淺析小型水電站繼電保護技術(shù)改進措施

高 瞻，吳 磊，侯文茹（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都610072）

淺析小型水電站繼電保護技術(shù)改進措施

高 瞻，吳 磊，侯文茹（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都610072）

我國面積廣闊，地形復(fù)雜，所以小型水電站分布的比較多。隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對于小型水電站的要求日益提高。小型水電站的繼電保護技術(shù)是其中一項非常重要的技術(shù)，本文將結(jié)合當前小型水電站繼電保護的實際情況，具體分析小型水輪發(fā)電機組繼電保護中存在的主要問題，提出相應(yīng)的技術(shù)改進措施，有效地保證水力發(fā)電設(shè)備的安全運行，提高供用電的可靠性。

水電站；繼電保護；存在問題；技術(shù)改進；措施

1 前言

目前大多數(shù)小型水電站地處農(nóng)村偏遠地方，裝機容量小，發(fā)電機端電壓低，隨著電力系統(tǒng)輸配電網(wǎng)絡(luò)的逐步完善及用電設(shè)備對電能質(zhì)量要求的日益提高，小型水輪發(fā)電機組一般都與鄉(xiāng)鎮(zhèn)10kV電網(wǎng)并列運行，而很少作單機運行。但是，由于小型水輪發(fā)電機組的容量在電網(wǎng)中所占的比重甚微，系統(tǒng)不要求其承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)，故這些小水電站的發(fā)電機組在一般情況下，沒有設(shè)置一些自動裝置，比如自動調(diào)速器，繼電保護配置的也比較簡單。而且，因為小型水電站經(jīng)常距離35kV變電站較遠，為了減少投資，就很少使用專線進行輸電，10kV的輸電線路一般和農(nóng)村用戶10kV的配電線路一起使用。這樣，就比較容易在10kV的干線變電站出口到干線和電站支線的分支點之間的任意一個開關(guān)或者跌落式的熔斷器跳閘之后在這個開關(guān)線路上有欠頻率，過頻率，電壓等故障，會嚴重影響到用電設(shè)備安全運行。怎么樣才能避免這些現(xiàn)象的發(fā)生，其中確保機組和用電設(shè)備的安全，是小型水電站的發(fā)電機組需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

2 小型水電站繼電保護的應(yīng)用分析

繼電保護裝置是指安裝在被保護元件上，反應(yīng)被保護元件故障或不正常運行狀態(tài)并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置，是繼電保護系統(tǒng)最主要的控制部分，主要由電壓和電流互感器、繼電保護裝置、斷路器以及相應(yīng)的二次回路接線構(gòu)成。互感器的作用是將一次系統(tǒng)的大電流，高電壓變成二次系統(tǒng)小電流，低電壓，使二次設(shè)備和保護裝置小型化，方便安裝，并將二次系統(tǒng)和高電壓進行部分分離。由于互感器的二次側(cè)都接地，因此可以保證人員和設(shè)備的安全。

2.1 繼電保護配置

小型水電站的繼電保護選型設(shè)計時，就要考慮好繼電保護，測量，信號，控制，計量等裝置的相互配合，共同協(xié)調(diào)工作，根據(jù)水電站系統(tǒng)運行要求進行合理配置。繼電保護裝置的配置與整定計算應(yīng)充分考慮系統(tǒng)可能出現(xiàn)的不利情況，盡量避免在多重故障，復(fù)雜的情況下的繼電保護的錯誤動作，既要達到系統(tǒng)的要求，同時還要保護裝置充分的發(fā)揮效能，保障水電站的整個系統(tǒng)都處在高水平的運行狀態(tài)。

2.2 繼電保護的整定

小型水電站當中，繼電保護的整定要特別的重視和水電站當中，每個系統(tǒng)之間密切的配合。在整定計算結(jié)束之后，必須要模擬系統(tǒng)有可能出現(xiàn)的各種情況，要保證裝置的邏輯回路正確性可以得到驗證；在整定困難的時候，要在盡可能的避免損失的前提之下，設(shè)置解列點；當選擇性和靈敏性不能兼顧時，要首先保證其靈敏度，避免保護拒動。

