燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)研究

徐建康

摘要：在我國快速發(fā)展過程中，人們的生活質(zhì)量在不斷提高，對(duì)于燃煤發(fā)電廠的需求在不斷加大，煤電公司燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器組因線路短路、超負(fù)荷和電壓、電流不穩(wěn)定等問題，經(jīng)常發(fā)生故障。為了解決變壓器故障問題，設(shè)計(jì)了繼電保護(hù)措施。利用仿真模擬分析了保護(hù)的可靠性，仿真結(jié)果表明，變壓器組采用繼電保護(hù)能夠加強(qiáng)電網(wǎng)安全，提高燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器組工作穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：變壓器;繼電裝置;燃煤燃煤發(fā)電廠

引言

燃煤發(fā)電廠繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置是燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)保證燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)的正常運(yùn)行，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大起了重要作用。繼電保護(hù)是對(duì)燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進(jìn)行檢測，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。應(yīng)根據(jù)審定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則或?qū)彾ǖ南到y(tǒng)接線及要求進(jìn)行繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。

1 燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護(hù)的主要構(gòu)成

燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)在長時(shí)間的演變和發(fā)展下，已經(jīng)初步達(dá)到了理想的狀態(tài)，由過去老式的繼電保護(hù)系統(tǒng)到現(xiàn)在的微機(jī)型繼電保護(hù)裝置。這種繼電保護(hù)裝置的組成包括有幾個(gè)部分。第一部分，主要是負(fù)責(zé)采集燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)的信號(hào)裝置。收集并整理系統(tǒng)內(nèi)部的燃煤發(fā)電廠數(shù)值，再通過收集的數(shù)據(jù)通過進(jìn)行有效的傳遞，最后交給繼電保護(hù)裝置。第二部分，主要是負(fù)責(zé)處理燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)的信號(hào)。它可以把采集整理的信號(hào)進(jìn)行有效的處理，再把影響作用對(duì)其分類解決。第三部分，主要負(fù)責(zé)信號(hào)輸出任務(wù)。由于這部分比較關(guān)鍵，必須要確保輸出的信號(hào)要準(zhǔn)確無誤，確保燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)正常運(yùn)行工作。

2 燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 110kV線路保護(hù)配置方案

煤電公司燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器側(cè)的110kV線路采用繼電裝置保護(hù)。對(duì)每一回的110kV線路進(jìn)線側(cè)安裝GIS智能測控一體化保護(hù)裝置，并配置監(jiān)測參數(shù)性能表，通過性能監(jiān)測表能夠?qū)崟r(shí)掌握110kV線路運(yùn)行情況，若一旦發(fā)生短路、斷路或者其他故障，立即啟動(dòng)跳閘保護(hù)。在每一回線上配置了一整套相互獨(dú)立的繼電保護(hù)裝置，重新設(shè)定了線路合閘保護(hù)功能。每兩個(gè)回路的110kV線路配置一個(gè)保護(hù)柜，保護(hù)柜里安設(shè)有測量儀器儀表、控制集合型的設(shè)備、反應(yīng)執(zhí)行的元器件，通過EVT獲取線路中的電壓、電感等信息，反饋給智能終端，智能終端將要調(diào)控命令傳輸給GOOSE和SV網(wǎng)，保護(hù)裝置得到命令后立即執(zhí)行保護(hù)措施。

2.2 差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)中燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護(hù)裝置的差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)過程中，必須要遵循以下設(shè)計(jì)原則。首先在燃煤發(fā)電廠變壓器正常工作狀態(tài)下，需要使兩側(cè)的燃煤發(fā)電廠傳感裝置的環(huán)線連接正常。一般來說差動(dòng)繼電保護(hù)裝置的電流值為兩側(cè)電流傳感器的二次電流差值，一般都是接近為零的狀態(tài)。當(dāng)差動(dòng)繼電保護(hù)裝置不進(jìn)行工作時(shí)，保護(hù)作用也會(huì)停止。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些性能優(yōu)越的高新計(jì)算機(jī)芯板的運(yùn)用，使得差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)得到有效的進(jìn)行，從而使整體的運(yùn)行狀態(tài)得到更好的保護(hù)。

2.3 瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)

在瓦斯保護(hù)中，主要是對(duì)變壓器的內(nèi)部故障、匝間短路以及鐵芯故障進(jìn)行反映。在變壓器瓦斯保護(hù)當(dāng)中，瓦斯繼電器是其中的核心元件，并通過油枕同油箱間的瓦斯繼電器判斷在變壓器內(nèi)部當(dāng)中是否存在故障問題。當(dāng)變壓器發(fā)生輕微故障時(shí)，絕緣物在分解的過程中將以緩慢的方式形成氣體，并逐漸聚集到繼電器當(dāng)中，此時(shí)繼電器將發(fā)生動(dòng)作，閉合節(jié)點(diǎn)，該方式即稱之為輕瓦斯保護(hù)，該方式通常僅僅作為發(fā)信應(yīng)用，而不應(yīng)用在跳閘。如故障較為嚴(yán)重，在變壓器內(nèi)部，則將具有較多的氣體在油箱中存在，強(qiáng)烈油流也將因此沖擊繼電器，此時(shí)重瓦斯動(dòng)作節(jié)點(diǎn)則將閉合，在跳閘后發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，即為重瓦斯保護(hù)。

