水力發(fā)電廠機(jī)組繼電保護(hù)的配置及運(yùn)行維護(hù)

國家電力投資集團(tuán)五凌電力株溪口電廠 龔勝平

在目前的水力發(fā)電廠中，采用發(fā)電機(jī)的振蕩監(jiān)控和繼電保護(hù)，可以使機(jī)組的工作狀況得到及時(shí)的反饋，從而防止事故的進(jìn)一步發(fā)展。繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作性能，決定了其運(yùn)行的可靠性，因此必須加強(qiáng)維護(hù)，使其在電力系統(tǒng)中的安全運(yùn)行得到有效的保障。隨著水力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展速度越來越快，對(duì)繼電保護(hù)的重視程度越來越高，發(fā)電廠采取了多種措施，以保證安全運(yùn)行的可靠性、降低能源的浪費(fèi)。

1 水力發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)概述

1.1 水力發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)的功能介紹

繼電保護(hù)是指在電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或故障時(shí)，迅速地進(jìn)行故障處理或排除并向有關(guān)人員發(fā)出警告，以降低事故的負(fù)面影響，保證電力系統(tǒng)的可靠和順暢。同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后必須有選擇地進(jìn)行斷開動(dòng)作，并將距離最近的斷路設(shè)備進(jìn)行斷開，以保證不會(huì)對(duì)系統(tǒng)中其它無故障部分的正常工作造成影響。它可對(duì)電源系統(tǒng)中的電氣元件的故障和不正常的操作作出反應(yīng)，從而開啟開關(guān)或者發(fā)送信號(hào)。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，存在著多種故障和非正常工作狀態(tài)，其中以相間短路、接地短路等多種短路最為常見。

在水力發(fā)電站的安全運(yùn)行中，保護(hù)設(shè)備的工作質(zhì)量是影響機(jī)組能否正常使用的關(guān)鍵因素，其保護(hù)的靈敏度、可靠性、快速性、選擇性等特點(diǎn)在電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行中起著舉足輕重的作用：在電力系統(tǒng)發(fā)生短路的情況下，能自動(dòng)、快速、選擇性地切斷被破壞的部分，從而防止對(duì)其繼續(xù)造成損害，確保其他非故障部件迅速地恢復(fù)正常工作，在電力系統(tǒng)中的電器裝置不能正常工作時(shí)，按照操作和維修的要求發(fā)出信號(hào)、跳閘進(jìn)行保護(hù)。這時(shí)通常不需要快速保護(hù)，只需按當(dāng)時(shí)的電氣設(shè)備和部件的危險(xiǎn)程度設(shè)定一段延遲，避免誤操作。因此，在保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下，繼電保護(hù)是構(gòu)成電力系統(tǒng)的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)[1]。

1.2 水力發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)的特性與要求介紹

要確保水力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全、可靠，須注重繼電保護(hù)設(shè)備的安裝、調(diào)試和設(shè)計(jì)，所有的操作都是準(zhǔn)確有效的，不能有任何差錯(cuò)。繼電保護(hù)設(shè)備的每一個(gè)部件都要符合設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求，在運(yùn)行過程中各環(huán)節(jié)都能起到很好的作用，并能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的核查，從而使繼電保護(hù)得到更好的發(fā)揮。

為降低設(shè)備的損傷、改善系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，須從選擇性、速度、靈敏度、可靠性三方面尋找好的途徑：速度的基本需求。水力發(fā)電繼電保護(hù)的快速性，是指當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)其處理的時(shí)機(jī)應(yīng)更佳，能有效地減少對(duì)設(shè)備的損害，減少操作負(fù)荷，提高電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定；基本的敏感性。在水力發(fā)電繼電保護(hù)中，靈敏度是指當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)其響應(yīng)速度快、反應(yīng)速度快，一般用靈敏系數(shù)來衡量，當(dāng)與繼電保護(hù)有關(guān)的工作數(shù)值被確定后，它就會(huì)按照一定的數(shù)值工作并達(dá)到相應(yīng)的要求；基本的可靠性需求。在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)對(duì)可靠性的要求也越來越高，在一定的范圍內(nèi)，當(dāng)有關(guān)的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)須可靠地工作。

