【摘要】電力作為當今社會的主要能源，對國民經濟的發展和人民生活水平的提高特別是對廣播電視的安全播出起著極其重要的作用。繼電保護對電力系統的安全有效運行影響重大,要確實保證電力系統的正常使用,就要在保護措施上做好工作,而繼電保護是其中最主要,最有效的方式。因此,為保障天津廣播電視塔電力系統的安全運行,必須對繼電保護有一定的了解,才能有效使用。本文將對天津廣播電視塔繼電保護系統的構成、功能、保護和測控內容進行了分析。
【關鍵詞】 電力系統 繼電保護 保護裝置及技術
一．前言
隨著電力系統的高速發展和計算機技術、通訊技術的進步，繼電保護向著計算機化，網絡化，保護、測量、控制、數據通信一體化和人工智能方向進一步快速發展，與此同時越來越多的新技術、新理念將應用于繼電保護領域，達到提高供電可靠性的目的，保障電網安全穩定運行。
天津廣播電視塔10KV變電站繼電保護系統采用先進、可靠的技術以及成熟的產品實現對電力系統的全面監控。整個系統采用分層、分布式，由站控層、通訊層和現地采集層構成。現地層采集保護系統采用總線型工業現場網，網絡具有良好的可靠性與實時性。10kV系統的現地層各采集保護裝置選用綜合保護測控裝置，與開關廠一次設備直接連接，分散安裝,對相關一次設備進行保護、測量和控制，對采集的信息進行處理上傳，在中央控制失效的情況下仍能夠獨立完成保護、測量和控制功能；380V系統的現地層各采集單元分散安裝于低壓開關柜內,采用屏蔽雙絞線集成上傳至主控室,實現對各進出線回路的遙信、遙測功能。站控層監控系統包括通訊管理機、監控主機、顯示器、UPS、打印機等，集中安裝于主控室內，實時與現地控制層進行信息交換，完成集控中心的“四遙”功能，構成天津廣播電視塔10KV變電站綜合自動化系統，同時通過modbus通訊規約能與第三方設備連接，進行信息交換。
二．天津廣播電視塔繼電保護系統的構成
天津廣播電視塔繼電保護系統分散安裝在開關柜內，保護通過屏蔽雙絞通訊線與主控制室的通訊管理機相聯，再上傳至站控層監控主機系統，從而構成繼電保護自動化系統。（見天津廣播電視塔電力監控拓撲圖）
天津廣播電視塔電力監控拓撲圖
繼電保護系統均為數字式集保護、測量、控制、通訊為一體的保護系統。繼電保護系統CPU采用32位高性能DSP數字信號處理器；采樣系統為（14位A/D），采樣速率為64點。繼電保護系統開關量輸入、輸出接點數量配置保證滿足工程實際需要，裝置具有不少于12路開關量輸入和7路繼電器接點輸出。開關輸入量、輸出量可以根據用戶要求自行在線編輯定義名稱。輸入、輸出可以進行邏輯編程（現場操作）以解決工藝聯鎖需要，可編邏輯輸出不少于4組。輸出信號可以延時，延時時間可整定。輸出可整定為脈沖或電平輸出，脈沖輸出時脈寬可整定。
三、天津廣播電視塔繼電保護系統的功能：
天津廣播電視塔繼電保護系統除具有繼電保護功能外，還具有測量、遠程操作控制、就地操作控制、聯鎖、連續自監視等功能。可測量三相電流、零序電流、三相電壓、零序電壓；計算有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、頻率、功率因數；諧波分析，能對每個采集的電流或電壓進行2～17次的諧波含量進行分析，并將以上數據上傳至微機監控系統。
天津廣播電視塔繼電保護系統具有故障錄波功能，記錄故障啟動前4個周波和啟動后100個周波的采集數據，故障錄波數據能掉電保存。繼電保護系統具有故障記錄及開關事故跳閘次數統計等多種功能，裝置可掉電保存以下每種報告和記錄不少于1000條，包括：故障動作記錄、裝置告警報告、SOE報告、操作記錄、斷路器動作次數等。