2.3 繼電保護的運行

在設(shè)備運行之前要按照有關(guān)要求，完成常規(guī)保護傳動的實驗，同時要加強設(shè)備遙控，遙遙測，遙調(diào)，遙信的操作和驗收。在設(shè)備運行過程中，要加強對設(shè)備的巡視，全天候的保障繼電保護設(shè)備始終在正常運行，并要充分的利用故障的錄波手段方法，對繼電保護裝置的動作行為進行錄波和分析，從中找出薄弱環(huán)節(jié)、事故隱患，及時采取有效對策。同時操作運行人員本身也應(yīng)時刻提高警惕，在操作一次設(shè)備時應(yīng)采取防止繼電保護誤動的有效措施，避免運行的人員由于人為的原因造成“誤整定，誤碰，誤接線”等事故。

2.4 繼電保護的檢修

繼電保護在檢修的時候要合理的安排好檢修作業(yè)的程序，要盡可能的縮短檢修的時間；要對繼電保護裝置整定動作的情況進行認真地檢查；在電壓閉鎖與電壓切換回路，母線差動保護，斷路器的失靈保護，遠切，聯(lián)切，遠跳等有關(guān)的二次回路檢修的時候，要做好安全的隔離措施。

3 小型水電站繼電保護狀況

發(fā)電機在運行過程中有可能發(fā)生定子側(cè)的接地短路，定子繞組的相間短路等故障和轉(zhuǎn)子一點接地，失磁，過負荷等一些不正常的運行情況，在原則上要安裝保護的裝置，但是考慮到小型水電站的裝機容量比較小，設(shè)備簡單，為減少投資，一般情況下，只安裝了一些必要保護的裝置。當前，小型水電站當中，最為常見的一種成套的配電裝置是BKSF型和HFS型的配電屏，兩個配電屏都集保護，同期，控制等功能為一體。HFS型的配電屏保護裝置包括過電壓保護和定子繞組接地保護兩種類型，過電壓保護是延時動作于跳閘，定子繞組接地保護是瞬時動作于跳閘，BKSF型的配電屏保護裝置包含了過電壓保護以及三相過電流保護兩種，都是延時動作于跳閘。此外，為了防止機組在甩負荷的時候出現(xiàn)飛車，目前許多小水電站一般還裝有消能電阻自動投入裝置及自動關(guān)閉導(dǎo)水葉裝置，這兩種保護大多反應(yīng)于過電壓及保護出口繼電器動作而動作。

4 小型水電站繼電保護存在問題

由于小型水電站發(fā)電機組的繼電保護及自動裝置的配置相對簡單，難免使保護效果不盡完善，機組在運行過程中常出現(xiàn)以下兩方面問題：

4.1 使同線用戶遭受危險的過電壓

由于小型水電站輸電線路一般與10kV農(nóng)村配電線路共用，當10kV的線路站網(wǎng)在跳閘之后，假如電站一側(cè)的在線用戶的總負荷在小于電站即時出力，并且兩者差值還在一定的范圍之內(nèi)的時候，發(fā)電機的輸出電壓就會大幅度的升高，但是又不足以使過電壓保護動作，從而會使用電的設(shè)備儀器長時間的處在過電壓的狀態(tài)而被燒毀。按照有關(guān)規(guī)定，低壓水輪發(fā)電機的過電壓保護整定值是1.5～1.7倍額定的電壓，該電壓值對于大多數(shù)的用電設(shè)備都是難以接受的。近幾年來，一些小水電站就發(fā)生了因為發(fā)電機過電壓造成同線的用電設(shè)備出現(xiàn)燒毀，引起發(fā)電，供電，用電之間的矛盾。

