探析火電廠大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定設(shè)計(jì)與故障

華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠 劉 攀

在火電廠發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的過程當(dāng)中，受到其運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行流程等不同因素的影響，可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行故障與安全風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)，不僅給火電廠的正常工作帶來一定的負(fù)面影響，還可能會(huì)對(duì)人員及設(shè)備的安全造成一定威脅。相關(guān)技術(shù)人員以及工作人員應(yīng)當(dāng)明確繼電保護(hù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和故障管控的重要作用，采取合理措施對(duì)其進(jìn)行整定和設(shè)計(jì)的優(yōu)化，進(jìn)而推動(dòng)火電廠運(yùn)行效能的不斷進(jìn)步。

1 火力發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定設(shè)計(jì)的意義與原則

1.1 主要意義

1.1.1 減少短路帶來的風(fēng)險(xiǎn)

通過對(duì)火力發(fā)電機(jī)組中繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行進(jìn)行準(zhǔn)確有效地整定計(jì)算和設(shè)計(jì)，能夠使發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)三相短路保護(hù)及相間短路保護(hù)，一旦發(fā)生短路現(xiàn)象能在最短時(shí)間中切斷故障部位線路，避免對(duì)機(jī)組整體的運(yùn)行狀態(tài)造成影響。另外，在現(xiàn)階段的火電廠發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程當(dāng)中，常使用信號(hào)通訊方式對(duì)機(jī)組發(fā)生的接地故障以及短路故障進(jìn)行預(yù)警，為進(jìn)一步提升機(jī)組線路整體的穩(wěn)定性與安全性，需要針對(duì)繼電保護(hù)裝置的整定進(jìn)行全面優(yōu)化，從而減少短路現(xiàn)象對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的破壞，確?；痣姀S工作效率的不斷進(jìn)步。

1.1.2 避免機(jī)組運(yùn)行異常

作為能源基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)中的重要組成部分，火力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行對(duì)社會(huì)發(fā)展具有關(guān)鍵性作用，然而在其運(yùn)行過程當(dāng)中，內(nèi)部自動(dòng)調(diào)壓器、勵(lì)磁整流柜、發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子、調(diào)壓儀表等結(jié)構(gòu)均可能會(huì)發(fā)生一定的異?；蚬收?，從而影響機(jī)組的正常發(fā)電流程[1]。通過針對(duì)火電廠大型發(fā)電機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面排查和梳理，結(jié)合機(jī)組各方面結(jié)構(gòu)構(gòu)建完善的繼電保護(hù)措施，能夠使技術(shù)人員針對(duì)機(jī)組內(nèi)部元件發(fā)生的異常工況進(jìn)行及時(shí)處理，有效減少機(jī)組異常運(yùn)行產(chǎn)生的負(fù)面影響，從而進(jìn)一步提高火電廠大型發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率。

1.2 基本原則

1.2.1 全面性原則

在火電廠機(jī)組內(nèi)部所進(jìn)行的整定計(jì)算與設(shè)計(jì)工作，不僅與火力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)息息相關(guān)，同時(shí)還能夠?yàn)榛鹆Πl(fā)電機(jī)組后期的管理和維護(hù)提供關(guān)鍵性的信息參考與保障。另外，完備的繼電保護(hù)措施還能夠有效降低系統(tǒng)管理與運(yùn)行過程當(dāng)中產(chǎn)生的故障和問題，有效減少管理成本以及維護(hù)成本，從而使火電廠大型發(fā)電機(jī)組的工作與運(yùn)行得以落到實(shí)處。在進(jìn)行火電廠大型發(fā)電機(jī)組的整定設(shè)計(jì)與計(jì)算的過程當(dāng)中，相關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，由于機(jī)組內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與元件較為復(fù)雜，相互之間的配合流程也存在著一定的差異，因此設(shè)計(jì)人員以及技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)從更加宏觀的角度針對(duì)繼電保護(hù)的整定工作進(jìn)行明確，慎重對(duì)待相應(yīng)的改變措施，確保繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的安全有效。

1.2.2 連續(xù)性原則

在針對(duì)火電廠繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行進(jìn)行整定的過程中還需遵循連續(xù)性的整定原則?；痣姀S大型發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行流程是相對(duì)固定的，因此在構(gòu)建繼電保護(hù)方案時(shí)也應(yīng)明確梳理其基本運(yùn)行流程和內(nèi)容，從而確保發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的連續(xù)性，使繼電保護(hù)整定值與相應(yīng)的環(huán)節(jié)與流程進(jìn)一步適應(yīng)，使繼電保護(hù)的價(jià)值和意義得到更加顯著地展現(xiàn)。

