【摘要】电力作为当今社会的主要能源，对国民经济的发展和人民生活水平的提高特别是对广播电视的安全播出起着极其重要的作用。继电保护对电力系统的安全有效运行影响重大,要确实保证电力系统的正常使用,就要在保护措施上做好工作,而继电保护是其中最主要,最有效的方式。因此,为保障天津广播电视塔电力系统的安全运行,必须对继电保护有一定的了解,才能有效使用。本文将对天津广播电视塔继电保护系统的构成、功能、保护和测控内容进行了分析。
【关键词】 电力系统 继电保护 保护装置及技术
一．前言
随着电力系统的高速发展和计算机技术、通讯技术的进步，继电保护向着计算机化，网络化，保护、测量、控制、数据通信一体化和人工智能方向进一步快速发展，与此同时越来越多的新技术、新理念将应用于继电保护领域，达到提高供电可靠性的目的，保障电网安全稳定运行。
天津广播电视塔10KV变电站继电保护系统采用先进、可靠的技术以及成熟的产品实现对电力系统的全面监控。整个系统采用分层、分布式，由站控层、通讯层和现地采集层构成。现地层采集保护系统采用总线型工业现场网，网络具有良好的可靠性与实时性。10kV系统的现地层各采集保护装置选用综合保护测控装置，与开关厂一次设备直接连接，分散安装,对相关一次设备进行保护、测量和控制，对采集的信息进行处理上传，在中央控制失效的情况下仍能够独立完成保护、测量和控制功能；380V系统的现地层各采集单元分散安装于低压开关柜内,采用屏蔽双绞线集成上传至主控室,实现对各进出线回路的遥信、遥测功能。站控层监控系统包括通讯管理机、监控主机、显示器、UPS、打印机等，集中安装于主控室内，实时与现地控制层进行信息交换，完成集控中心的“四遥”功能，构成天津广播电视塔10KV变电站综合自动化系统，同时通过modbus通讯规约能与第三方设备连接，进行信息交换。
二．天津广播电视塔继电保护系统的构成
天津广播电视塔继电保护系统分散安装在开关柜内，保护通过屏蔽双绞通讯线与主控制室的通讯管理机相联，再上传至站控层监控主机系统，从而构成继电保护自动化系统。（见天津广播电视塔电力监控拓扑图）
天津广播电视塔电力监控拓扑图
继电保护系统均为数字式集保护、测量、控制、通讯为一体的保护系统。继电保护系统CPU采用32位高性能DSP数字信号处理器；采样系统为（14位A/D），采样速率为64点。继电保护系统开关量输入、输出接点数量配置保证满足工程实际需要，装置具有不少于12路开关量输入和7路继电器接点输出。开关输入量、输出量可以根据用户要求自行在线编辑定义名称。输入、输出可以进行逻辑编程（现场操作）以解决工艺联锁需要，可编逻辑输出不少于4组。输出信号可以延时，延时时间可整定。输出可整定为脉冲或电平输出，脉冲输出时脉宽可整定。
三、天津广播电视塔继电保护系统的功能：
天津广播电视塔继电保护系统除具有继电保护功能外，还具有测量、远程操作控制、就地操作控制、联锁、连续自监视等功能。可测量三相电流、零序电流、三相电压、零序电压；计算有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、频率、功率因数；谐波分析，能对每个采集的电流或电压进行2～17次的谐波含量进行分析，并将以上数据上传至微机监控系统。
天津广播电视塔继电保护系统具有故障录波功能，记录故障启动前4个周波和启动后100个周波的采集数据，故障录波数据能掉电保存。继电保护系统具有故障记录及开关事故跳闸次数统计等多种功能，装置可掉电保存以下每种报告和记录不少于1000条，包括：故障动作记录、装置告警报告、SOE报告、操作记录、断路器动作次数等。
天津广播电视塔继电保护系统的保护功能不依赖于监控系统，所有保护和安全自动装置的定值可独立整定，断路器设有就地/远方操作，并相互闭锁。保护具有自检功能，当继电保护装置出现元件故障或损坏时，保护出口被闭锁，并不会引起误动，同时继电保护系统发告警信号，继电保护均设置电气防跳功能。当继电保护测控装置的内部电源消失时能发出硬接点报警信号。继电保护系统当PT回路发生短路或断线时，闭锁相关保护并发告警信号。
四、天津广播电视塔继电保护系统在10kv配电柜中的保护和测控内容：
（1）10kV进线柜继电保护系统：
保护：三段定时限过电流保护（可受方向和复压闭锁）；过流后加速保护；充电保护；过负荷保护、过负荷报警；低压保护、过压保护；零序过流保护；低压侧零序过流保护、零序后加速保护；4路非电量控制（连跳1、2、3、4）
测量：三相相电压、三相线电压、零序电压、同期电压；三相电流，零序电流；有功、无功，零序有功、零序无功，功率因数；频率；有功电度、无功电度；温度。
（2）10kV变压器馈线柜继电保护系统：
保护：三段定时限过电流保护（可受方向和复压闭锁）；过流后加速保护；充电保护；过负荷保护、过负荷报警；低压保护、过压保护；零序过流保护；低压侧零序过流保护、零序后加速保护；5路非电量保护（瓦斯、温度等）；4路非电量控制（连跳1、2、3、4）
测量：三相相电压、三相线电压、零序电压、同期电压；三相电流，零序电流；有功、无功，零序有功、零序无功，功率因数；频率；有功电度、无功电度；温度。
（3）10kV母联柜综合保护装置基本功能：保护测控装置