天津廣播電視塔繼電保護系統的保護功能不依賴于監控系統，所有保護和安全自動裝置的定值可獨立整定，斷路器設有就地/遠方操作，并相互閉鎖。保護具有自檢功能，當繼電保護裝置出現元件故障或損壞時，保護出口被閉鎖，并不會引起誤動，同時繼電保護系統發告警信號，繼電保護均設置電氣防跳功能。當繼電保護測控裝置的內部電源消失時能發出硬接點報警信號。繼電保護系統當PT回路發生短路或斷線時，閉鎖相關保護并發告警信號。
四、天津廣播電視塔繼電保護系統在10kv配電柜中的保護和測控內容：
（1）10kV進線柜繼電保護系統：
保護：三段定時限過電流保護（可受方向和復壓閉鎖）；過流后加速保護；充電保護；過負荷保護、過負荷報警；低壓保護、過壓保護；零序過流保護；低壓側零序過流保護、零序后加速保護；4路非電量控制（連跳1、2、3、4）
測量：三相相電壓、三相線電壓、零序電壓、同期電壓；三相電流，零序電流；有功、無功，零序有功、零序無功，功率因數；頻率；有功電度、無功電度；溫度。
（2）10kV變壓器饋線柜繼電保護系統：
保護：三段定時限過電流保護（可受方向和復壓閉鎖）；過流后加速保護；充電保護；過負荷保護、過負荷報警；低壓保護、過壓保護；零序過流保護；低壓側零序過流保護、零序后加速保護；5路非電量保護（瓦斯、溫度等）；4路非電量控制（連跳1、2、3、4）
測量：三相相電壓、三相線電壓、零序電壓、同期電壓；三相電流，零序電流；有功、無功，零序有功、零序無功，功率因數；頻率；有功電度、無功電度；溫度。
（3）10kV母聯柜綜合保護裝置基本功能：保護測控裝置
保護：三段定時限過電流保護（可受方向和復壓閉鎖）；過流后加速保護；過負荷保護；過負荷報警；合環保護；備自投；合閘可檢同期、檢無壓或不檢；三段零序過流保護；零序后加速；零序過流告警；PT斷線、CT斷線、控制回路斷線、裝置失電告警；4路非電量保護（聯跳1、2、3、4）；故障、告警、閉鎖等事件記錄；支持硬壓板投退并可靈活整定；2套保護定值及保護投退；故障錄波。
測量：1母三相線電壓、2母三相線電壓、進線1電壓、進線2電壓；三相電流、零序電流、進線1電流、進線2電流；功率因數、有功功率、無功功率；頻率；有功電度、無功電度。
五、天津廣播電視塔變電站監控系統
1.變電站監控系統構成
10KV變電站自動化系統由站控層、通訊層及現地層構成。
現地層由綜合保護裝置、低壓測控裝置構成。綜合保護裝置對10kV高壓系統的進線、變壓器、母聯實現測量、控制及保護功能。現地層的高壓保護裝置通過現場總線接入中間通訊層的通訊管理機，接入站控層主機。低壓儀表集成后通過通訊管理機上傳到后臺主機。
中間通訊層由設于監控室的通訊管理機組成。主要作用是將各種裝置和設備通過現場總線技術有機地連接，實現對現場監控層采集數據的接受和上傳及管理層命令的下達。
站控層主要作用是把中間通訊層采集到的數據通過人機界面方式顯示給用戶，同時發布命令給現場監控層，通過監控軟件實現“遙信”、“遙測”、“遙控”、“遙調”。
2.天津廣播電視塔變電站監控系統的主要功能和技術指標
（1）監控系統主要功能
數據采集功能
各回路斷路器的狀態信號，各回路保護的信號，各回路的電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、功率因數等。
顯示功能
能實時顯示所檢測的各種參數、供電系統圖等。
控制功能
