220kV变电站的继电保护系统设计（附220kV智能变电站继电保护及自动化系统设计要点汇编）

220kV变电站是我国的主要变电系统，而继电保护系统对变电系统的保护和维护起着至

关重要的作用。本文220kV变电站为例，介绍继电保护配置的通用设计原则，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设计继电器保护系统。该案例的成

功应用对同类系统设计有着重要参考价值。

1'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，无法起到保犷故障

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、变电站概况

如图1所示，变电站位于。主变压器规划容量为3X240MVA。220kV电气主接线规划

为双母线接线，规划出线6回。llOkV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.HOkV中性点均按宜接接

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llOkV配电装置均为户内GIS(GaslnsulatcdSubstation)o

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图I变电站信息网络图

3、继电保护装置设L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）两套保护的跳间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）双重化的两套俣护及其相关设备（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，UOkV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

电厂至线路，220kV金多至2回线路，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

序后备保护及里合闸，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。

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。金威至线路、科澳电厂至线路2回线路士保护一均专用2M+2M

方式；主保护二均采用2M+2M方式。

（2）llOkV线路保护

UOkV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。保于装置就地下放布置「llOkV线路

智能控制柜。

线路保护直接采样、直接跳闸。跨间隔信息（启动用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。母线电压切换由合井单元实现，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

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）UOkV母线保护

站UOkV主接线为双母线接线，远景共14个单元。UOkV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,呆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，母线保护所需开入景(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。

43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)UOkV母联保护

HOkV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。UOkV

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•110〜75OKV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I面柜，安装于二次设备室；UOkV故隙录波器装置1台，组1面柜，安装

于UOkV配电装置室(二次设备室)。

(2)网络报文记录装置

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UOkV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。

安装于一次设备空。

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。

5、总结

本文以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UOkV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。

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220kV智能变电站的继电保护及自动化系统设计

©00

MMS/GOOSE

站控层双网

100M

Qx,保护/测控保护调控

7J装置装置

过程层双

星形网1G光纤SV/G00SE

图1智能变电站系统示意图

[摘要]随着我国电力行业的不断进步，智能变电站的发展越来越成熟。为了实现电

力工程发展的优化，对变电站的继电保护以及自动化系统设计进行不断地研究与探讨。主要

介绍220kV智能变电站的相关情况，以具体某工程作为主要分析对象，先对220kV智能变

电站进行简要概述，然后分别就变电站的继电保护以及自动化系统设计进行重点分析，提出

相关的建议。

[关键词]220kV;智能变电站;继电保护洎动化系统;设计

[Abstract]WiththecoiitinuousprogressofChina'spowerindustry,thedevelopmentof

intelligentsubstationismoreandmoremature.Inordertooptimizethedevelopmentofpower

engineering,therelayprotectionandautomationsystemdesignofsubstationarestudiedand

discussed.Thispapermainlyintroducestherelevantsituationof220kVintelligentsubstation*

takingaspecificprojectasthemainanalysisobject,firstgivesabriefoverviewof220kV

intelligentsubstation.Thentherelayprotectionandautomationsystemdesignofthesubstation

areanalyzed,andtherelevantpracticaldevelopmentsuggestionsareputforward.

