繼電保護裝置在發(fā)電廠中的應用分析

田 倫

（貴州烏江水電開發(fā)有限責任公司索風營發(fā)電廠，貴陽 550000）

1 引言

繼電保護裝置是發(fā)電廠中起安全保護作用的基礎設施之一。繼電保護裝置在發(fā)電廠運行時設備出現(xiàn)故障的情況下，可以自動檢測故障，并及時發(fā)出警報，然后對進行故障隔離。但是，繼電保護裝置自身在使用的過程中也會出現(xiàn)各種問題。所以，研究并分析繼電保護裝置的性能和工作原理，并及時對繼電保護裝置進行故障檢測與相應維修，才能更好地將繼電保護裝置應用于發(fā)電廠中，保障發(fā)電廠的正常工作。

2 繼電保護裝置的基本性能與工作原理分析

2.1 繼電保護裝置的基本性能

繼電保護裝置具有選擇性、速動性、靈敏性和可靠性等基本特性。其中，選擇性是指繼電保護裝置在識別故障時能進行決策判斷，可以根據(jù)具體情況判斷是先斷開故障設備還是先斷開故障路線；速動性是指繼電保護裝置在切除故障時的反應速度很快，能使系統(tǒng)受到的損害降到最?。混`敏性是指電流與電壓能在允許的范圍內(nèi)發(fā)生變化，但一旦電流超過該范圍，則裝置會被啟動；可靠性是指繼電保護裝置對故障發(fā)出的動作絕對準確，且就不會發(fā)出錯誤的動作。

2.2 繼電保護裝置的工作原理

繼電保護裝置的工作原理就是根據(jù)電壓參數(shù)或電流的變化識別故障。繼電保護裝置由取樣單元、比較鑒別單元、處理單元、執(zhí)行單元、控制單元和操作單元等六大單元組成，如圖1所示。其中，取樣單元將電力系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)化成下一級單元可接收識別的信號，將信號與設定數(shù)據(jù)進行比較后，將信號傳遞給比較鑒別單元，比較鑒別單元一旦發(fā)現(xiàn)接收到的電流信號達到電流整定值，則將斷路器斷開的信號傳遞給處理單元，處理單元根據(jù)接收到的指示進行相應的斷電等處理，執(zhí)行單元則負責故障的處理，控制和操作電源。

圖1 繼電保護裝置構成圖

3 繼電保護裝置在發(fā)電廠中的應用

繼電保護裝置在發(fā)電廠中的應用實際體現(xiàn)為對發(fā)電機變壓器的保護、對發(fā)電廠電力系統(tǒng)的保護、對發(fā)電廠直流系統(tǒng)的保護這三個方面上。

3.1 保護發(fā)電機變壓器組

運用繼電保護裝置在保護發(fā)電變壓器組時，需要根據(jù)機組的型號進行繼電保護著的選擇，并且在安裝前，需要結(jié)合電廠實際，在確保機組的高配置、靈敏度、選擇性、可靠性和安全性的情況下，合理設計繼電保護裝置方案。此外，還需要考慮繼電保護裝置的經(jīng)濟性和其維護問題。

3.2 保護發(fā)電廠電力系統(tǒng)

運用繼電保護裝置保護發(fā)電廠的電力系統(tǒng)時，需要考慮綜合配合性這一問題，即適當減少二次電纜的數(shù)量，提高電力網(wǎng)絡系統(tǒng)的整體自動化水平。若電廠采用“2低壓機組配置+1用電監(jiān)控系統(tǒng)”模式，應將上層的DCS與電監(jiān)控系統(tǒng)相連接，然后通過通信網(wǎng)絡再對下層的繼電保護裝置進行連接。除此之外，也可對DCS 或監(jiān)控系統(tǒng)進行利用，從而采集并傳輸廠用電系統(tǒng)電度量。

3.3 保護發(fā)電廠直流系統(tǒng)

直流系統(tǒng)為發(fā)電廠中的保護、開關和自動裝置等提供直流電，因此直流系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定性對于發(fā)電廠來說至關重要。運用繼電保護裝置對發(fā)電廠的直流系統(tǒng)進行保護時，需要注意電氣一次系統(tǒng)的分區(qū)配置和直流供電系統(tǒng)的距離。