基于此，根據(jù)目前國內(nèi)電站機(jī)組的實(shí)際狀況和特性總結(jié)出幾個(gè)主要特征：必須采取兩種或兩種以上的設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)不同的保護(hù)原則實(shí)施特定的保護(hù)作業(yè)，從本質(zhì)上保證了保護(hù)的有效性；對(duì)防護(hù)設(shè)備的性能指標(biāo)提出了更高的要求。由于其自身的體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果發(fā)生故障后果會(huì)很嚴(yán)重，因此必須對(duì)其進(jìn)行合理的性能參數(shù)優(yōu)化；從整個(gè)系統(tǒng)的角度考慮，對(duì)以前使用的單一保護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化，從而保證設(shè)備的有效性和穩(wěn)定性。

2 水力發(fā)電廠機(jī)組運(yùn)行故障的分析

2.1 水力發(fā)電繼電隱患分類

在實(shí)際工作中電力系統(tǒng)中存在著多種潛在的潛在干擾，影響著水力發(fā)電廠的正常工作：首先是閃電的影響。閃電會(huì)給水力發(fā)電廠的設(shè)備帶來巨大的損害，并且有多種不同的自然雷擊方式，當(dāng)發(fā)電站的避雷和接地部件遭受閃電攻擊時(shí)，電力公司的地網(wǎng)就會(huì)立即變得高阻，使得地網(wǎng)中的高頻電流處于上升的狀態(tài)，降低了其靈敏度；其次是頻率的影響。在電力系統(tǒng)中，如果電源內(nèi)部的絕緣開關(guān)動(dòng)作過慢或過長(zhǎng)，就會(huì)產(chǎn)生過電壓和高頻電流，從而影響到繼電器的工作；最后是輻射系數(shù)。為了更好地適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行和生產(chǎn)的要求，水力發(fā)電廠內(nèi)部供電系統(tǒng)必須安裝通訊設(shè)備，通訊設(shè)備所產(chǎn)生的輻射會(huì)對(duì)保護(hù)工作產(chǎn)生一定的干擾，從而產(chǎn)生虛假的信號(hào)，影響到設(shè)備的安全運(yùn)行[2]。

2.2 故障分析

首先，在保護(hù)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)繼電器跳閘的情況。這是因?yàn)樽儔浩髟诠ぷ髦幸鹆恕爸髯儔浩鞑顒?dòng)部件故障”的信號(hào)，從而直接造成了事故；其次，在主變壓器的內(nèi)部部件出現(xiàn)故障時(shí)，輸入設(shè)備的電流和輸出設(shè)備的輸出之間存在著一定的差值時(shí)，差流的保護(hù)作用就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“保護(hù)操作”信號(hào)，然后使發(fā)電機(jī)跳閘。這是兩種常見的故障產(chǎn)生的原因。

2.3 故障檢測(cè)

首先，對(duì)二次回路絕緣、接線方法和二次回路的接線進(jìn)行測(cè)試。第一個(gè)步驟是檢查二次電路的絕緣，如果二次電路沒有任何問題，接下來對(duì)主要變壓器進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)變壓器兩端處于“合位”時(shí)，輸入電流和輸出電流之間的位差也是正常的；其次，對(duì)差動(dòng)回路的接地進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)差分觸頭，發(fā)現(xiàn)Y形接線處的各電流互感器兩端的主變壓器僅有一個(gè)接地點(diǎn)，而差動(dòng)回路則是多點(diǎn)接地。

對(duì)定值進(jìn)行保護(hù)檢驗(yàn)。A、B和C的三相流量差為0.39~0.88A，保護(hù)設(shè)備將會(huì)顯示一個(gè)“差動(dòng)原件故障”的信號(hào)。如果A、B、C三相電流的差分達(dá)到1.5，出口就會(huì)受到保護(hù)。當(dāng)設(shè)定值與操作值相同時(shí)則會(huì)被視為“差動(dòng)原件故障”信號(hào)；對(duì)差動(dòng)電流的探測(cè)。如，在整個(gè)設(shè)備正常工作的情況下，差速器兩邊的電流分別是1.05A和0.98A，兩者之間的電壓相差在0.05A到0.06A之間，不滿足N1/N2=I1/I2的關(guān)系，這意味著有問題；對(duì)諧波剎車因數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。假設(shè)設(shè)備二次諧波剎車系數(shù)為12.13%，檢查前檢查時(shí)剎車系數(shù)為l8.5%和17.6%，說明諧波制動(dòng)器電路中的某些部件的性能發(fā)生了變化[3]。

