文章编号：1004－289X （2011）06－0042－03
变电站继电保护装置组屏方式的研究
121
邵长娟，刘丛然，梁新兰
（1．中国石油天然气管道局天津设计院，天津3004572．中国石油天然气大港油田电力公司，天津
300280）
摘
要：变电站电力系统在运行过程中，可能出现各种故障和不正常运行状态。继电保护装置可以在故障发生时发出报警信号并控制断路器跳闸，隔离故障设备，避免事故扩大，对电力系统的正常运行起到至关重要的作用。
目前，国内变电站保护装置的组屏方式主要有分散式组屏、集中式组屏和分散集中相结合的三种组屏方式，各种组屏方式均有其优缺点。以新建变电站和变电站自动化改造工程为例，阐述了组屏方式在不同情况下的应用。关键词：电力系统；继电保护；组屏方式中图分类号：TM774文献标识码：B
Research on the Panel Mode of a Substation Relay Protection Device
SHAO Chang-juan 1，LIU Cong-ran 2，LIANG Xin-lan 1（1．Tianjin Design Institute ，China Petroleum Pipeline Bureau ，Tianjin 300457，China ；2．China Petrole-um Dagang Oilfield Power Company ，Tianjin 300280，China ）Abstract ：Faults and abnormal states may be produced during substation power system operation．A relay protection de-vice can signal an alarm and control the circuit breaker tripping when a fault occurs ，isolating faulty device and avoiding which play an important role in the normal operation of the power system．At present ，the panel the accident expansive ，
mode of substation relay protection device has three modes ：the distributed mode ，centralization mode and the combinative mode．All kinds of panel modes have their advantages and disadvantages．New substations and substation automation modification are used as the example to illustrate the application in different situations of the different panel mode．
Key words ：power system ；relay protection ；panel mode
而动作于断路器跳闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。它的基本任务是：自动、有选择性、快速地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件损坏程度尽可能降低，并保证该系统中非故障部分迅速恢复正常运行；反映电气元件的不正常运行状态，并依据运发出信号、减负行维护的具体条件和设备的承受能力，
荷或延时跳闸；和电力系统中其他自动化装置配合，在条件允许时采取预订措施，缩短事故停电时间，快速恢提供电力系统运行的可靠性复供电，
［2］
1前言
电力系统在运行过程中，可能出现各种故障和不
最常见的有各种类型的短路和输电线正常运行状态，
路断线等故障。其中以电力系统中发生短路故障时产
生的危害最大，包括：较大的短路电流流过故障点时产损坏或烧毁故障设备；短路电流流过正常设生电弧，备，产生发热破坏设备的绝缘性能或缩短设备的使用年限；使靠近故障点的部分地区电压值大幅下降，破坏用电设备的正常使用；破坏电力系统运行的稳定性，使使事故扩大，甚至导致整个电力系统的系统发生振荡，