[Keywords]220kV;intelligentsubstation;relayprotection;automationsystem;design

电力工程在不断发展过程中，由于社会先进技术的影响，工程的发展越来越重视技术设

备的使用率。技术使用率的提高，很大程度上可以提高电力工程的效率，使得电力行业更加

现代化。在科技的推动下，电力系统需要进行与社会发展相一致的智能创新，从而推动电力

行业的智能发展。智能变电站的重要发展，也促使了很多电力企业对于该发展的相关内容进

行研究与探讨，以求得到一种合理且有效的发展模式与工程设计，促进变电站的智能化。本

文对智能变电站创新发展的相关探讨中，主要是以某一地区的变电站智能化为例，指出220

kV智能变电站的发展情况。该变电站的改进分析过程，同样可以适用于其他的智能变电站，

因此其方法具有普遍性。

1220kV智能变电站为概述

智能化的变电站，需要有较好的继电保护以及自动化系统设计，才能保障变电站的发电

安全以及智能化的实现。智能变电站的发展不断应用于很多电力企业，作为重要的变电站改

进措施，智能化发展为变电站提供了二次发展的机会，促进变电站工程效率的提高，实现更

好的自动化发展。变电站智能化具有很重要的发展意义，电力工程的发展中先进技术使用率

提高，除了可以促进工程效率以外，还可以更好地适应社会科技对行业发展的要求。工程发

展方向与社会大环境发展趋势一致，有利于行业的可持续发展。

智能变电站的发展具有一定的普遍性，因此本文对于电力工程的叙述，主要以某地区的

智能变电站为主要介绍对象，从而引出各智能变电站的发展方式。智能变电站主要有220kV

和66kV两个电压等级，某地区的220kV智能变电站原有3台容量为180MVA的主变，如

今的改进需要增加到4室，并且规定每一台的容量至少为240MVAo该地区的发展主要是

进行220kV智能变电站的改进与完善，提高其智能化程度，更好地实现自动化管理与运作。

在该地区进行智能变电站完善的过程中，对变电站的工程情况进行合理分析及规划，提前对

变电站的改进提出相应的措施，进行合理设计。其中关系到很多技术设备的应用，包括自动

化机器设备、计算机通信技术与网络等。该地区的变电站完善中，主要是关注前期的设计、

中期的监测以及后期的信息传输，与原电力工程发展不同的是，在每个阶段都需要关注技术

的投入，建立强有力的自动化系统对各方面进行自动检测与管控。这种分阶段共同发展的模

式,可以在各方面对变电站的智能化进行完善，以达到高效的继电保护以及自动化系统设计。

可以说，某地区的智能化变电站相关情况与改进行为，对于其他变电站的智能化而言，存在

着一定的适用性。示意图见图1。

2变电站的继电保护

在变电站的智能化发展中，不可忽视的方面就是变电站的继电保护，变电站的安全问题

一直都是非常值得关注的问题，安全性能关系着变电站的发展持续性和稳定性。在继电保护

措施中，应该利用技术设备进行保护设施的建立，在变电站中设置开关控制系统或足变压系

统进行及时的安全保护。技术设备通过监测设备的实时电压，以及外界的环境参数，进行自

动化的设备开关控制。当出现超出可承受范围内的电压或是外界环境参数异常时，变电站的

安全系统需要及时反应，进行及时断电以及变电站运行维护。在220kV的智能变电站的保

护体系中，可以进行自动化的开关调控的使用，在这过程中再加上具备监控功能以及谎试功

能的自动化设备。由于现代化设备的先进性，以及安全保护系统的优劣比较，可以采用微机

保护这一安全措施进行有效的变电站继电保护。技术的加持，使得变电站继电保护可以选择

价格较低、性能较为可靠的智能保护模式进行。

3变电站的自动化系统设计

变电站的自动化系统设计，可以采用两层设备一层网络的形式，与以往的三层设备两层

网络不一样。两层设备一层网络的形式更加简化，效率也更高，更符合智能变电站的发展。

其中两层设备一层网络包括三个方面的内容。①智能化的一次设备，接口装置都为光纤以太

网接口，使用先进的光电技术，对设备的使用进行改进。原先的信号处理方式以及控制电缆

得到相应改进，变为使用光电技术以及光纤。②网络化的二次设备，这种设备采用高效运行

的信息管理技术，对于传统的装置进行改良，熟练运用信息传输技能进行设备完善。③数字

化的技术支持，对变电站运用到的计最技术，不同于以往以模拟最的形式进行，而且运用数