1.2.3 針對(duì)性原則

不同的繼電保護(hù)方案能應(yīng)對(duì)的相關(guān)故障與異常也存在一定差異，因此應(yīng)采取針對(duì)性的設(shè)計(jì)方案、針對(duì)差異化的故障內(nèi)容進(jìn)行處理，使繼電保護(hù)措施與火電廠大型發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程相適應(yīng)，提升機(jī)組整體的運(yùn)行安全性與可靠性。

2 火力發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)裝置的常見故障

2.1 外部故障

是當(dāng)前火電廠大型發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程當(dāng)中形成的首要故障類型，常見表現(xiàn)可能包括繼電保護(hù)裝置未進(jìn)行及時(shí)復(fù)位、故障指示燈出現(xiàn)問題、繼電保護(hù)器超過預(yù)定負(fù)荷出現(xiàn)過載現(xiàn)象以及絕緣器件失效等幾種類型，這種故障受外界環(huán)境以及人為操作影響較為顯著，因此需要針對(duì)性進(jìn)行定期地保養(yǎng)和維護(hù)，確?；痣姀S大型發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

2.2 內(nèi)部故障

同樣也是發(fā)電機(jī)組運(yùn)行當(dāng)中的關(guān)鍵性影響因素，在火電廠發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程當(dāng)中，可能出現(xiàn)的內(nèi)部故障類型分別包括因線路接觸不良產(chǎn)生的熔敷現(xiàn)象、繼電保護(hù)裝置與發(fā)電機(jī)組運(yùn)行不匹配產(chǎn)生的差拍現(xiàn)象、基本功能器件故障導(dǎo)致的功能障礙等，這類故障相較于外部故障產(chǎn)生原因更加復(fù)雜、解決難度更大、產(chǎn)生的后果也更加嚴(yán)重[2]。因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)積極關(guān)注對(duì)繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)和利用，進(jìn)一步降低內(nèi)部故障造成的損失和影響。

2.3 干擾性故障

隨著通信技術(shù)以及電子技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)當(dāng)中的電磁輻射環(huán)境愈加復(fù)雜，可能會(huì)給發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生一定的干擾現(xiàn)象，一些火電廠發(fā)電機(jī)組的繼電保護(hù)裝置受電磁干擾較為嚴(yán)重，導(dǎo)致產(chǎn)生信號(hào)誤判甚至失去聯(lián)系等故障現(xiàn)象，制約了繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行效率，同時(shí)還可能會(huì)給發(fā)電廠大型發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生一定的阻礙和影響。

3 優(yōu)化繼電保護(hù)整定設(shè)計(jì)并減少故障的措施

3.1 針對(duì)低壓變壓器繼電保護(hù)進(jìn)行分析與計(jì)算

要針對(duì)火電廠繼電保護(hù)裝置進(jìn)行更加完善地整定與設(shè)計(jì)，有效減少故障產(chǎn)生的損失和威脅，設(shè)計(jì)人員以及技術(shù)人員需要針對(duì)發(fā)電廠內(nèi)部低壓變壓器的繼電保護(hù)過程進(jìn)行整定分析與計(jì)算，進(jìn)而確保定值計(jì)算的準(zhǔn)確性以及有效性，提升繼電保護(hù)流程的價(jià)值和意義。具體來說，相關(guān)設(shè)計(jì)人員以及技術(shù)人員可針對(duì)以下幾方面內(nèi)容采取措施。

首先是針對(duì)高壓側(cè)過電流保護(hù)進(jìn)行整定和計(jì)算。在火電廠發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行過程當(dāng)中，可能會(huì)出現(xiàn)一定的過流現(xiàn)象，不僅給發(fā)電線路當(dāng)中的設(shè)備帶來嚴(yán)重的威脅與負(fù)面影響，還可能會(huì)使繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生越級(jí)和交叉現(xiàn)象，影響保護(hù)效果以及保護(hù)質(zhì)量。因此針對(duì)高壓側(cè)過電流進(jìn)行測(cè)算，能夠?yàn)槔^電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與布置提供更加完善合理的信息參考，同時(shí)也能夠推進(jìn)熱電廠大型發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率的全方位提升[3]。