3.4 黃河拉西瓦水電站繼電保護裝置的實例分析

黃河拉西瓦水電站總裝機容量4200MW，具備6臺單機額定容量為700MW的混流式水輪發(fā)電機組。發(fā)電機出口電壓為18kV，設有發(fā)電機出口斷路器，用容量為800MVA的單相變壓器作為主變壓器。電設有三回出線，一回作為備用，電壓為750kV。發(fā)電機與變壓器組之間采用聯(lián)合單元接線，750kV設備采用32混合接線。發(fā)電機中性點接地方式為經(jīng)配電變壓器接地。

3.4.1 發(fā)電機主保護配置

由于零序電流型橫差保護、不完全縱差保護、裂相差動保護可以彌補完全縱差保護不足對定子繞組匝間短路和開焊故障無能為力的不足，對相間短路也能很好地反應，因此，拉西瓦水電站機組保護配置中，發(fā)電機的主保護采用“兩橫一縱”的配置方案。引出3個中性點并裝設分之電流互感器，在由“不完全裂相橫差+不完全縱差”構成的“一橫一縱”格局的基礎上，增加一套零序電流型橫差保護，形成“兩橫一縱”格局。該配置方案成本低且有助于提高主保護配置方案的性能。

3.4.2 定子一點接地保護

拉西瓦水電站機組經(jīng)配電變壓器高阻接地，且對地電容大，因此該水電站機組定子接地保護構成方案由以下兩套組成：（1）基波零序電壓式原理定子接地保護和三次諧波電壓式原理定子接地保護；（2）注入20HZ電源式定子接地保護。

3.4.3 過負荷保護

過負荷保護是指發(fā)電機長時間超過額定負荷運行時作用于信號的保護。中小型發(fā)電機只裝設定子過負荷保護；大型發(fā)電機應分別裝設定子過負荷和勵磁繞組過負荷保護。

4 繼電保護裝置的常見故障與維修

4.1 繼電保護裝置的常見故障

繼電保護裝置中的常見故障有以下三種：電壓互感器（PT）的二次回路故障、電磁系統(tǒng)鉚裝件的變形、繼電器的觸點故障。其中，電壓互感器（PT）的二次回路故障主要體現(xiàn)為PT二次中性點接地異常、中性點不接地（虛擬存?。┗蚨帱c接地性能異常和PT開口三角電壓回路異常。繼電器的觸點故障主要集中于觸頭材料的類型不同，電壓和電流的值不同等問題上。電磁系統(tǒng)鉚裝件的變形會影給下道工序的裝配或調(diào)整，導致下道工序嚴重變形甚至報廢，從而影響保護設備的正常運行。

4.2 繼電保護裝置常見故障的維修

繼電保護裝置常見故障的維修補救措施主要有以下幾種：替代法、交叉引用法、短路確認法。

4.2.1 替代法

替代法是一種基于微處理器的繼電器保護設備的故障分析而得來的常見故障維修方法，具體是指用相同的元素對繼電保護裝置進行故障排除。這種方法的優(yōu)點在于，使用該方法的工作人員可以迅速縮小故障發(fā)生范圍繼而找到故障，其缺點是常用組件需要靠更復雜的電路保護裝置和故障排除的數(shù)量來確定。

4.2.2 交叉引用法

交叉引用法是指通過正常的同型號同規(guī)格的設備技術參數(shù)的校準報告，在較大的差異的情況下進行比較故障點，但不能確定故障的原因。該方法的可操作性和實際效率均較低，且由于難以對測試值和設定值時的保護裝置進行調(diào)整，需要工作人員利用循環(huán)恒定奇偶檢測儀器來進行維修，從而證實故障。

4.2.3 短路確認法

短路確認法是指利用電路短路來快速確認繼電保護系統(tǒng)中故障的所在位置，是一種常用且高效的故障排除手段。運用短路確認法時，需要將第一次級電路的位置依次除去，將其接成回路的狀態(tài)。這樣，一旦出現(xiàn)故障，這個循環(huán)也就會隨之出現(xiàn)問題。

5 結(jié)語

繼電保護裝置能夠及時檢測、感知并切除故障，最大程度地降低系統(tǒng)故障的不良影響，在發(fā)電廠中起到至關重要的作用。在繼電保護裝置配置的過程中，不僅要結(jié)合電廠的實際情況，根據(jù)具體電力網(wǎng)絡系統(tǒng)，確保裝置性能的可靠性的基礎上，設計有效的繼電保護方案，更要在后期對其進行自身故障確認和維修，以期能最大效益地發(fā)揮繼電保護裝置的保護作用。

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