4.2 用戶電源的頻率出現(xiàn)偏移，機組飛逸的轉(zhuǎn)速失控

一些小水電站帶有恒壓勵磁裝置，在10kV的線路站網(wǎng)跳閘之后，只要用戶負荷的電流達不到過電流保護整定值的，發(fā)電機保護裝置就不能正確動作，即使用戶電源電壓是基本恒定的，但是頻率偏離于額定值較大，也會給用戶造成損失；另一方面，由于反應(yīng)于過電壓及保護出口繼電器動作而動作的防止飛車裝置不能正常投入，使機組的飛逸轉(zhuǎn)速無法得到控制。

5 小型水電站繼電保護技術(shù)改進措施

5.1 適當?shù)慕档瓦^電壓保護整定值

在小型水電站安裝發(fā)電機的過電壓保護，其目的是為了防止發(fā)電機的定子繞組絕緣受到破壞，所以，整定值是按照定子繞組絕緣等級而確定的，通常為發(fā)電機的額定輸出電壓1.5～1.7倍。但是事實上，大多數(shù)的低壓水輪的發(fā)電機組勵磁裝置沒有攜帶滅磁開關(guān)，機組的過電壓保護就只能動作在跳開發(fā)電機的主開關(guān)，不能動作于減磁或者滅磁，然而在發(fā)電機的主開關(guān)跳開之后，如果定子繞組還不能避免過電壓危害，那僅動作在跳開發(fā)電機的主開關(guān)過電壓保護，對于保護發(fā)電機來說，就沒有實際的意義，但是它可以對同線的用戶用電的設(shè)備起到作用，只是整定值比較高。如果這樣，可以適當?shù)恼{(diào)低過電壓保護整定值，使其最大限度的保護同線的用戶。

5.2 增設(shè)高頻率、低頻率保護裝置

高頻率、低頻率保護裝置利用了其中的公共部分回路，高、低頻繼電器接于主開關(guān)電網(wǎng)側(cè)是為了防止保護裝置動作在機組并網(wǎng)之前。

因為對于并網(wǎng)的發(fā)電機組，正常運行的時候的頻率偏差和電網(wǎng)頻率偏差是相同的，最大的允許值是±0.5Hz，所以低頻率，高頻率的繼電器整定值可以分別設(shè)定為49Hz和51Hz左右，在保護動作的時候，頻率偏差就只是額定值的1%，此時，當10kV的線路站網(wǎng)在連結(jié)開關(guān)跳閘之后，只要用戶用電設(shè)備的負荷和電站即時出力有一點差異，低頻率或者高頻率的保護裝置就能動作。當發(fā)電機組出力高于用戶的負荷的時候，高頻率的保護動作，反之低頻率的保護動作。對于克服帶有恒壓勵磁功能的機組保護拒動非常有效，對于非恒壓的勵磁裝置的機組來說，保護的靈敏度也大為提高，因為若按勵磁裝置的調(diào)差率為5%，高頻率繼電器的整定值為51Hz計算，高頻率繼電器動作時，發(fā)電機的電壓值僅升高7%，遠低于過電壓保護的整定值。

6 結(jié)束語

小型水電站的繼電保護在通過采取上述技術(shù)的改進措施之后，10kV的線路站網(wǎng)在連結(jié)開關(guān)跳閘的時候，對同線用戶過電壓有效的進行了遏制，并且能夠在短時間之內(nèi)跳開發(fā)電機的主開關(guān)，使用戶的用電設(shè)備擺脫不正常的電源。在水電站安裝消能電阻和自動關(guān)閉的導(dǎo)水葉裝置，則發(fā)電機組的過電壓和飛逸的轉(zhuǎn)速可以得到有效的控制，就會大大提高電能質(zhì)量以及電網(wǎng)運行安全，避免了發(fā)電，供電，用電之間的矛盾。加強水電站的繼電保護工作是非常重要的，希望越來越多的專業(yè)技術(shù)人員可以加入到這方面的研究中來，給我國小型水電站的發(fā)展出一份力。這樣就可以提高小型水電站的運行質(zhì)量，保證運行安全，為地方經(jīng)濟的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻。

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TM77

A

2095-2066（2016）05-0083-02

2016-1-26

高 瞻（1986-），男，工程師，本科，主要從事水電站電氣二次設(shè)計等相關(guān)工作。