关键词：220kV；变电站；继电保护；系统设计；

Abstract: 220kV transformer substation is the main substation system in China, and the relay protection system plays an important role in the protection and maintenance of the substation system. Taking 220kV Liutun-Tangkou substation of Jining as an example, this paper introduces the general design principles of relay protection configuration, designs the relay protection system from four aspects: line protection, bus protection, bus joint protection, fault recording and network message. The successful application of this case has important reference value for the design of similar systems.

Keywords: 220kV; Transformer substation; Relay protection; System design

  引言

220kV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^[1-2]。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]。

本文以济宁刘屯-唐口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  济宁刘屯-唐口变电站概况

如图1所示，济宁刘屯-唐口变电站位于济宁市任城区唐口工业园内，距离济宁市西南约15公里，唐口镇东南约3.2公里，刘屯村南约500米。主变压器规划容量为3×240MVA。220kV电气主接线规划为双母线接线，规划出线6回。110kV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、110kV中性点均按直接接地设计，35kV侧为非直接接地系统，主变压器35kV侧采用经消弧线圈接地方式。220kV和110kV配电装置均为户内GIS（Gas Insulated Substation）。

图1 刘屯-唐口变电站信息网络图

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GOOSE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、测控分开装置，110kV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

科澳电厂至刘屯-唐口、金威至刘屯-唐口线路，220kV金多至刘屯-唐口2回线路，刘屯-唐口站侧每回线路配置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。

金多至刘屯-唐口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。金威至刘屯-唐口线路、科澳电厂至刘屯-唐口线路2回线路主保护一均专用2M+2M方式；主保护二均采用2M+2M方式。

（2）110kV线路保护

110kV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110kV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

金多至刘屯-唐口站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。220kV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）110kV母线保护

刘屯-唐口站110kV主接线为双母线接线，远景共14个单元。110kV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、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）110kV母联保护

110kV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。110kV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110~750kV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GOOSE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；110kV故障录波器装置1台，组1面柜，安装于110kV配电装置室（二次设备室）。

（2）网络报文记录装置

刘屯-唐口站按照电压等级、网络配置网络报文记录装置，配置2台220kV网络报文记录装置、2台110kV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。

图2  SV报文和GOOSE报文网络示意图

5  总结

本文以济宁刘屯-唐口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110kV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工程有重要的参考价值。

参考文献：

[1] 郭勇. 220kV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.

[2] 张振中. 110kV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[J]. 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[J]. 电工电气,2017(12):37-41.

[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):97-102+108.

作者简介：
陈学利，男，汉族，大学本科，高级工程师。