字化的先进计量技术，进行相应地数字处理。这种形式的发展很好地对变电站网络以及设备

进行整合优化，对变电站的安全以及效率都有较大影响。在变电站的自动化设计中，有两种

不同形式的方法：①站内的监控采用以远动为数据采集基础的形式，相应的设备则是以电网

调度的自动化为基础进行实施，将变电站的保护作用独立出来。②采用站内监控以微机保护

的形式进行数据采集和控制，将保护工作与控制工作结合在一起,没有将保护措施独立出来。

3.1实现设备层内部的信息沟通

在设备某些程序的运行设计中，采用直接采样的方式，不经过系统层以及其他层面。这

样的直接采样形式，不会涉及到其他层面的信息流动以及传输问题，直接把信息传输到终端

设备进行沟通处理。显然，这种更加直接的模式可以有效提高信息传递的效率，使信息不需

要经过过多的中间阶段再传输到智能终端，简化了很多的中间步骤，实现设备层内部沟通后，

就将信息直接汇入终端。这种方式的好处在于如果中间层面，如系统层发生故障或是出现阻

碍，信息在设备层内部依旧能不受影响地自由流动，不妨碍信息的沟通交换。同时，信息传

输由于不再需要经过系统层等层面，因此层面的故障现象并不能阻碍信息的传输。

3.2实现设备层之间的信息沟通

设备层之间的信息沟通，就涉及到了跳闸的方式研究，对于信息如何能顺利从一个设备

层传输至另一个设备层进行合理规划，实现隔间隙的信息流动。在220kV以及66kV母线

中采用直接采样的方式，苜先实现设备层内的信息沟通，然后采取直接跳闸的形式进行跨信

息层的沟通交流。直接跳闸的模式可以有效地降低外界国素对设备层的干扰，促使信息的有

效传输。直接传输的方式不受其他层面的影响，仅仅依赖于跳闸模式问题，为实现设备间的

信息沟通，需要采取高效的跳闸方式，降低信息传输以及管理的成木。在数据信息的传愉过

程中，可以引入GMRP组播技术，对数据信息进行分类和引导，保证各类信息流动到相应

的间隙，不会流动到其他的间隔。

3.3实现设备层与系统层的信息沟通

在一些信息的传递中，会通过系统主机直接传输至系统层内部网络，由于系统层内部以

及传输过程的复杂性，该信息量较大，传输的信息也较多。由于信息繁杂，因此需要使用相

应技术，促使系统通过光纤以太网技术相连，实现彼此之间的信息传递。这种形式可以避免

出现大量信息在系统层内部传输，超出系统层内部的数据运输负荷，不利于系统层的高效运

作。在设备层与系统层之间的信息传输中，也可以利用GMPR技术进行精准信息传递，防

止出现因为遗漏或是信息传输错误等情况。

3.4实现系统层内部的信息沟通

与信息层内的信息相比，系统层内部的信息沟通过程中，信息量较小，而且对于信息的

实时精准性要求相对不是太高，信息传递准确即可，速度要求较低。系统层内部的信息沟通

与信息层内部相似，内部的信息沟通可以不经过其他层面且不受其他层面的干扰，使信息在

系统内充分流动。

除了信息沟通的便利性，自动化系统设计还可以强化其监测和管控系统，对于整体的

220kV智能发电站进行数据检测，同时对工程进行相应地监管，实时更新相关的数据记录，

对工程出现的问题进行及时分析与解决。引入远程调控的形式，对变电站的控制开关以及指

令进行相应操作，不同于人工操作存在的漏洞与疏忽，自动化的技街检测可更准确地对工程

进行合理控制与优化。

4结束语

电力行业的发展与变电站的发展息息相关，而传统的变电站发展模式已经不再适用于现

代化程度较高的现实社会，因此变电站的发展创新存在着必要性。为实现技术设备达到社会

发展要求，各电力企业对自身变电站的智能化方面进行深入研究，主要就继电保护以及自动

化系统设计进行深度思考与探讨。220kV智能变电站的继电保护及自动化系统设计逐渐成

为电力行业发展的重点，其智能化发展很好地适应了现代社会技术化、自动化的趋势。当然，

变电站的智能化方向具有一定的互通性，所以主要通过其一地区的变电站智能优化，来引出

普遍变电站所面对的情况以及可以采取的智能优化措施，实现更好地继电保护及自动化系统

设计。其他电力企业可以根据自身实际，结合该地区变电站的优化建议进行相应地规划完善,

实现自身的持续和稳定发展。

参考文献

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探析220kV智能变电站继电保护及自动化系统设计要点

摘要：在新时期下，人们对于电力的需求在不断的增加，我国电力建设在不断的成熟，

