水輪發(fā)電機(jī)組保護(hù)若干技術(shù)問題探討

裴文明 茍宏軍

摘要：本文針對水輪發(fā)電機(jī)組保護(hù)若干問題進(jìn)行了探討，包括水輪發(fā)電機(jī)組保護(hù)及征訂研究的現(xiàn)狀，對水電站水輪發(fā)電機(jī)組運行設(shè)備的定期檢修分析，以及對水電站水輪機(jī)組運行設(shè)備的狀態(tài)檢修進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)狀；檢修；狀態(tài)檢修

1.前言

我們具有豐富的水資源，是大力推動水電事業(yè)發(fā)展的先天條件，水輪發(fā)電機(jī)起著至關(guān)重要的作用，所以需要對水輪發(fā)電機(jī)配置完善的繼電保護(hù)。

2.水輪發(fā)電機(jī)組保護(hù)及整定研究現(xiàn)狀

水輪發(fā)電機(jī)通常與主變壓器形成單元連接形成變壓器聯(lián)動系統(tǒng)，需要按照變壓器-傳動組保護(hù)設(shè)計和配置的一般原則進(jìn)行保護(hù)和配置。目前，針對發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的配置形成了多種典型的配置方案。

水力發(fā)電機(jī)不僅具有各種故障，而且還具有各種不正常的運行條件。因此，水力發(fā)電機(jī)的保護(hù)可能多達(dá)十幾種。每種保護(hù)類型都針對故障或不正常的運行條件。明確分工，相互配合，確保發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運行。發(fā)電機(jī)的故障主要包括發(fā)電機(jī)定子側(cè)的故障和轉(zhuǎn)子側(cè)的故障。定子側(cè)的故障包括繞組之間的相間故障，匝間故障和定子繞組中的單相接地故障。轉(zhuǎn)子側(cè)故障包括轉(zhuǎn)子繞組的一點接地和轉(zhuǎn)子繞組的兩點接地故障以及轉(zhuǎn)子勵磁回路的故障。發(fā)電機(jī)的異常運行狀態(tài)主要包括以下狀態(tài)：定子繞組因外部短路而導(dǎo)致的過電流；由于外部非對稱短路和不對稱，發(fā)電機(jī)的負(fù)序過流和過載；對稱過載引起的過載；甩負(fù)荷造成的過電壓；勵磁回路過大或勵磁時間過長會導(dǎo)致勵磁繞組過載。

以下是基于故障和異常操作條件的一般發(fā)電機(jī)保護(hù)配置列表：

1）針對定子繞組之間短路的差動保護(hù)。

2）防止定子繞組匝間短路，如零序保護(hù)和縱向零序電壓保護(hù)。

3）為保護(hù)定子單相接地故障，如基波的零序電壓保護(hù)和三次諧波的零序電壓保護(hù)，共同構(gòu)成100%定子單相接地保護(hù)。

4）防止轉(zhuǎn)子單點和雙點接地故障，如乒乓開關(guān)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。

5）低勵磁磁故障的低勵磁保護(hù)。

6）發(fā)電機(jī)外部故障不及時后備用保護(hù)，如復(fù)合電壓引起的過流保護(hù)。

7）定子過載保護(hù)，防止定子繞組過載。

8）由于非對稱操作引起的負(fù)序過電流的負(fù)序過流保護(hù)。

9）過電壓或低頻過激勵引起的過勵磁保護(hù)。

10）逆功率運行時渦輪葉片的逆功率保護(hù)受損。

11）發(fā)電機(jī)的其他異常運行情況，如頻率異常，失步運行和其他頻率保護(hù)和失步保護(hù)的配置。

2.2水輪發(fā)電機(jī)的保護(hù)設(shè)計與整定問題

除了考慮發(fā)電機(jī)中可能發(fā)生的各種故障和異常運行條件之外，在水輪發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置設(shè)計中還有許多因素需要考慮。例如，發(fā)電機(jī)的容量，發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)（繞組結(jié)構(gòu)等）；發(fā)電機(jī)的中性點接地，無論是配電變壓器接地還是高阻或滅弧線圈接地；發(fā)生器的勵磁系統(tǒng)是他的。勵磁也是自諧振的；保護(hù)裝置中使用的電壓互感器和電流互感器的類型和安裝位置。這些影響了保護(hù)的具體配置和設(shè)定計算工作中固定值的確定。

另外，水力發(fā)電機(jī)的一個重要特征是定子繞組通常具有多個分支并且其內(nèi)部故障是多種多樣的。配置針對這些各種內(nèi)部故障的完整主保護(hù)并不容易。根據(jù)發(fā)電機(jī)定子繞組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形成內(nèi)部故障的故障集是發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障模擬的重要問題之一。準(zhǔn)確有效的內(nèi)部故障模擬計算可為主保護(hù)設(shè)定計算提供可靠依據(jù)，并有助于靈敏度驗證。對于其他保護(hù)，還需要進(jìn)行設(shè)置計算和靈敏度檢查，以確保發(fā)電機(jī)根據(jù)發(fā)電機(jī)的具體條件和運行條件安全穩(wěn)定地運行。如果設(shè)置值不合適，會導(dǎo)致保護(hù)失效或拒收率增加，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的正常運行。