2.4 設(shè)計(jì)低壓變壓器在過電流時(shí)進(jìn)行保護(hù)裝置

一般情況下，如果是應(yīng)用三相式的變壓器時(shí)主要是在變壓器的低壓側(cè)，一旦在壓側(cè)出現(xiàn)短路時(shí)，或者是沒有發(fā)揮出阻抗保護(hù)時(shí)，那么就起不到保護(hù)的作用。所以，在所有相鄰元件的后備必須要達(dá)到保護(hù)的作用。如果發(fā)生這種問題時(shí)，可以在低壓側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，也可以在高、中壓側(cè)安裝一個(gè)復(fù)合的電壓閉鎖過流保護(hù)。另外，在設(shè)計(jì)高壓變壓器保護(hù)裝置時(shí)，當(dāng)變壓器高壓側(cè)電流保護(hù)會(huì)對(duì)低壓側(cè)母線產(chǎn)生一定的靈敏度，所以，就可以對(duì)變壓器高壓側(cè)短路以及低壓側(cè)斷路器安裝一個(gè)保護(hù)裝置。一旦變壓器低壓側(cè)產(chǎn)生停運(yùn)問題以及發(fā)生故障時(shí)，就會(huì)發(fā)生在開關(guān)和TA間出現(xiàn)非正常狀況，此時(shí)保護(hù)裝置則當(dāng)作變壓器低壓側(cè)母線后備保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)用，也可以作為主保護(hù)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。有一點(diǎn)我們也是可以忽略的，就是發(fā)生非金屬性短路時(shí)，會(huì)出現(xiàn)靈敏度不足的阻抗保護(hù)，或者是出現(xiàn)延時(shí)以及超時(shí)的問題發(fā)生。通過在對(duì)上述問題發(fā)生過程當(dāng)中，最好的解決方法就是在變壓器的高壓側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)保護(hù)裝置，可以安裝保護(hù)變壓器，也就是熱穩(wěn)定的反時(shí)限過流裝置。并且必須把這種設(shè)置的整定值要與變壓器的熱穩(wěn)定相適應(yīng)，除此之外，對(duì)變壓器低壓側(cè)也要進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，安裝一個(gè)電流保護(hù)裝置。

2.5 變壓器主保護(hù)方案

煤電公司燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器組有時(shí)在升降壓會(huì)發(fā)生故障，為了全面保護(hù)變壓器組，設(shè)計(jì)了一套主保護(hù)裝置，該主保護(hù)不影響后備保護(hù)裝置。主保護(hù)可以直接收集變壓器組高電壓側(cè)、中壓側(cè)和低壓側(cè)的數(shù)據(jù)，根據(jù)信號(hào)情況可以直接作出保護(hù)動(dòng)作。也可以經(jīng)過分段保護(hù)裝置將該信號(hào)傳輸至GOOSE網(wǎng)，元件通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)生信號(hào)命令執(zhí)行動(dòng)作。主保護(hù)裝置有接地和電纜直接傳輸線路，非電量信號(hào)可以經(jīng)接地或者電纜發(fā)送至斷路器執(zhí)行動(dòng)作，并經(jīng)智能終端上傳給上級(jí)系統(tǒng)，可以良好的與監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，主保護(hù)原理如圖2所示。每一臺(tái)主變壓器均配備了繼電裝置保護(hù)柜，就近接入智能控制柜，遠(yuǎn)端與整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)并網(wǎng)。

3 工作方式

燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護(hù)接地線穿過羅氏線圈，羅氏線圈輸出連接到積分器模塊，積分器模塊輸出連接到10M采集/8位模塊，采集模塊輸出連接到數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，區(qū)分是否有雷擊過壓和感應(yīng)過壓，及區(qū)分是雷擊過壓還是感應(yīng)過壓，數(shù)據(jù)處理單元處理完數(shù)據(jù)輸出到顯示單元和輸出接口（RS485或433M）。為了保持被采集信號(hào)的準(zhǔn)確性，需要在信號(hào)源和A/D轉(zhuǎn)換器之間加入一個(gè)采樣/保持電路來確保信號(hào)源的可靠性。為了提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，采樣/保持電路的采樣時(shí)間越短越好，其保持時(shí)間越長越好。A/D轉(zhuǎn)換器具有很多類型，一般采用逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器。燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護(hù)接地線穿過羅氏線圈，羅氏線圈輸出連接到積分器模塊，積分器模塊輸出連接到10k/24位采集模塊，采集模塊輸出連接到數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并計(jì)算接地電流值及計(jì)算相位值，數(shù)據(jù)處理單元處理完數(shù)據(jù)輸出到顯示單元和輸出接口（RS485或433M）。

結(jié)語

煤電公司燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器組容易發(fā)生短路、異常故障，分別闡述了三相短路、相間短路、零序電流電壓和異常產(chǎn)生原因以及保護(hù)原則。針對(duì)變壓器故障設(shè)計(jì)了繼電保護(hù)，分析了繼電保護(hù)工作原理，論述了繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)功能。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的變壓器組繼電保護(hù)可靠性，利用仿真模擬保護(hù)的可靠性曲線，從仿真結(jié)果來看，繼電保護(hù)滿足要求，保障了燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器組的安全。

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