淺談電氣二次及繼電保護(hù)

王晶浩

(遼寧電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,遼寧沈陽 110179)

淺談電氣二次及繼電保護(hù)

王晶浩

(遼寧電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,遼寧沈陽 110179)

隨著電力系統(tǒng)的不斷普及,人們也越來越依賴電力為我們生活所帶來的便利。也正是由于電力系統(tǒng)在居民生活中扮演著如此重要的角色,一旦電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障,將會(huì)給人們的日常生活帶來極大的影響,因此就需要我們對(duì)發(fā)電機(jī)將常出現(xiàn)的故障及繼電保護(hù)等問題有一個(gè)深入的了解,以便我們能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)所發(fā)生的電氣故障。

電氣二次 繼電保護(hù)

隨著科技的快速發(fā)展,電力系統(tǒng)也越來越深入到我們的生活,成為居民們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊徊糠帧Ｈ欢娏ο到y(tǒng)在運(yùn)行時(shí)也難免會(huì)發(fā)生諸多故障,當(dāng)故障發(fā)生時(shí),能夠保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最有效的措施就是通過繼電保護(hù)迅速有效地對(duì)發(fā)生故障的元件進(jìn)行切除。因而一旦繼電保護(hù)動(dòng)作不正確,必將會(huì)給電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成極其重大的影響,這就需要我們提高繼電保護(hù)的正確動(dòng)作率,以保證電力系統(tǒng)更加安全高效的運(yùn)行。

1 發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障計(jì)算分析

發(fā)電機(jī)制造商在完成對(duì)發(fā)電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)和電磁參數(shù)設(shè)計(jì)工作之后,會(huì)委托相關(guān)的科研單位根據(jù)發(fā)電機(jī)定子的繞組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)發(fā)電機(jī)在內(nèi)部各種故障情況下的短路電流進(jìn)行計(jì)算,同時(shí)還要針對(duì)不同故障情況下發(fā)電機(jī)的各種保護(hù)方案的靈敏度進(jìn)行一系列的對(duì)比分析,從而為發(fā)電機(jī)定子分支繞組在中性點(diǎn)側(cè)的引出方式的確定、保護(hù)用電流互感器的參數(shù)和型式選擇以及繼電保護(hù)方案的正確配置提供科學(xué)依據(jù)。

在保護(hù)子系統(tǒng)A中配置完全縱差保護(hù)和裂相保護(hù),機(jī)端電流互感器TA變比為30000/1A,并對(duì)裂相保護(hù)在發(fā)電機(jī)定子中性點(diǎn)側(cè)的每相分支按1-2-3分支和4-5分支進(jìn)行分組,在兩組引出線上均設(shè)TA,前者TA變比為18000/1A,后者TA變比為12000/IA;在子系統(tǒng)B中配置不平衡保護(hù),其電流互感器 TA接于發(fā)電機(jī)的兩個(gè)中性點(diǎn)之間,變比為500/1A。除上述發(fā)電機(jī)主保護(hù)外,還包括定子接地故障、機(jī)組異常運(yùn)行狀態(tài)、主變壓器保護(hù)、廠用變壓器保護(hù)、勵(lì)磁變壓器保護(hù)以及非電量的保護(hù)。

2 勵(lì)磁變壓器的選擇

勵(lì)磁變壓器作為一種專門為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)提供的三相交流勵(lì)磁電源的裝置,勵(lì)磁系統(tǒng)通過可控硅將三相電源轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直流電源,形成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁磁場,通過勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)可控硅觸發(fā)角,達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)端電壓和無功的目的。也正是由于勵(lì)磁變壓器副邊可控硅換流的原因,其陽極回路會(huì)有許多的奇次諧波,而這些諧波會(huì)使得勵(lì)磁變壓器引起發(fā)熱及震動(dòng)的現(xiàn)象,進(jìn)而影響其功能。通過將勵(lì)磁變壓器的副邊接成三角形可以有效地消除3、9次諧波對(duì)變壓器的影響,進(jìn)而減少這些諧波對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的危害。以往在勵(lì)磁變壓器容量選擇時(shí),為了克服上述高次諧波對(duì)勵(lì)磁變壓器的影響,不同的勵(lì)磁設(shè)備生產(chǎn)廠家通常留有不同的容量裕度。另外,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮采用低損耗矽鋼片和設(shè)計(jì)磁密取低一些等辦法來克服不利影響。但磁諧波對(duì)變壓器容量選擇的影響從未做過定量分析,為此,通過與國內(nèi)制造廠和科研單位合作對(duì)勵(lì)磁變壓器諧波影響進(jìn)行定量分析研究,即考慮諧波影響后,實(shí)際滿載時(shí)的電流值應(yīng)按1.15倍基波工頻電流考慮。另外,勵(lì)磁變壓器的絕緣等級(jí)問題。目前,國內(nèi)外通常選用F級(jí)絕緣允許溫升80K和H 級(jí)絕緣、允許溫升80K兩種。工程設(shè)計(jì)中如何確定一直是人們爭論的熱點(diǎn),這里主要是一個(gè)綜合經(jīng)濟(jì)比較問題,如果勵(lì)磁變壓器容量裕度較大,系統(tǒng)要求的強(qiáng)勵(lì)頂值倍數(shù)不高,且限制運(yùn)行溫升不超過規(guī)定值,選擇前者絕緣等級(jí)也是可以的。否則,應(yīng)選擇后者較為穩(wěn)妥。在國外進(jìn)口的產(chǎn)品中曾出現(xiàn)過超規(guī)定溫升運(yùn)行的事例。如清江隔河巖電站的勵(lì)磁變?yōu)镠級(jí)絕緣、允許溫升80K。但在實(shí)際運(yùn)行中的溫升為100K左右,因此,對(duì)一些特別重要的電站,運(yùn)行工況不是十分有利的情況下,留有一定裕度是必要的。