［1］
瓦解。
电力系统继电保护装置就是装设在每一个电气设备上，用来反映它们发生的故障和不正常运行情况，从
。
2保护装置的组屏方式
110kV 及以上保护测控装置通常布置在控制室，
对于35kV 及10kV 保护测控装置可以采用分散布置也可以采用集中组屏方式
［3］
。采用分散式方式有利
于节省连接开关柜控制屏及控制室的各种电缆，减小控制室面积，从而节省了变电站综合造价，简化了施方便了维护，并且提高了变电站的可控性，可扩展工，
性和灵活性有了很大提高。消除了因设备之间错综复杂的二次电缆引线接错造成的故障。但对于变电站改造项目，由于改造过程中需要更换开关柜盘门，不利于集中改造，且停电时间较长。采用集中组屏解决了微机保护装置在恶劣环境下长期可靠运行问题，对于改造工程项目，可由于施工人员可以提前将保护屏接线、调试完毕，有利于减少停电时间。但每面控制屏的功能较集中，一旦发生故障，会有较大的影响，并且控制电缆使用较多。
另外，还有一种是分散式和集中式相结合的组屏每个电网元件为对象，集测量、保护、控制为一方式，
设计在一个机箱内，分散安装在开关柜上。由监控体，
主机通过网络对他们进行管理和交换信息。但主变压器保护装置仍集中组屏安装在控制室内，其优点是：
（1）10 35kV 馈线保护采用分散式结构，就地安装，节约控制电缆。通过现场总线与保护管理机交换信息。
（2）主变及户外设备的保护集中安装在控制室内，对其可靠性较为有利。
（3）减少电缆，减少占地面积。
（4）组态灵活，检修方便。
因而在选择组屏方式时要充分考虑变电站实际状况，从变电站整体出发，统一考虑保护、监测、控制、远动、直流和五防等功能，避免功能装置重复配置等弊
既要减少投资，又要有利于变电站运行管理和维病，
护，增加了变电站的可操控性、可扩展性和灵活性。
3. 1. 2组屏方式
基于对变电站内各种因素的综合考虑，本站选择
的是分散组屏与集中组屏相结合的方式，主变保护测35kV 保护测控装置分散安控装置在控制室集中组屏，
10kV 保护测控装置分散安装在35kV 高压开关柜上，
装在10kV 高压开关柜上。总控单元、公用测控单元
统一安装在综合测控盘上。3. 1. 3
保护配置（如表1所示）
表1
保护部分35kV 进线
变电站保护配置
保护配置
电流速断保护、三段定时限方向过电流保护
本体重瓦斯保护、有载重瓦斯保护、复纵联差动保护、
合电压闭锁三段过流保护、过负荷报警、本体轻瓦斯信号、有载轻瓦斯信号、压力释放跳闸信号、过载闭锁CT 断线闭锁比率差动保护并报警有载调压、
母线充电保护、过电流保护、检无压无流分段备自投电流速断保护、过电流保护母线充电保护、过电流保护、检无压无流分段备自投、PT 断线闭锁备自投并告警、手动跳闸或遥控跳闸闭锁备自投
差动速断保护、电流速断保护、过电流保护、低电压保护、接地保护、过热保护、启动时间过长和堵转保护电流速断保护、过电流保护、单相接地保护、过负荷报警、变压器超温信号告警
过电流保护、过电压保护、低电压限时电流速断保护、保护、零序电压保护
主变
35kV 分段10kV 进线10kV 分段
10kV 电动机10/0.4kV 站变10kV 电容器
3. 1. 4
主变保护部分
由于35kV 线路部分和10kV 出线部分的保护测控装置都在开关柜就地安装，分散组屏，连线相对简
单。而主变保护测控装置安装在控制室，集中组屏，保
所以在控制和保护护屏与开关柜之间电缆联系较多，
方面要有很好的配合。在此主要研究探讨主变保护部
分：
（1）在主变开关柜上有选择开关
一般在保护测控屏上装有就地/远方的选择开关。除主变外，其他保护设备分散安装，都可以在开关柜上实现手动分/合闸操作。为了在开关柜上也能实现对主变高压侧开关的控制，因此需在主变开关柜上安装
如图1所示。第选择开关。控制逻辑变得相对复杂，
一级就地/远方选择开关安装在开关柜上，就地指开关
柜上手动分/合闸，远方指保护测控屏遥控分/合闸；第二级就地/远方选择开关安装在保护测控屏，就地指保护屏上手动分/合闸，远方指保护装置遥控分/合闸。但保护跳闸不应通过任何一级选择开关。
（2）操作回路电源
3
3. 1
变电站继电保护实例
新建变电站变电站概况
3. 1. 1
3个井场、1某地下储气库工程包括1座集注站、
1座倒班公寓及配套站外系统。建设在储座分输站、
气库集注站内的35kV 变电站是该地下储气库的重要