其次，應(yīng)針對(duì)高壓側(cè)電流速斷保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算，為進(jìn)一步降低線路短路給機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的影響，采用速斷保護(hù)模式對(duì)整個(gè)高壓側(cè)電路進(jìn)行保護(hù)同樣也是繼電保護(hù)裝置的關(guān)鍵性組成部分，在采用速斷保護(hù)模式針對(duì)電路進(jìn)行防護(hù)的過程當(dāng)中，其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、保護(hù)成本更低，但很難針對(duì)整條線路進(jìn)行全面防護(hù)，因此現(xiàn)階段熱電廠大型發(fā)電機(jī)組的繼電保護(hù)裝置與系統(tǒng)當(dāng)中常見的速斷保護(hù)機(jī)制多帶有一定的時(shí)間限制，即在短路發(fā)生后的一定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)采取速斷措施，因此如何計(jì)算電流的動(dòng)作時(shí)限已成為當(dāng)下技術(shù)人員以及設(shè)計(jì)人員面對(duì)的關(guān)鍵性挑戰(zhàn)。應(yīng)結(jié)合低壓側(cè)三相短路故障、勵(lì)磁涌流故障等多方面參數(shù)，針對(duì)動(dòng)作電流的時(shí)限與靈敏度進(jìn)行測(cè)算，并將其代入到計(jì)算公式當(dāng)中，使電流速斷保護(hù)模式與熱電廠大型發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行保護(hù)需求得到進(jìn)一步適應(yīng)，提升機(jī)組繼電保護(hù)系統(tǒng)的整體整定效果。

再次，需要針對(duì)機(jī)組運(yùn)行過程當(dāng)中的高壓側(cè)單相接地進(jìn)行保護(hù)。在火電廠大型發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程中一旦出現(xiàn)短路，其低壓側(cè)母線即會(huì)出現(xiàn)大量級(jí)的不平衡電流，這些電流將會(huì)對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)以及火電廠電路造成嚴(yán)重的威脅和破壞，因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合一次動(dòng)作電流的整定值對(duì)二次保護(hù)過程當(dāng)中所需求的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行換算和分析，使繼電保護(hù)裝置的靈敏度更加完善，從而為火電廠高壓側(cè)單相接地提供更加便捷有效地保護(hù)。

最后是針對(duì)線路低壓側(cè)中性點(diǎn)零序過電流進(jìn)行繼電保護(hù)整定值的測(cè)算。由于該系統(tǒng)流程中需特定斷路器或脫扣器進(jìn)行輔助，因此技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)針對(duì)相關(guān)元件當(dāng)中的整定值進(jìn)行核算，并結(jié)合整定時(shí)間明確動(dòng)作電流的相關(guān)時(shí)間參數(shù)，從而使電路零序保護(hù)流程更加完善，避免繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)交叉或沖突等現(xiàn)象。

3.2 對(duì)動(dòng)力中心PC 以及電機(jī)控制中心MCC 進(jìn)行整定計(jì)算

在熱電廠的發(fā)電機(jī)組當(dāng)中，需要按照差異化的機(jī)組負(fù)荷參數(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分類，并采用動(dòng)力中心以及電機(jī)控制中心進(jìn)行分別供電和管理，使熱力發(fā)電廠內(nèi)部發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)更加完善，從而有效提升機(jī)組管理和運(yùn)行效率。而在動(dòng)力中心以及電機(jī)控制中心的供電運(yùn)行過程當(dāng)中，同樣也需要繼電保護(hù)裝置進(jìn)行針對(duì)性地保護(hù)，避免因電流負(fù)荷給供電過程帶來更加嚴(yán)重的威脅與隱患。

首先，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)針對(duì)PCA、PCB 段進(jìn)線的延時(shí)保護(hù)過程進(jìn)行整定計(jì)算，結(jié)合其線路內(nèi)部的正常工作電流，能夠得出PCA、PCB 段進(jìn)線的額定電流，使繼電保護(hù)裝置能夠根據(jù)額定電流對(duì)斷路器的報(bào)警閾值進(jìn)行設(shè)計(jì)，一旦線路負(fù)荷超出繼電保護(hù)裝置的閾值，則能夠自動(dòng)聯(lián)動(dòng)斷路器將供電切斷，從而確保整個(gè)發(fā)電機(jī)組得到更加高質(zhì)量地保護(hù)。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員以及設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，即時(shí)的斷路保護(hù)可能會(huì)對(duì)線路運(yùn)行以及相關(guān)發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生一定的危害，因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在整定過程當(dāng)中對(duì)斷路延時(shí)進(jìn)行確定，從而避免電動(dòng)機(jī)受到額外的負(fù)擔(dān)與威脅。