3 電氣二次設(shè)備狀態(tài)檢修

電氣設(shè)備一般可分為電氣一次設(shè)備和電氣二次設(shè)備,劃分的標(biāo)準(zhǔn)則是根據(jù)電氣設(shè)備的不同的功能。其中電氣二次設(shè)備包括繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、故障錄波、就地監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)等裝置。作為電氣設(shè)備中最為重要的一部分,只有當(dāng)電氣二次設(shè)備安全正常的運(yùn)行時(shí)才能夠保障電力設(shè)備的安全以及電網(wǎng)的基本穩(wěn)定。然而在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中,依然會(huì)發(fā)生許多因電氣二次設(shè)備產(chǎn)生不正確保護(hù)動(dòng)作所引發(fā)的系統(tǒng)故障,其原因涉及到保護(hù)人員、運(yùn)行人員、設(shè)計(jì)部門、制造部門、自然災(zāi)害等許多的方面,極大的影響了電氣系統(tǒng)的安全。當(dāng)然,近些年來隨著計(jì)算機(jī)電子系統(tǒng)在繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置中的廣泛應(yīng)用, 繼電保護(hù)的可靠性以及定值整定的靈活性也有著大幅度的提高,單純利用傳統(tǒng)的繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置的檢驗(yàn)條例來維護(hù)電氣二次設(shè)備已經(jīng)難以滿足時(shí)代要求。

電氣二次設(shè)備狀態(tài)檢修是通過設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備自診斷技術(shù),結(jié)合二次設(shè)備運(yùn)行和檢修歷史資料,對(duì)二次設(shè)備狀態(tài)作出正確評(píng)價(jià),并且根據(jù)狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果,科學(xué)安排檢修時(shí)間和檢修項(xiàng)目。隨著設(shè)備狀態(tài)檢修的推廣,進(jìn)行線路檢修身子可以做到不停電檢修,因此在檢修設(shè)備時(shí)因檢修而停電時(shí)間也將會(huì)大幅度的縮短。這就對(duì)電氣二次設(shè)備檢修工作提出了更高的要求,需要電氣二次設(shè)備在檢修體制、檢修方法及檢驗(yàn)項(xiàng)目、制定檢修周期諸多方面都進(jìn)行鄉(xiāng)音的調(diào)整,以適應(yīng)現(xiàn)階段進(jìn)行的電氣二次設(shè)備狀態(tài)檢修,保證二次設(shè)備的可靠運(yùn)行符合現(xiàn)階段電力發(fā)展的需要。另外,隨著科技的發(fā)展,電氣二次設(shè)備也大量使用微電子元件、高集成電路等電磁裝置,使得電氣二次設(shè)備越來越容易受到電磁的干擾。而電氣二次設(shè)備一旦電磁波干擾,就會(huì)引起所采樣的信號(hào)失真、自動(dòng)裝置異常、保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)等問題嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致元件的損壞。

國際電工委員會(huì)以及及國內(nèi)有關(guān)部門對(duì)繼電保護(hù)制定了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。但目前,對(duì)現(xiàn)場電磁環(huán)境的監(jiān)測(cè)、管理沒有納入檢修范圍。也沒有合適的監(jiān)測(cè)手段。對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行電磁兼容性考核試驗(yàn)是二次設(shè)備狀態(tài)檢修的一項(xiàng)很重要的工作。對(duì)不同廠站的干擾源、耦合途徑、敏感器件要進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理。如對(duì)二次設(shè)備屏蔽接地狀況檢查;微機(jī)保護(hù)裝置附近使用移動(dòng)通訊設(shè)備的管理。