配套电力设施。该变电站由2回35kV 电源供电，35kV 和10kV 侧均为单母线分段接线。35kV 变电站内设2台35/10kV主变，主变容量均为5000kVA 。变电站主变压器为油浸式三相双绕组有载调压变压器，35kV 开关柜为空气绝缘开关柜。10kV 开关柜为中置式手车开关柜。控制保护设备为微机保护和测控的综合自动化系统。
35kV 部分均为分散式组屏，由于除主变外，在
35kV 开关室和主控室都有操作回路电源KM 。
选择一：使用控制室电源
断路器的需将开关柜上的选择开关与控制开关、
合/分闸回路、断路器的跳闸位置与合闸位置接线至保护测控屏。若断路器本体不带防跳功能，须在保护测控屏上增加操作机构箱，增加断路器防跳回路，同时在操作箱内增加合/跳位继电器，用继电器常开触点来代替引自开关柜的断路器的跳闸位置与合闸位置
。
达到了预期的效果。户停电的时间，
4结论
本文以新建35kV 变电站和改造35kV 变电站为
例，分析了变电站继电保护装置组屏方式的选择。对于新建变电站，宜选择集中式与分散式相结合的组屏方式，既节省了空间和控制电缆，又增强了系统组态的灵活性；对于变电站改造项目，为了能够尽量缩短停电时间，减小停电对生产生活的影响，宜选择集中组屏。
参考文献
［1］刘学军．继电保护原理［M ］．2版．北京：中国电力出版社，2007．［2］张保会．电力系统继电保护［M ］．北京：中国电力出版社，2005．［3］汪小民，高新华．变电站分散式与集中式控制系统的比较［J ］．广1998，11（3）：23－25．东电力，
收稿日期：2011－05－04
作者简介：邵长娟（1980－），天津人，工程师，大学本科学历，研究方向：电气工程
及其自动化。
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
图1
主变断路器控制原理图
选择二：使用开关室电源
需将主变保护跳闸和保护测控屏操作部分接线至
主变开关柜，同时将断路器的跳闸位置与合闸位置接线至保护屏，在保护屏上用红/绿灯显示断路器状态。
此项目选择的是ABB 公司的VD4断路器，由于断路器自身具有防跳功能，所以不需要在保护屏上增加防跳回路。为了方便接线，选择的是使用开关室控制电源。
3. 2变电站自动化改造
某35kV 变电站坐落于大港油田港西地区，主变
6kV 侧采用和35kV 侧开关设备均为户外开关场布置，
6kV 无功补偿装置选用集中补偿。户内开关柜布置，
变电站内电磁型控保设备已运行17年，设备老化严重，需要对该站进行综合自动化改造。由于该站担负着大港油田港西地区的生产生活用电，是港西地区重要的供电电源，长时间的停电改造对该地区的生产生活会产生严重的影响。
为了既能完成对变电站的改造，又能尽量缩短停电时间，本站采取的是集中组屏方式。场区的35kV 6kV 出线保护测控线路和主变部分的保护测控装置、
PT 消谐、装置及电压并列、备自投装置等均在主控制室内集中组屏安装。改造工程在不停电的情况下完成
了保护屏的接线、调试等工作，减少了停电时的工作量，缩短了变电站综合自动化系统改造过程中导致用
（上接第41页）
致，且网侧电流波形的正弦度较好，网侧功率因数接近1，能量从电网传向负载。当PWM 整流器稳定运行在
网侧电流与电压相位相反，且网侧电有源逆变状态时，
流波形的正弦度较好，网侧功率因数接近－1，能量从
负载传向电网。
6结束语
三相电压源型PWM 整流器是目前电力电子领域中广泛研究的课题之一。采用电压空间矢量控制可使PWM 整流器具有输入电流正弦性好，高功率因数等特性。本文通过对电压源型PWM 整流器进行深入分析，提出数学模型并进行仿真分析，可以看出采用电压空间矢量控制实现电压源型PWM 整流器的可行性，为电压源型PWM 整流器的设计与使用提供了参考。由于仿真是在理想条件下进行，而实际上系统的情况较复杂，因此，工程参数通过调试应进一步修正。
参考文献
［1］武志贤，蔡丽娟，汤酉元．三相高功率因数整流器的研究现状及发
J ］．电气传动，2005．展［
［2］张崇巍，．北京：机械工业出版张兴．PWM 整流器及其控制［M ］2003．社，
［3］熊健，康勇，等．三相电压PWM 整流器控制技术研究［J ］．电力电
1999．子技术，
［4］李华德．交流调速控制系统［M ］．北京：电子工业出版社，2003．
收稿日期：2011－03－06
作者简介：耿洋（1983－），男，河南洛阳人，助理工程师，主要从事电气工程设计。
文章编号：1004－289X （2011）06－0042－03