通過鍵盤或鼠標對高低壓配電裝置的所有斷路器進行控制。
故障診斷和故障錄波
當發生故障時，能迅速診斷出故障回路，發出報警，并且指出故障線路、開關跳閘順序，以及故障前后各出線電流、電壓的波形變化，可錄波時間不少于10s。
保護配置與定值管理
可以就地/遠方投退任何保護功能，可以就地/遠方設定/修改保護定值。
歷史曲線顯示
可顯示存于歷史數據庫中的任意模擬量、電度量以及母線電壓任意時間的歷史波形圖。
歷史數據存儲
系統主站設有歷史數據庫，保留全部監測量，一月內720小時、一月內每日和一年內每月的統計數據，以及重要事故、操作記錄保存的時間，各歷史數據及在線查詢、顯示，保存時間可在線修改。
報警信號功能
當供電系統出現故障時，能及時給出聲光信號，并能在HMI上顯示故障的類別。
打印功能
對電能消耗進行累積計算，并按日、月、季、年打印報表及電力負荷曲線等。
操作閉鎖
具有操作權限等級管理，當輸入正確操作口令和監控口令及正確的開關編號后才有權進行操作控制、參數修改，并將信息給予記錄。
與其它系統的通訊功能
微機監控系統通過modbus通訊規約能與第三方設備進行通訊。
（2）后臺監控系統技術指標
為使天津廣播電視塔電力系統安全可靠運行，保證廣播電視安全播出，設計出監控系統具體技術指標要求。
工作條件：
額定交流電壓：380/220V
額定頻率：50Hz
系統主要電氣特性：
計算機監控系統具有電源設備、數據和控制接口設備、通信接口設備、人機接口設備等均滿足一般電氣性能要求；
交流回路外部端子對地絕緣電阻不小于10MΩ，不接地直流回路對地絕緣電阻不小于1MΩ；
系統設備引起的噪音小于60db；
系統滿足IEC255-22-3-1989中III級試驗嚴酷等級下測試合格；
系統滿足IEC255-22-4-1992中IV級試驗嚴酷等級下測試合格。
系統I/O特性：
遙測信息響應時間≤3s
遙信信息響應時間≤2s
控制命令從生成到輸出時間≤1s
畫面實時數據更新周期開關量時間≤2s
畫面實時數據更新周期模擬量時間≤3s
畫面實時調用響應時間≤1s
調用新畫面響應時間≤2s
事件記錄分辨率≤1ms
電網頻率測量誤差≤0.01HZ
系統數據庫容量≥5000點
電度量累計時間1min可調
時鐘同步精度±1ms
可靠性要求：
計算機監控系統的平均無故障時間≥30000h
間隔級測控單元平均無故障間隔時間≥50000h
雙機可用率≥99.98%
網絡平均負荷率(正常狀態下5分鐘內)≤15%
正常狀態主機CPU平均負荷率≤30%
事故狀態主機CPU平均負荷率≤50%
正常狀態工作站和處理機CPU平均負荷率(30分鐘內)≤15%
事故狀態工作站和處理機CPU平均負荷率≤30%
報警或事件發生到畫面字符顯示和發出音響的時間≤2s
事故追憶：事故前\事故后楨數1-10楨可調
控制操作正確動作率100%
遙測處理合格率100%
遙信處理合格率100%
遙控執行合格率100%
綜合測量誤差≤0.5%
模擬量在數據庫中的更新時間≤1.5秒
開關量在數據庫中的更新時間≤1秒
事件順序分辨率≤1毫秒
具有抗電磁干擾、適應惡劣運行環境的能力，符合IEC標準系統中任何設備的單個元件故障不會造成系統外部設備誤動作。
六、結論與認識
繼電保護對我國電力系統的安全運行,起著不可替代的作用,在我國經濟持續發展,對電力要求不斷增大的情況下,要做好繼電保護工作,就要從各方面對繼電保護的基本任務和意義,以及起保護作用的繼電保護裝置有深刻的了解,并要及時掌握未來技術發展的方向。