河曲電廠發(fā)變組非電量保護(hù)分析

樊靜波

摘 要：電氣量保護(hù)是通過電流互感器、電壓互感器的二次采樣值反映設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，當(dāng)采樣值與設(shè)定的保護(hù)定值有差異時(shí)，經(jīng)過邏輯換算并動(dòng)作于跳閘的保護(hù)模式；而非電量保護(hù)是更直接地反映設(shè)備正常運(yùn)行與異常運(yùn)行有關(guān)的非電氣量，即非電氣量保護(hù)是通過干接點(diǎn)的位置變化來實(shí)現(xiàn)跳閘的保護(hù)模式。經(jīng)常接觸到的非電氣量保護(hù)有瓦斯保護(hù)和發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)等，本文簡要分析這幾種保護(hù)的工作原理、實(shí)際遇到的問題。

關(guān)鍵詞：非電量保護(hù)；瓦斯保護(hù)；發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)

中圖分類號：TM772 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）03-0122-03

Abstract： The electric quantity protection is through two sampling value of the current transformer， the voltage transformer to reflect the actual operation situation of the equipment， when the sampling value is different from the setting value， logic conversion and action in trip protection mode； The non electricity protection is non electrical quantity that more directly reflect the normal operation of the equipment and abnormal operation， that is， the protection of non electrical quantity is achieved by the change of the position of the dry contact to achieve the trip protection mode. The non electric quantity protection which is frequently exposed to has the gas protection and generator cooling water protection and so on， this paper briefly analyzed the working principle of these protections， the problems in practice.

Keywords： non electricity protection；gas protection；generator cooling water protection

變壓器最重要的保護(hù)是瓦斯保護(hù)，通過瓦斯繼電器觸點(diǎn)的變化來實(shí)現(xiàn)對變壓器本體的保護(hù)。瓦斯繼電器又稱氣體繼電器，當(dāng)在變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微的匝間、層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化引起的經(jīng)電弧電阻的接地短路和油面下降等故障，由于故障點(diǎn)電流和電弧的作用，將使得變壓器油及其他絕緣材料因局部受熱而分解產(chǎn)生氣體，因氣體比較輕，他們將從油箱流向油枕的上部。當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，油會(huì)迅速膨脹并產(chǎn)生大量的氣體，此時(shí)將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。利用變壓器油箱內(nèi)部故障的這一特點(diǎn)，可以構(gòu)成反應(yīng)輕瓦斯和重瓦斯動(dòng)作的保護(hù)裝置，稱為瓦斯保護(hù)。

氣體繼電器是構(gòu)成變壓器瓦斯保護(hù)的主要保護(hù)元件，安裝在油箱與油枕之間的連接管道上，這樣當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，所產(chǎn)生的氣體必須通過氣體繼電器才能流向油枕。為了保證氣體的正常流通，變壓器的安裝應(yīng)使得頂蓋沿氣體繼電器的方向與水平有1.0%～1.5%的升高坡度，并且要使得通往氣體繼電器的連接管有2%～4%的升高坡度[1]。

1 變壓器瓦斯繼電器介紹

河曲電廠使用的是QJ-80型開口杯擋板式氣體繼電器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1。

1.1 QJ-80型開口杯擋板式氣體繼電器工作原理

正常運(yùn)行時(shí)，開口杯都浸在變壓器油中，開口杯和附

件在油中的重力所產(chǎn)生的力矩小于重錘所產(chǎn)生的力矩，

因此開口杯向上傾，干簧觸點(diǎn)斷開。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，少量的氣體上升后逐漸聚集在繼電器的上部，迫使油面下降。而使上開口杯露出油面，此時(shí)由于浮力的減小，開口杯和附件在空氣中的重力加上杯內(nèi)油重所產(chǎn)生的力矩大于平衡錘所產(chǎn)生的力矩，于是開口杯順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)永久磁鐵靠近干簧觸點(diǎn)，使得觸點(diǎn)閉合，發(fā)出“輕瓦斯”保護(hù)動(dòng)作信號。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，大量氣體和油流直接沖擊擋板，帶動(dòng)永久磁鐵靠近下部干簧的觸點(diǎn)使之閉合，發(fā)出跳閘脈沖，表示“重瓦斯”保護(hù)動(dòng)作。變壓器瓦斯保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)之一，與變壓器差動(dòng)保護(hù)相互配合、相互補(bǔ)充，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、靈敏地切除變壓器油箱內(nèi)部、外部及引出線上發(fā)生的各種故障。