3 水力發(fā)電廠機(jī)組繼電保護(hù)的配置及運(yùn)維措施分析

3.1 轉(zhuǎn)子繞組保護(hù)

針對(duì)水力發(fā)電廠各機(jī)組的運(yùn)行中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子發(fā)生的繞組短路，可以分為匝間短路和接地短路兩種，可以采用直流和交流雙注入式電子點(diǎn)地保護(hù)，實(shí)現(xiàn)雙組結(jié)構(gòu)工作，此結(jié)構(gòu)可分為兩個(gè)階段并能設(shè)定時(shí)限：在低電壓下，水電機(jī)組的短路延長(zhǎng)時(shí)間較短。在高定量值的情況下可以縮短信號(hào)的發(fā)送?；鹆Πl(fā)電裝置的特殊功能是發(fā)出信號(hào)，它可以根據(jù)水力發(fā)電和水泵的運(yùn)行情況，通過改變相位順序來實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。在進(jìn)行繼電器配置運(yùn)行時(shí)，必須充分考慮實(shí)際工況要求，保證電機(jī)在啟動(dòng)狀態(tài)下的定子繞組參數(shù)發(fā)生變化，以保證電機(jī)的速度發(fā)生變化。另外，電壓、電流等變化對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的影響也要充分考慮，以防止故障發(fā)生時(shí)發(fā)生故障。

3.2 軸向電流防護(hù)

在實(shí)際安裝時(shí)必須考慮以下幾個(gè)方面：斷路器不全相保護(hù)；過流阻塞；發(fā)電機(jī)停止運(yùn)行并啟動(dòng)電子剎車裝置等，且防護(hù)結(jié)構(gòu)必須滿足相關(guān)法規(guī)及相關(guān)反措施的要求。對(duì)水力發(fā)電廠來說，進(jìn)行繼電保護(hù)的基本目標(biāo)就是要對(duì)主要電壓源和機(jī)組進(jìn)行有效的保護(hù)。在實(shí)施發(fā)電機(jī)軸流保護(hù)時(shí)，必須采用ABB產(chǎn)品，采用較高的效率和品質(zhì)，并采取適當(dāng)?shù)拇胧┮越⑼暾睦^電器保護(hù)體系。對(duì)于非電量保護(hù)的主變壓器和發(fā)電機(jī)，可以在E柜中進(jìn)行特定的安裝。非電量保護(hù)一般有單獨(dú)的斷開輸出和保護(hù)供電電路。

3.3 微機(jī)的繼電保護(hù)

水力發(fā)電廠的機(jī)組與微機(jī)繼電保護(hù)的有機(jī)結(jié)合，通過對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了各種參數(shù)的校驗(yàn)，提高了設(shè)備的維修效率，并采用各種處理軟件，以保證其工作更加靈活、穩(wěn)定，從而使這種繼電保護(hù)的實(shí)用性得到了最大程度的提高。另外，利用計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)等手段，能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)判別，減少誤動(dòng)作，使保護(hù)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中的有效性得到了充分的體現(xiàn)。

3.4 SSJ-9000配置

SSJ-9000作為中央控制系統(tǒng)，可以充分利用振動(dòng)保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息的交換，有效地分析傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同的傳感器類型進(jìn)行有效的配置。除了數(shù)據(jù)的采集，本系統(tǒng)還具有較好的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力，能夠?qū)C(jī)組的實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行分析。根據(jù)水力發(fā)電廠機(jī)組的實(shí)際工作，在實(shí)際使用電渦流傳感器時(shí)，由于勵(lì)磁引線的作用造成了輸出信號(hào)的畸變。在該設(shè)備的配置運(yùn)行中，建立了一套完整的機(jī)組保護(hù)體系，使其保護(hù)性能得到了極大的改善[4]。