保护：三段定时限过电流保护（可受方向和复压闭锁）；过流后加速保护；过负荷保护；过负荷报警；合环保护；备自投；合闸可检同期、检无压或不检；三段零序过流保护；零序后加速；零序过流告警；PT断线、CT断线、控制回路断线、装置失电告警；4路非电量保护（联跳1、2、3、4）；故障、告警、闭锁等事件记录；支持硬压板投退并可灵活整定；2套保护定值及保护投退；故障录波。
测量：1母三相线电压、2母三相线电压、进线1电压、进线2电压；三相电流、零序电流、进线1电流、进线2电流；功率因数、有功功率、无功功率；频率；有功电度、无功电度。
五、天津广播电视塔变电站监控系统
1.变电站监控系统构成
10KV变电站自动化系统由站控层、通讯层及现地层构成。
现地层由综合保护装置、低压测控装置构成。综合保护装置对10kV高压系统的进线、变压器、母联实现测量、控制及保护功能。现地层的高压保护装置通过现场总线接入中间通讯层的通讯管理机，接入站控层主机。低压仪表集成后通过通讯管理机上传到后台主机。
中间通讯层由设于监控室的通讯管理机组成。主要作用是将各种装置和设备通过现场总线技术有机地连接，实现对现场监控层采集数据的接受和上传及管理层命令的下达。
站控层主要作用是把中间通讯层采集到的数据通过人机界面方式显示给用户，同时发布命令给现场监控层，通过监控软件实现“遥信”、“遥测”、“遥控”、“遥调”。
2.天津广播电视塔变电站监控系统的主要功能和技术指标
（1）监控系统主要功能
数据采集功能
各回路断路器的状态信号，各回路保护的信号，各回路的电压、电流、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、功率因数等。
显示功能
能实时显示所检测的各种参数、供电系统图等。
控制功能
通过键盘或鼠标对高低压配电装置的所有断路器进行控制。
故障诊断和故障录波
当发生故障时，能迅速诊断出故障回路，发出报警，并且指出故障线路、开关跳闸顺序，以及故障前后各出线电流、电压的波形变化，可录波时间不少于10s。
保护配置与定值管理
可以就地/远方投退任何保护功能，可以就地/远方设定/修改保护定值。
历史曲线显示
可显示存于历史数据库中的任意模拟量、电度量以及母线电压任意时间的历史波形图。
历史数据存储
系统主站设有历史数据库，保留全部监测量，一月内720小时、一月内每日和一年内每月的统计数据，以及重要事故、操作记录保存的时间，各历史数据及在线查询、显示，保存时间可在线修改。
报警信号功能
当供电系统出现故障时，能及时给出声光信号，并能在HMI上显示故障的类别。
打印功能
对电能消耗进行累积计算，并按日、月、季、年打印报表及电力负荷曲线等。
操作闭锁
具有操作权限等级管理，当输入正确操作口令和监控口令及正确的开关编号后才有权进行操作控制、参数修改，并将信息给予记录。
与其它系统的通讯功能
微机监控系统通过modbus通讯规约能与第三方设备进行通讯。
（2）后台监控系统技术指标
为使天津广播电视塔电力系统安全可靠运行，保证广播电视安全播出，设计出监控系统具体技术指标要求。
工作条件：
额定交流电压：380/220V
额定频率：50Hz
系统主要电气特性：
计算机监控系统具有电源设备、数据和控制接口设备、通信接口设备、人机接口设备等均满足一般电气性能要求；
交流回路外部端子对地绝缘电阻不小于10MΩ，不接地直流回路对地绝缘电阻不小于1MΩ；
系统设备引起的噪音小于60db；
系统满足IEC255-22-3-1989中III级试验严酷等级下测试合格；
系统满足IEC255-22-4-1992中IV级试验严酷等级下测试合格。
系统I/O特性：
遥测信息响应时间≤3s
遥信信息响应时间≤2s
控制命令从生成到输出时间≤1s
画面实时数据更新周期开关量时间≤2s
画面实时数据更新周期模拟量时间≤3s
画面实时调用响应时间≤1s
调用新画面响应时间≤2s
事件记录分辨率≤1ms
电网频率测量误差≤0.01HZ
系统数据库容量≥5000点
电度量累计时间1min可调
时钟同步精度±1ms
可靠性要求：
计算机监控系统的平均无故障时间≥30000h
间隔级测控单元平均无故障间隔时间≥50000h
双机可用率≥99.98%
网络平均负荷率(正常状态下5分钟内)≤15%
正常状态主机CPU平均负荷率≤30%
事故状态主机CPU平均负荷率≤50%
正常状态工作站和处理机CPU平均负荷率(30分钟内)≤15%
事故状态工作站和处理机CPU平均负荷率≤30%
报警或事件发生到画面字符显示和发出音响的时间≤2s
事故追忆：事故前\事故后桢数1-10桢可调
控制操作正确动作率100%
遥测处理合格率100%
遥信处理合格率100%
遥控执行合格率100%
综合测量误差≤0.5%
模拟量在数据库中的更新时间≤1.5秒
开关量在数据库中的更新时间≤1秒
事件顺序分辨率≤1毫秒
具有抗电磁干扰、适应恶劣运行环境的能力，符合IEC标准系统中任何设备的单个元件故障不会造成系统外部设备误动作。
六、结论与认识
继电保护对我国电力系统的安全运行,起着不可替代的作用,在我国经济持续发展,对电力要求不断增大的情况下,要做好继电保护工作,就要从各方面对继电保护的基本任务和意义,以及起保护作用的继电保护装置有深刻的了解,并要及时掌握未来技术发展的方向。