增加了220kV智能变电站的建设规模，在智能变电站中继电保护和自动化系统应用非常广

泛，有效保证了系统运行(I勺稳定性和可匏性，同时还有助于提高最终的经济效益。因此相关

部门需要认真的分析智能变电站继电保护和自动化系统的设计要点，基于此本文进行了深入

性的论述。

关键词：220kV;智能变电站;继电保护;自动化系统;设计要点

一、220kV智能变电站的特点

在进行220kV智能变电站继电保护和自动化系统设计之前需要明确智能变电站的特点,

以此来为后续工作提供重要的基础，智能化变电站属于电力系统朝着新型方向而发展重要基

础，融入了现代化的网络技术和光电技术，满足信息之间的交互，并且在变电站中同时投入

大量新技术和新设备，更加精准性的完成数据的采集。同时还可以解决在故障事故反应方面

不灵敏的问题，智能化变电站的保护装置具备设冲统一性的特点，例如在保护装置中采取的

统一通信规范，涉及到的设备行为和设备描述都遵循相同的通信规范，通过这一方式能够优

化整体信息，数字化对接模式。同时在相同信息规范下能够融入相对应的保护装置，解决在

以往保护装置信息衔接方面不紧密的问题，全而提高整体的故障处理效果。在智能化变电站

中智能化程度非常高，通过数据采集和信息调用能够做好资源的科学分配，解决在以往工作

中的弊端，同时也可以摒弃以往的技术模式，采取电子互感器的方式完成信息数据采集以及

传输，在数据采集方面的速度得到了全面提高。在智能化变电站中不需要融入保护装置中的

复杂回路，而是采取大量光电通信技术降低电缆使用数量，同时也可以简化整体设备运行模

式。在智能变电站通过管理机制的优化调整，为后续报警功能的调整以及创新提供重要的基

础。最后，系统还可以做好设备运行全过程的全面监控，提供强大的数据支持。在后续管理

中做好变电站的维护改造,满足数据延伸方面的要求以及标准，以此来提高整体的运用效果。

二、220kV智能变电站继电保护系统

(-)信息的收集

在进行智能变电站继电保护系统设计中，要做好信息的搜集，以次来为后续工作提供重

要的基础。智能变电站属于以网络通信为基础的收集模式，通过测定相对应的数据来帮助电

网建立更加具备自动化和智能化的优势，智能变电站能够快速完成数据的多方位采集之后再

完善后续的维修模式，特别是随着我科技水平的不断提高，越来越多新技术融入其中，并月.

朝着数字化和智能化的方向而不断的发展，各方面取得一定的进步。相比以往的变电站来说,

能够通过电子互感器来收集电压和电流信号，以此来满足自动化运行的要求。在智能变电站

中要遵循行业的建设要求，通过间隔层和站控层的设置，完善整体自动化控制系统，并且配

合着电子互感器和交换机等网络接口来起到良好的保护作用。在继电保护装置中收集到的数

据可以发送相对的命令，完成断路器跳闸和合闸动作，并且相关设备的运行数据也可以录入

到平台中，为后续的数据反馈提供重要的基础。所以在实际工作中需要通过数据采集比能的

优化来提高继电保护的工作水平，从而使继电保护工作效率能够得到全面的提高，满足智能

化和自动化的建设要求。

(二)系统架构

在系统架构方面可以采取直跳式的工作方式，先进行继电保护设备信息的采样，之后再

采取光纤来完善电网的支珞。其次在后续工作中可以采取网采直跳式，根据网络的特征共同

的组成一体化的组网模式，可以直接进行设备的保护，之后再通过网络管理的方式做好跳闸

动作的科学管理，避免对•后续运行造成一定的影响。最后可以采取网采网跳式，这一方法和

跳闸方式存在一定的差别，主要是通过智能化技术来完成整体的管理目标，并旦还可以进行

网络运行模式的自动化控制，避免对后续的运行造成一定影响，逐渐提高整体的系统架构实

施效果。在智能变电站中，所有的组件包含了电子互感器和交换器等等，在互感器方面，传

统互感器主要是通谩电磁变压器而实现的，在新型互感器中通过微电了•来取代以往的设备应

用模式，主要优势是测量精准和体积小可以用于不同设备的检测以及信息的感知。在合并单

元中要进行过程层的信息传输之后，再确定信息接收的时间，做好变压器所传输信息依标记

之后，再将数据传送到继电保护装置中，在具体应用时接口装置要以以太网为主要的接口，

配合着先进的光电技术改进设备的使用模式，加快信息传递的速度，另外还可以运用数字化

技术采集站内的相关数据相应设备，要根据电网调度自动化满足后续的运用要求，并且配合

着微机保护形式快速