河曲電廠QJ-80型瓦斯繼電器的保護(hù)定值設(shè)定為：輕瓦斯保護(hù)250cm3，重瓦斯保護(hù)1.5m/s，而壓力釋放保護(hù)定值為55kPa，這些保護(hù)都是有關(guān)變壓器的主要保護(hù)。同時(shí)，根據(jù)其他電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和河曲電廠的實(shí)際運(yùn)行情況，在1號機(jī)組小修期間，河曲電廠將一部分非電量保護(hù)定值的出口方式進(jìn)行了更改，其中包括壓力釋放保護(hù)、繞組溫高跳閘保護(hù)和油溫高跳閘保護(hù)等。經(jīng)過仔細(xì)分析不難發(fā)現(xiàn)，更改定值提高了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。壓力釋放保護(hù)是通過壓力釋放閥的開啟來實(shí)現(xiàn)對變壓器本體的保護(hù)。當(dāng)變壓器內(nèi)部有大量氣體積聚或者油溫過高導(dǎo)致變壓器內(nèi)部壓力高于壓力釋放閥的開啟壓力（河曲電廠壓力釋放定值為55kPa），此時(shí)壓力釋放閥將開啟并釋放變壓器內(nèi)部壓力。當(dāng)內(nèi)部壓力恢復(fù)到壓力釋放啟動(dòng)值的30%～45%時(shí)，關(guān)閉壓力釋放閥。而此時(shí)在55kPa的壓力作用下，變壓器內(nèi)部油流已經(jīng)通過連接管撞擊氣體繼電器的擋板使得重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，發(fā)出跳閘指令。可以這樣說，在壓力釋放閥沒有開啟的時(shí)候，變壓器油流已經(jīng)撞擊了氣體繼電器的擋板，使得變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，可見瓦斯保護(hù)比壓力釋放保護(hù)更快、更靈敏地反映了變壓器的異常運(yùn)行，從而保護(hù)了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 QJ-80型開口杯擋板式氣體繼電器的維護(hù)

為了保證氣體繼電器的正確動(dòng)作，應(yīng)對投入運(yùn)行的氣體繼電器經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后進(jìn)行定期和不定期的檢查和維護(hù)，針對氣體繼電器對變壓器保護(hù)的不同方式進(jìn)行不同的檢查與校正。對于輕瓦斯保護(hù)來說，要對氣體繼電器的氣體容積量進(jìn)行調(diào)整。通過改變輕瓦斯保護(hù)的干簧觸點(diǎn)的不同位置，就可以調(diào)節(jié)信號觸點(diǎn)動(dòng)作的氣體容積，氣體繼電器的干簧觸點(diǎn)向上移動(dòng)使得氣體容積量減少，向下移動(dòng)則使得氣體容積量增大。調(diào)整好干簧觸點(diǎn)后一定要擰緊鎖牢螺釘。對于重瓦斯保護(hù)來說，要調(diào)整氣體繼電器的油速調(diào)整和擋板旋轉(zhuǎn)角。通過調(diào)節(jié)與彈簧連接的調(diào)節(jié)桿，可以改變擋板彈簧的拉力，從而可以改變跳閘接點(diǎn)動(dòng)作的油流速度，調(diào)整后應(yīng)鎖牢螺母。但是，動(dòng)作油流速度的整定工作應(yīng)由廠家或者有資質(zhì)的專業(yè)人員在專用流速校驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行；通過調(diào)節(jié)止擋板螺釘才可以對擋板的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行調(diào)節(jié)，也就是通過調(diào)節(jié)磁鐵與干簧觸點(diǎn)間的距離（可以調(diào)節(jié)到0.5～1.0mm），借以保證干簧觸點(diǎn)的可靠開閉。

對于變壓器的定期維護(hù)已有明確的規(guī)定：①變壓器的氣體繼電器應(yīng)每年進(jìn)行一次外觀檢查以及信號回路的可靠性和跳閘回路的可靠性檢查；②對于已經(jīng)運(yùn)行的變壓器氣體繼電器應(yīng)每2年開蓋一次，進(jìn)行氣體繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)作可靠性的檢查；③對于已經(jīng)運(yùn)行的變壓器氣體繼電器應(yīng)每5年進(jìn)行一次工頻耐壓試驗(yàn)。在檢修變壓器氣體繼電器時(shí)，主要是檢查油杯是否靈活，干簧觸點(diǎn)閉合和斷開是否正確；觀察觸點(diǎn)開斷時(shí)觸點(diǎn)處的火花是否正常，觸點(diǎn)有無黏住現(xiàn)象；接線板的絕緣是否良好；接線板、放油口、試驗(yàn)頂桿和兩端法蘭等處是否有滲油現(xiàn)象。特別要注意的是，平衡錘和擋板的位置是可以調(diào)節(jié)的，但是不在檢修時(shí)不可以隨意進(jìn)行調(diào)節(jié)。裝復(fù)氣體繼電器時(shí)，要注意外殼上的箭頭方向應(yīng)從油箱指向油枕，不允許裝反。當(dāng)安裝完畢后，應(yīng)用試驗(yàn)頂桿試驗(yàn)上下油杯的動(dòng)作是否靈活。這樣就完成了油浸式變壓器氣體繼電器的檢修和維護(hù)。

