的電流采樣之后用于代替L1的電流。這時候，保護單元1仍然獲得了L1回路的電流數據，待數據傳輸回來，工作人員即可通過對數據進行分析和處理，對L2回路做出相應的應對措施和保護措施，數字傳感器的應用，也間接的保護了變電站的穩定工作。

綜上所述，這種利用數字化傳感器的方法不需要添加硬件裝備，僅僅依靠軟件所指定的程序，利用軟件功能的調用和信號傳遞方向的改變就可以將繼電保護裝置失效后備功能做到成功。

三、“第三道防線”的應用

繼電保護裝置所承載的繼電保護系統是包含斷路器、傳感器和繼電器以及相關的線路在內的電力系統的第二道防線，到目前為止，繼電器作為整個系統的重要組成部分，已經從傳統的工藝發展到現在的更為先進的功能。

繼電器的使用，給變電站在安全上和在效益上都創造了不小的成果，繼電器不但具有一種或多種原理的保護功能，而且還能夠對其它的硬件進行數據測量、監控、控制和通訊，是一種智能電子設備。

在20世紀80年代，我國為了防止大范圍的停電、電力系統崩潰事故，制定了《電力系統安全穩定守則》，該守則闡述了長時間的電力事故的發生機理和預防措施，規定了為了防止在繼電保護裝置失效后所造成的嚴重損失而應該采取的技術性方式?？偡Q為變電站保護的“第三道防線”。這是我國電力方面的學者和專家對我國電力技術領域所作出的重大貢獻，“第三道防線”的概念圖如下圖（5）所示：

該防線的建立主要意義是，在發生電力故障時，繼電保護裝置處于保護電力系統的最前沿，對發生故障的電路或者元件進行準確的控制甚至切除，并盡可能的保證對整條線路的供電，最大限度的防止系統因為某一個電路或者元件故障而造成的系統癱瘓，將系統擾動減小到最大程度，為實施以后的控制措施贏取時間和創造好的系統條件。

當繼電保護裝置失效時，整個保護系統便處于冷卻狀態，此時，便輪到第三道防線，校正控制，通過對繼電保護裝置中繼電器的監測可以了解繼電器中是否有電流通過，從而確定繼電器是否處于正常工作狀態，如果發現繼電器發生故障而停止運行，就會將實時情況返還給總部，工作人員即可以立刻進行修復工作，避免大型電力故障的發生。

圖（5）三道防線

四、結論

電力系統的癱瘓會對當地區域造成嚴重的經濟和效益上的損失，維持電力系統的安全是當前電力工作者和學者的基本任務也是主要任務，電力的傳輸和變電站的維修工作，都應該得到當前相關電力部門的重視，不可存在僥幸心理。繼電保護裝置失效后備措施的出現，在一定程度上避免了此類電力事故的發生，數字化變電站中保護單元和傳感器的應用以及第三道防線的建立都對我國電力安全工程有很大的影響，希望相關部門能夠對電力安全和繼電保護裝置失效后備措施重視起來，讓電力系統運行的更加安全。

[1]劉益青.智能變電站站域后備保護原理及實現技術研究[D].山東大學,2012-10-15.

[2]姜憲國.以變電站為基本單元的區域后備保護研究[D].華北電力大學,2013-06-01.

[3]王睿琛.繼電保護裝置失效特性及其可靠性評估研究[D].華北電力大學,2012-03-01.