另外，基于電機(jī)控制中心MCC 供電模塊的繼電保護(hù)裝置，設(shè)計(jì)人員同樣也應(yīng)當(dāng)結(jié)合MCC 的額定電壓、額定容量、TA 變比以及額定電流對(duì)其正常工作電流以及斷路保護(hù)閾值進(jìn)行測(cè)算，使斷路器能夠更加快速地對(duì)線路當(dāng)中可能產(chǎn)生的隱患和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效處置，提升繼電保護(hù)裝置對(duì)火電廠大型發(fā)電機(jī)組整體線路的保護(hù)力度[4]。在針對(duì)動(dòng)力中心PC以及電機(jī)控制中心MCC 進(jìn)行繼電保護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算過程當(dāng)中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員以及技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)遵循以下方面技術(shù)原則。

首先是因地制宜的原則。由于不同類型發(fā)電機(jī)組以及發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行規(guī)程以及要求具有一定的差異與不同，因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在了解設(shè)備運(yùn)行要求后再行針對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與整定，從而使不同類型的發(fā)電裝置以及發(fā)電設(shè)備都能夠得到更加全面的保護(hù)；其次是分情況討論原則。在針對(duì)火電廠發(fā)電機(jī)組進(jìn)行繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，需要結(jié)合動(dòng)作時(shí)限對(duì)長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)以及短延時(shí)保護(hù)兩種情況進(jìn)行具體分析，使保護(hù)效果得到進(jìn)一步展現(xiàn)。

3.3 對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)負(fù)荷進(jìn)行整定計(jì)算

在火電廠大型發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行工作過程當(dāng)中，由于其涉及到的設(shè)備內(nèi)容較為豐富，因此其用電負(fù)荷類型極為多元，相互之間的差異也極為顯著，如何確保繼電保護(hù)機(jī)制的可行性與合理性也是技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重點(diǎn)問題?，F(xiàn)階段火力發(fā)電廠當(dāng)中常見的低壓電動(dòng)機(jī)負(fù)荷類型包括高壓泵、淡水泵、過濾器、加酸裝置、配電箱、計(jì)量泵、起重機(jī)等，這些負(fù)荷設(shè)備大多由電動(dòng)機(jī)控制中心也即MCC 進(jìn)行控制和管理，在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)模式下，為有效降低系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，縮減電動(dòng)機(jī)負(fù)荷管理成本，大多采用一次性斷路設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，然而這種保護(hù)裝置的保護(hù)效果較為有限。

隨著技術(shù)水平的逐漸發(fā)展與突破，針對(duì)火力發(fā)電廠大型發(fā)電機(jī)組的繼電保護(hù)措施逐漸轉(zhuǎn)向了智能保護(hù)方向，采用電流、電壓傳感器針對(duì)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行立體化監(jiān)控和測(cè)量，并依據(jù)技術(shù)人員預(yù)先設(shè)定的相關(guān)閾值智能化采取措施對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制與保護(hù)，使發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)流程更加完善。在采用智能化繼電保護(hù)模式對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)的過程當(dāng)中，技術(shù)人員同樣需要針對(duì)其動(dòng)作電流額度、動(dòng)作延時(shí)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行整定和計(jì)算，使智能化繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)與發(fā)電機(jī)組之間的適應(yīng)性得到充分提升，推動(dòng)繼電保護(hù)效果的進(jìn)一步顯現(xiàn)。

作為當(dāng)下我國(guó)能源結(jié)構(gòu)當(dāng)中的關(guān)鍵性組成部分，如何確保火電廠大型發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性已成為技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)以及風(fēng)險(xiǎn)故障類型進(jìn)行系統(tǒng)性分析，從而使繼電保護(hù)裝置的整定方案與機(jī)組運(yùn)行更加匹配，推動(dòng)火力發(fā)電領(lǐng)域的快速發(fā)展。