2 發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)

除了變壓器瓦斯保護(hù)外，還有一種重要的非電量保護(hù)就是發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)。

河曲電廠發(fā)電機(jī)采用的是定子水內(nèi)冷、定子鐵芯氫冷和轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷方式。對于水冷機(jī)組來說，要注意以下基本要求：①額定的定子繞組的冷卻水流量；②控制進(jìn)入定子繞組的冷卻水溫度達(dá)到要求值；③保證冷卻水的水質(zhì)，一般要求冷卻水的電導(dǎo)率低于5μs/cm（μs：西門子），最高不大于10μs/cm（25℃時(shí)）。而發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)是否啟動(dòng)，主要取決于額定的定子繞組的冷卻水流量。當(dāng)冷卻水流量發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)。河曲電廠定子冷卻水的流量定值為63t/h，通過安裝在定子冷卻水泵管路上的3個(gè)流量檢測裝置，進(jìn)行三取二的判斷后，啟動(dòng)壓差開關(guān)使得發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)啟動(dòng)。在啟動(dòng)的同時(shí)非電量保護(hù)又對發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)有一個(gè)30s延時(shí)的判斷，若在30s延時(shí)內(nèi)定子冷卻水的流量可以恢復(fù)，則不會(huì)通過發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)進(jìn)行程序跳閘；若在30s延時(shí)內(nèi)定子冷卻水的流量還未恢復(fù)到流量設(shè)定值，則會(huì)通過發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)進(jìn)行程序跳閘，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)定子繞組及其他運(yùn)行設(shè)備的保護(hù)[2]。

提到發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)就要提到程序跳閘，所謂程序跳閘，就是在關(guān)閉汽機(jī)主汽門，待確認(rèn)沒有蒸汽通過汽機(jī)后再動(dòng)作于“發(fā)電機(jī)全?！?，而“發(fā)電機(jī)全停”還是需要通過電氣量逆功率保護(hù)來實(shí)現(xiàn)的。真正對非電量保護(hù)和程序跳閘有更深的認(rèn)識是通過1號機(jī)組小修時(shí)，熱控專業(yè)的機(jī)爐電大聯(lián)鎖試驗(yàn)。在試驗(yàn)做到電跳機(jī)再跳爐的聯(lián)鎖時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果沒有按照聯(lián)鎖預(yù)定的方式跳閘。由于當(dāng)時(shí)對整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)聯(lián)系還不是很熟悉，沒有很快地分析出問題的關(guān)鍵點(diǎn)，沒有作出正確的判斷。通過這件事情有以下的認(rèn)識，聯(lián)鎖試驗(yàn)措施雖然模擬機(jī)組帶15%的負(fù)荷，也通過停掉定子冷卻水泵啟動(dòng)了發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)，并延時(shí)30s啟動(dòng)了程序跳閘，就是不能夠出口跳閘。首先，發(fā)電機(jī)斷冷卻水保護(hù)啟動(dòng)了程序跳閘，并且閉鎖了熱工保護(hù)，無法通過熱工保護(hù)實(shí)現(xiàn)出口跳閘；其次，雖然模擬了機(jī)組帶15%的負(fù)荷，但是程序跳閘并且動(dòng)作于出口還需電氣量的配合才能夠?qū)崿F(xiàn)，而實(shí)現(xiàn)出口跳閘的前提是機(jī)組在并網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下并啟動(dòng)逆功率保護(hù)才可以跳閘。通過這件事情學(xué)會(huì)了很多如何分析問題的方式和解決問題的方法，同時(shí)也看到了試驗(yàn)方式下保護(hù)啟動(dòng)跳閘方式與機(jī)組正常運(yùn)行情況下保護(hù)啟動(dòng)跳閘方式的不同。

3 結(jié)語

發(fā)變組非電量保護(hù)在電力安全生產(chǎn)中起到非常重要的作用，為確保河曲電廠機(jī)組的安全穩(wěn)定生產(chǎn)，需要從各個(gè)環(huán)節(jié)對發(fā)變組非電量保護(hù)進(jìn)行掌握。即深入學(xué)習(xí)發(fā)變組非電量啟動(dòng)元件的原理、結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式以及回路的組成，加強(qiáng)對發(fā)變組非電量啟動(dòng)元件的日常維護(hù)和定期維護(hù)，以便發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

[1]華東六省一市電機(jī)工程學(xué)會(huì).電氣設(shè)備及其系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]劉志青.火力發(fā)電職業(yè)技能培訓(xùn)教材：電氣設(shè)備檢修[M].北京：中國電力出版社，2005.