变电站继电保护装置组屏方式的研究
121
邵长娟，刘丛然，梁新兰
（1．中国石油天然气管道局天津设计院，天津3004572．中国石油天然气大港油田电力公司，天津
300280）
摘
要：变电站电力系统在运行过程中，可能出现各种故障和不正常运行状态。继电保护装置可以在故障发生时发出报警信号并控制断路器跳闸，隔离故障设备，避免事故扩大，对电力系统的正常运行起到至关重要的作用。
目前，国内变电站保护装置的组屏方式主要有分散式组屏、集中式组屏和分散集中相结合的三种组屏方式，各种组屏方式均有其优缺点。以新建变电站和变电站自动化改造工程为例，阐述了组屏方式在不同情况下的应用。关键词：电力系统；继电保护；组屏方式中图分类号：TM774文献标识码：B
Research on the Panel Mode of a Substation Relay Protection Device
SHAO Chang-juan 1，LIU Cong-ran 2，LIANG Xin-lan 1（1．Tianjin Design Institute ，China Petroleum Pipeline Bureau ，Tianjin 300457，China ；2．China Petrole-um Dagang Oilfield Power Company ，Tianjin 300280，China ）Abstract ：Faults and abnormal states may be produced during substation power system operation．A relay protection de-vice can signal an alarm and control the circuit breaker tripping when a fault occurs ，isolating faulty device and avoiding which play an important role in the normal operation of the power system．At present ，the panel the accident expansive ，
mode of substation relay protection device has three modes ：the distributed mode ，centralization mode and the combinative mode．All kinds of panel modes have their advantages and disadvantages．New substations and substation automation modification are used as the example to illustrate the application in different situations of the different panel mode．
Key words ：power system ；relay protection ；panel mode
而动作于断路器跳闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。它的基本任务是：自动、有选择性、快速地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件损坏程度尽可能降低，并保证该系统中非故障部分迅速恢复正常运行；反映电气元件的不正常运行状态，并依据运发出信号、减负行维护的具体条件和设备的承受能力，
荷或延时跳闸；和电力系统中其他自动化装置配合，在条件允许时采取预订措施，缩短事故停电时间，快速恢提供电力系统运行的可靠性复供电，
［2］
1前言
电力系统在运行过程中，可能出现各种故障和不
最常见的有各种类型的短路和输电线正常运行状态，
路断线等故障。其中以电力系统中发生短路故障时产
生的危害最大，包括：较大的短路电流流过故障点时产损坏或烧毁故障设备；短路电流流过正常设生电弧，备，产生发热破坏设备的绝缘性能或缩短设备的使用年限；使靠近故障点的部分地区电压值大幅下降，破坏用电设备的正常使用；破坏电力系统运行的稳定性，使使事故扩大，甚至导致整个电力系统的系统发生振荡，
［1］
瓦解。