3.5 水力發(fā)電廠機(jī)組繼電保護(hù)的運(yùn)維措施分析

繼電器應(yīng)按規(guī)范操作，不能無自動(dòng)安全裝置，防護(hù)設(shè)備的運(yùn)行必須符合規(guī)定并得到許可；具有AC電壓環(huán)的保護(hù)器，在任何情況下都不能無電壓；在繼電器、壓力板、測(cè)試端子、信號(hào)燈、電源開關(guān)等的裝置上都要做標(biāo)識(shí)；要有充足的保險(xiǎn)絲儲(chǔ)存；設(shè)備圖紙和技術(shù)數(shù)據(jù)要有完整的文件，以便于發(fā)現(xiàn)和改善繼電保護(hù)，同時(shí)也要預(yù)先進(jìn)行試驗(yàn)，并批準(zhǔn)和記錄修改后的計(jì)劃；當(dāng)對(duì)保護(hù)設(shè)備的安全有疑問時(shí)，要向繼電器專家報(bào)告，以確定有無故障，以及是否要停止保護(hù)；在投入使用前，應(yīng)與操作人員進(jìn)行相關(guān)檢查，確認(rèn)后方可投入使用。一旦發(fā)生意外，應(yīng)立即報(bào)告有關(guān)部門進(jìn)行調(diào)查處理，不得擅自行動(dòng)；繼電保護(hù)工作結(jié)束后，要對(duì)繼電器進(jìn)行檢查，看看有沒有燙傷，值班人員應(yīng)認(rèn)真地進(jìn)行巡查、檢查，并將其記錄在案，以便及時(shí)處置。其具體運(yùn)維措施如下：

一是實(shí)施設(shè)備的高品質(zhì)問題處理。常用方法有2種：變換方法(transfer)。通過這種方法可以進(jìn)行故障的檢查，特別是用相同型號(hào)的元件代替現(xiàn)有的保護(hù)裝置監(jiān)控和觀察元件的實(shí)時(shí)工作，明確元件的實(shí)際情況以及故障的具體情況。這種方法不需要拆卸設(shè)備，使用方便，能確保更換部件的功能正常發(fā)揮；按項(xiàng)目進(jìn)行檢查。這種方法雖然耗費(fèi)了大量的時(shí)間，但是可以更好的保證測(cè)試的精度。在實(shí)際的測(cè)試中，要將與故障線路相連的線路一一拆卸，然后逐一檢查，直到檢查完畢，發(fā)現(xiàn)問題得到了有效的解決，才能重新安裝。

二是做好常規(guī)的視察。在實(shí)際工作中，通過狀態(tài)檢修和在線監(jiān)測(cè)等手段，可以了解設(shè)備的具體操作狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的故障處理，從而達(dá)到與繼電保護(hù)相適應(yīng)的目的。另外，還要成立一個(gè)獨(dú)立的日常巡檢工作團(tuán)隊(duì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)督，采取有效的解決措施，同時(shí)重視設(shè)備的清潔，避免各種病人、污物等對(duì)設(shè)備的正常使用造成負(fù)面影響，從而使繼電器的實(shí)際效果更加充分地發(fā)揮，保證運(yùn)行維護(hù)工作具有很高的實(shí)效。在微機(jī)設(shè)備上，要重視設(shè)備的高品質(zhì)維護(hù)、系統(tǒng)密碼和參數(shù)的科學(xué)設(shè)置，保證設(shè)備的可靠和穩(wěn)定。同時(shí)，要認(rèn)真探索和分析設(shè)備跳閘故障，對(duì)故障原因、表征等進(jìn)行了細(xì)致的記錄，注重實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，以便更好地發(fā)揮各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)維管理操作的實(shí)效性[5]。

4 結(jié)語

隨著信息化的來臨，計(jì)算機(jī)軟件和硬件也在不斷的發(fā)展和應(yīng)用，因此，要改進(jìn)和改進(jìn)計(jì)算機(jī)的保護(hù)功能是一個(gè)不容忽視的問題。在水力發(fā)電廠機(jī)組的實(shí)際操作中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際機(jī)組的實(shí)際工作狀況，對(duì)各種類型的保護(hù)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的設(shè)置，并運(yùn)用信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到提高整個(gè)機(jī)組的實(shí)效性。除此以外，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)其他功能的要求，如加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、通訊能力、網(wǎng)絡(luò)資源共享等能力，這些都是繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)，讓水力發(fā)電廠機(jī)組繼電保護(hù)的配置及運(yùn)行維護(hù)真正煥發(fā)生機(jī)。