4 SFC的諧波問題及對(duì)策

變頻起動(dòng)裝置作為電網(wǎng)的非線性負(fù)荷,其在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電力系統(tǒng)造成一定的污染,進(jìn)而也會(huì)影響廠用電。但是這種裝置作為一種短時(shí)工作的設(shè)備,也只是暫時(shí)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生污染以及影響廠用電,因此也沒有必要要求其必須遵守限制諧波源連續(xù)運(yùn)行的限制條件。在最近的一段時(shí)期,很多人錯(cuò)誤的理解了電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn),提出過于苛刻的變頻起動(dòng)裝置的技術(shù)條件要求,迫使許多國內(nèi)電站的SFC均設(shè)置到5、7、11、13、15、17次等高次諧波濾波器,這樣不僅增加了技術(shù)成本,還相應(yīng)增加了地下洞室的開挖量?，F(xiàn)階段的研究已經(jīng)證明,合理選擇接線方式是發(fā)電站消除諧波污染的關(guān)鍵,因而只要相應(yīng)的增大高壓廠用變壓器與SFC的電氣距離并合理設(shè)置輸入變壓器或隔離變壓器,高次諧波濾波器完全不必裝設(shè),也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)和廠用電造成影響。而這一問題,許多歐美國家已經(jīng)有了深入的認(rèn)識(shí),歐美及日本的多數(shù)電站也均不設(shè)有濾波器,也從未因此而造成電力系統(tǒng)的。

5 模擬式保護(hù)的種類及特點(diǎn)

5.1 電磁型保護(hù)

電磁型保護(hù)作為模擬式保護(hù)最為重要的一種,其主要應(yīng)用于一些中小型機(jī)組、變壓器、低壓線路等,其保護(hù)構(gòu)成以單元件繼電器為主,比如過流繼電器就能夠直接反映電流互感器二次電流有效值的大小而動(dòng)作,因而這類保護(hù)具有簡單、可靠的特點(diǎn)。其磁動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)多年實(shí)際運(yùn)行,在現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。因此只要堅(jiān)持定期校驗(yàn),嚴(yán)格控制其整定及調(diào)度,其動(dòng)作性能就能夠滿足設(shè)計(jì)和整定要求。

電磁型保護(hù)的主要缺點(diǎn)是原理簡單。一般只能反映電壓或電流等單一電氣量,其執(zhí)行元件也采用具有游絲、轉(zhuǎn)軸等轉(zhuǎn)動(dòng)部分的可動(dòng)機(jī)構(gòu)。并且該類保護(hù)一般為經(jīng)常勵(lì)磁,因而消耗的能量較大。另外,由于其原理簡單,極有這類保護(hù)的繼電器通常只能實(shí)現(xiàn)一種制動(dòng)特性。為躲開區(qū)外故障時(shí)的最大不平衡電流以保證選擇性就必須依靠增大定值來滿足要求,這也會(huì)大大降低其靈敏度,而對(duì)于靠近發(fā)電機(jī)中心點(diǎn)側(cè)的相間短路則不能動(dòng)作。

5.2 集成型保護(hù)

集成型保護(hù)同樣也是模擬式保護(hù)的一種,這類保護(hù)隨著系統(tǒng)容量的增大對(duì)保護(hù)提出了更高的要求,所構(gòu)成的電路也要相對(duì)復(fù)雜以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的保護(hù)邏輯。由于集成電路保護(hù)其構(gòu)成邏輯靠硬件電路來實(shí)現(xiàn),因而對(duì)構(gòu)成元件的質(zhì)量要求很高?？垢蓴_性能、電源質(zhì)量都要經(jīng)受住現(xiàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境的考驗(yàn)。實(shí)踐證明,盡管集成電路保護(hù)依據(jù)的原理十分先進(jìn),功能比較齊全,但由于元器件本身質(zhì)量不過關(guān),抗干擾性能較差,因而在其投入生產(chǎn)不久后就出現(xiàn)頻繁誤動(dòng)、發(fā)異常信號(hào)等現(xiàn)象。又因?yàn)槠渚哂姓{(diào)試復(fù)雜,要求現(xiàn)場人員理論、操作水平相對(duì)較高。因而很容易就會(huì)被微機(jī)保護(hù)所取代。

電力作為現(xiàn)階段最為重要的能源之一,居民的日常生產(chǎn)生活離不開電力系統(tǒng)的支持,通過發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障進(jìn)行計(jì)算分析,對(duì)勵(lì)磁變壓器的選擇、電氣二次設(shè)備狀態(tài)檢修以及SFC的諧波等問題進(jìn)行深入的分析,對(duì)保證我國電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]李志榮,王日龍,劉潤華.再談《對(duì)電氣符號(hào)新標(biāo)準(zhǔn)的理解》[J].電氣時(shí)代,2001(3).

[2孫國彬.互感器二次回路故障分析與防范措施[J].大眾用電,2006(3).