电力系统继电保护装置就是装设在每一个电气设备上，用来反映它们发生的故障和不正常运行情况，从
。
2保护装置的组屏方式
110kV 及以上保护测控装置通常布置在控制室，
对于35kV 及10kV 保护测控装置可以采用分散布置也可以采用集中组屏方式
［3］
。采用分散式方式有利
于节省连接开关柜控制屏及控制室的各种电缆，减小控制室面积，从而节省了变电站综合造价，简化了施方便了维护，并且提高了变电站的可控性，可扩展工，
性和灵活性有了很大提高。消除了因设备之间错综复杂的二次电缆引线接错造成的故障。但对于变电站改造项目，由于改造过程中需要更换开关柜盘门，不利于集中改造，且停电时间较长。采用集中组屏解决了微机保护装置在恶劣环境下长期可靠运行问题，对于改造工程项目，可由于施工人员可以提前将保护屏接线、调试完毕，有利于减少停电时间。但每面控制屏的功能较集中，一旦发生故障，会有较大的影响，并且控制电缆使用较多。
另外，还有一种是分散式和集中式相结合的组屏每个电网元件为对象，集测量、保护、控制为一方式，
设计在一个机箱内，分散安装在开关柜上。由监控体，
主机通过网络对他们进行管理和交换信息。但主变压器保护装置仍集中组屏安装在控制室内，其优点是：
（1）10 35kV 馈线保护采用分散式结构，就地安装，节约控制电缆。通过现场总线与保护管理机交换信息。
（2）主变及户外设备的保护集中安装在控制室内，对其可靠性较为有利。
（3）减少电缆，减少占地面积。
（4）组态灵活，检修方便。
因而在选择组屏方式时要充分考虑变电站实际状况，从变电站整体出发，统一考虑保护、监测、控制、远动、直流和五防等功能，避免功能装置重复配置等弊
既要减少投资，又要有利于变电站运行管理和维病，
护，增加了变电站的可操控性、可扩展性和灵活性。
3. 1. 2组屏方式
基于对变电站内各种因素的综合考虑，本站选择
的是分散组屏与集中组屏相结合的方式，主变保护测35kV 保护测控装置分散安控装置在控制室集中组屏，
10kV 保护测控装置分散安装在35kV 高压开关柜上，
装在10kV 高压开关柜上。总控单元、公用测控单元
统一安装在综合测控盘上。3. 1. 3
保护配置（如表1所示）
表1
保护部分35kV 进线
变电站保护配置
保护配置
电流速断保护、三段定时限方向过电流保护
本体重瓦斯保护、有载重瓦斯保护、复纵联差动保护、
合电压闭锁三段过流保护、过负荷报警、本体轻瓦斯信号、有载轻瓦斯信号、压力释放跳闸信号、过载闭锁CT 断线闭锁比率差动保护并报警有载调压、
母线充电保护、过电流保护、检无压无流分段备自投电流速断保护、过电流保护母线充电保护、过电流保护、检无压无流分段备自投、PT 断线闭锁备自投并告警、手动跳闸或遥控跳闸闭锁备自投
差动速断保护、电流速断保护、过电流保护、低电压保护、接地保护、过热保护、启动时间过长和堵转保护电流速断保护、过电流保护、单相接地保护、过负荷报警、变压器超温信号告警
过电流保护、过电压保护、低电压限时电流速断保护、保护、零序电压保护
主变
35kV 分段10kV 进线10kV 分段
10kV 电动机10/0.4kV 站变10kV 电容器
3. 1. 4
主变保护部分
由于35kV 线路部分和10kV 出线部分的保护测控装置都在开关柜就地安装，分散组屏，连线相对简
单。而主变保护测控装置安装在控制室，集中组屏，保
所以在控制和保护护屏与开关柜之间电缆联系较多，
方面要有很好的配合。在此主要研究探讨主变保护部
分：
（1）在主变开关柜上有选择开关
一般在保护测控屏上装有就地/远方的选择开关。除主变外，其他保护设备分散安装，都可以在开关柜上实现手动分/合闸操作。为了在开关柜上也能实现对主变高压侧开关的控制，因此需在主变开关柜上安装
如图1所示。第选择开关。控制逻辑变得相对复杂，
一级就地/远方选择开关安装在开关柜上，就地指开关
柜上手动分/合闸，远方指保护测控屏遥控分/合闸；第二级就地/远方选择开关安装在保护测控屏，就地指保护屏上手动分/合闸，远方指保护装置遥控分/合闸。但保护跳闸不应通过任何一级选择开关。
（2）操作回路电源
3
3. 1
变电站继电保护实例
新建变电站变电站概况
3. 1. 1
3个井场、1某地下储气库工程包括1座集注站、
1座倒班公寓及配套站外系统。建设在储座分输站、
气库集注站内的35kV 变电站是该地下储气库的重要