3.水電站水輪機(jī)組運行設(shè)備的定期檢修分析

定期檢修制度具有一定的科學(xué)性，并且已經(jīng)有了大量的關(guān)于機(jī)組運行的數(shù)據(jù)。經(jīng)過認(rèn)真詳細(xì)的分析和總結(jié)，根據(jù)單元運行失敗的時間間隔來確定維護(hù)和修理周期。一般情況下，水輪發(fā)電機(jī)組的檢修要盡可能在干燥季節(jié)安排，發(fā)電機(jī)組的損失可以通過損失小時數(shù)降至最低。對于電網(wǎng)來說，只要有足夠的剩余容量，一些單位會被徹底檢修。這很好。

另一方面，由于時間充足，綜合考慮各種條件，定期維護(hù)和大修可以處理水輪發(fā)電機(jī)組的一些不可檢測的缺陷，例如：空化磨損，機(jī)械聯(lián)軸器的螺栓斷裂和流道水。建筑物受損等。如果在雨季發(fā)現(xiàn)這些缺陷計劃進(jìn)行維護(hù)，發(fā)電量的損失將會增加。

因此，在干燥季節(jié)對機(jī)組進(jìn)行大修時，一般的小故障和缺陷需要重新處理，而在汛期，機(jī)組可以產(chǎn)生更多的動力，產(chǎn)生更少的動力，并獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。定期進(jìn)行維護(hù)和大修，有計劃，有針對性地進(jìn)行維護(hù)和維修管理工作，但要掌握長期運行設(shè)備的損壞，維護(hù)和更換周期往往是困難的。

4.水電站水輪機(jī)組運行設(shè)備的狀態(tài)檢修分析

水輪發(fā)電機(jī)組的所謂條件檢修（或稱診斷和修理）是使用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對水輪發(fā)電機(jī)組的運行狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行全面記錄，監(jiān)控，檢測，分析和預(yù)測。發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行異常時，科學(xué)判斷或診斷，并提供可靠的報告作為水輪發(fā)電機(jī)組檢修的依據(jù)。此時，水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行大修，以確保機(jī)組安全穩(wěn)定。只要計算機(jī)的所有傳感元件都是可靠的，檢測到的數(shù)據(jù)是真實的，并且在重要部件中配置兩用自動感測元件。即使自動感應(yīng)元件發(fā)生故障，計算機(jī)監(jiān)控專家系統(tǒng)也可以做出準(zhǔn)確的判斷。處理不會影響設(shè)備的安全操作。

為了實現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)檢測和檢修，必須事先確定一個標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)設(shè)備狀態(tài)改變達(dá)到或超過此標(biāo)準(zhǔn)時，確定設(shè)備將被檢修。嚴(yán)格來說，每個設(shè)備和每個設(shè)備的每個參數(shù)或索引都需要標(biāo)準(zhǔn)化。機(jī)械振動評估的標(biāo)準(zhǔn)是判斷機(jī)組的振動程度和是否需要檢修。判斷標(biāo)準(zhǔn)有兩個條件：一是設(shè)備的綜合指標(biāo)。個別指標(biāo)是指示設(shè)備狀態(tài)的基礎(chǔ)，需要逐一制定。個別指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)限值，需要重新檢修；綜合指標(biāo)是指單個設(shè)備或組件的多個指標(biāo)，也指一個組合設(shè)備的多個指標(biāo)，如一個單位。振動，汽蝕，軸承等。其次是設(shè)備的單個指示器。最終，哪些指標(biāo)決定了維護(hù)或決策維護(hù)的規(guī)模取決于具體情況。

當(dāng)導(dǎo)致狀態(tài)變化的原因，機(jī)制和影響因素得到正確認(rèn)識和判斷時，可以使用自動檢查和維護(hù)。即由狀態(tài)診斷專家進(jìn)行的系統(tǒng)診斷分析決定是否需要維護(hù)，但自動方法的使用必須具備完整，完整的狀態(tài)診斷專家系統(tǒng)，否則只有工程師才能根據(jù)所提供的數(shù)據(jù)確定是否進(jìn)行檢修監(jiān)控系統(tǒng)以及檢修和大修技術(shù)的內(nèi)容。這也是各種水電站廣泛使用的方法，并且根據(jù)狀態(tài)診斷方法也可以不同。為了實現(xiàn)分階段實施，即首先執(zhí)行手動狀態(tài)診斷模式，同時積累用于自動模式狀態(tài)診斷的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)；當(dāng)技術(shù)各方面都成熟時，實現(xiàn)自動模式狀態(tài)診斷。

從以上可以看出，現(xiàn)狀檢修仍處于國內(nèi)水電系統(tǒng)的初級階段。它還不成熟，缺乏經(jīng)驗，還有很多研究工作要做。我們必須對此有清晰的認(rèn)識。定期維護(hù)已經(jīng)進(jìn)行了很多年。對水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行有條件的檢修也是有風(fēng)險的。如果沒有按照預(yù)期執(zhí)行基于狀態(tài)的維護(hù)，可能會有許多意想不到的后果。安全第一是確保經(jīng)濟(jì)效益的先決條件。

5.結(jié)束語

隨著水利事業(yè)的發(fā)展，水輪發(fā)電機(jī)組已經(jīng)成為水利發(fā)電的主要力量，但是水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，所以要根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組的特性進(jìn)行檢修。

參考文獻(xiàn)：

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