配套电力设施。该变电站由2回35kV 电源供电，35kV 和10kV 侧均为单母线分段接线。35kV 变电站内设2台35/10kV主变，主变容量均为5000kVA 。变电站主变压器为油浸式三相双绕组有载调压变压器，35kV 开关柜为空气绝缘开关柜。10kV 开关柜为中置式手车开关柜。控制保护设备为微机保护和测控的综合自动化系统。
35kV 部分均为分散式组屏，由于除主变外，在
35kV 开关室和主控室都有操作回路电源KM 。
选择一：使用控制室电源
断路器的需将开关柜上的选择开关与控制开关、
合/分闸回路、断路器的跳闸位置与合闸位置接线至保护测控屏。若断路器本体不带防跳功能，须在保护测控屏上增加操作机构箱，增加断路器防跳回路，同时在操作箱内增加合/跳位继电器，用继电器常开触点来代替引自开关柜的断路器的跳闸位置与合闸位置
。
达到了预期的效果。户停电的时间，
4结论
本文以新建35kV 变电站和改造35kV 变电站为
例，分析了变电站继电保护装置组屏方式的选择。对于新建变电站，宜选择集中式与分散式相结合的组屏方式，既节省了空间和控制电缆，又增强了系统组态的灵活性；对于变电站改造项目，为了能够尽量缩短停电时间，减小停电对生产生活的影响，宜选择集中组屏。
参考文献
［1］刘学军．继电保护原理［M ］．2版．北京：中国电力出版社，2007．［2］张保会．电力系统继电保护［M ］．北京：中国电力出版社，2005．［3］汪小民，高新华．变电站分散式与集中式控制系统的比较［J ］．广1998，11（3）：23－25．东电力，
收稿日期：2011－05－04
作者简介：邵长娟（1980－），天津人，工程师，大学本科学历，研究方向：电气工程
及其自动化。
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
图1
主变断路器控制原理图
选择二：使用开关室电源
需将主变保护跳闸和保护测控屏操作部分接线至
主变开关柜，同时将断路器的跳闸位置与合闸位置接线至保护屏，在保护屏上用红/绿灯显示断路器状态。
此项目选择的是ABB 公司的VD4断路器，由于断路器自身具有防跳功能，所以不需要在保护屏上增加防跳回路。为了方便接线，选择的是使用开关室控制电源。
3. 2变电站自动化改造
某35kV 变电站坐落于大港油田港西地区，主变
6kV 侧采用和35kV 侧开关设备均为户外开关场布置，
6kV 无功补偿装置选用集中补偿。户内开关柜布置，
变电站内电磁型控保设备已运行17年，设备老化严重，需要对该站进行综合自动化改造。由于该站担负着大港油田港西地区的生产生活用电，是港西地区重要的供电电源，长时间的停电改造对该地区的生产生活会产生严重的影响。
为了既能完成对变电站的改造，又能尽量缩短停电时间，本站采取的是集中组屏方式。场区的35kV 6kV 出线保护测控线路和主变部分的保护测控装置、
PT 消谐、装置及电压并列、备自投装置等均在主控制室内集中组屏安装。改造工程在不停电的情况下完成
了保护屏的接线、调试等工作，减少了停电时的工作量，缩短了变电站综合自动化系统改造过程中导致用
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致，且网侧电流波形的正弦度较好，网侧功率因数接近1，能量从电网传向负载。当PWM 整流器稳定运行在
网侧电流与电压相位相反，且网侧电有源逆变状态时，
流波形的正弦度较好，网侧功率因数接近－1，能量从
负载传向电网。
6结束语
三相电压源型PWM 整流器是目前电力电子领域中广泛研究的课题之一。采用电压空间矢量控制可使PWM 整流器具有输入电流正弦性好，高功率因数等特性。本文通过对电压源型PWM 整流器进行深入分析，提出数学模型并进行仿真分析，可以看出采用电压空间矢量控制实现电压源型PWM 整流器的可行性，为电压源型PWM 整流器的设计与使用提供了参考。由于仿真是在理想条件下进行，而实际上系统的情况较复杂，因此，工程参数通过调试应进一步修正。
参考文献
［1］武志贤，蔡丽娟，汤酉元．三相高功率因数整流器的研究现状及发
J ］．电气传动，2005．展［
［2］张崇巍，．北京：机械工业出版张兴．PWM 整流器及其控制［M ］2003．社，
［3］熊健，康勇，等．三相电压PWM 整流器控制技术研究［J ］．电力电
1999．子技术，
［4］李华德．交流调速控制系统［M ］．北京：电子工业出版社，2003．
收稿日期：2011－03－06
作者简介：耿洋（1983－），男，河南洛阳人，助理工程师，主要从事电气工程设计。