水輪發(fā)電機(jī)發(fā)生差動保護(hù)的原因、危害和防范

許博能 湯泉

摘要：第二次大型工業(yè)革命為人們帶來了電力資源，但是傳統(tǒng)的火力發(fā)電形式不僅電能轉(zhuǎn)換效率較低，對自然環(huán)境造成的破壞也較大。在現(xiàn)代社會人們保護(hù)環(huán)境的理念逐漸強(qiáng)化之下，水力發(fā)電逐漸成為了主要的發(fā)電模式，水利水電類工程項(xiàng)目的建設(shè)也在逐漸增多。相比于傳統(tǒng)的火力發(fā)電模式而言，水力發(fā)電對于自然環(huán)境的破壞程度得到了明顯的控制，但是現(xiàn)階段水利水電技術(shù)和相關(guān)工程項(xiàng)目的完善程度還存在一定程度的不足。在社會生產(chǎn)生活對于電力能源需求不斷提高的背景下，水輪發(fā)電機(jī)使用和優(yōu)化也面臨著更為嚴(yán)格的需求。本文將從現(xiàn)階段水輪發(fā)電機(jī)的工作現(xiàn)狀入手，分析水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)差動保護(hù)問題的原因，并探究有效的防范方法。

關(guān)鍵詞：差動保護(hù);水輪發(fā)電機(jī);防范措施;水利水電工程

引言：

在我國社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的過程中，對于自然資源的利用領(lǐng)域成為了社會各界廣泛關(guān)注的重點(diǎn)。在眾多自然資源開發(fā)利用領(lǐng)域當(dāng)中，水利水電行業(yè)可以充分應(yīng)用水資源，成為了自然資源開發(fā)利用領(lǐng)域的重點(diǎn)行業(yè)。水利水電工程在對水資源造成最小破壞的情況下充分利用了自然水利條件，不僅可以實(shí)現(xiàn)對于自然資源的充分利用，還可以產(chǎn)生較為豐富的綠色可再生資源。水利水電系統(tǒng)當(dāng)中，水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，直接關(guān)系到整個水利水電系統(tǒng)的供電性能。雖然現(xiàn)階段在我國水利水電系統(tǒng)的實(shí)際建設(shè)和使用過程中，水輪發(fā)電機(jī)依靠其速動性、靈敏性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為了應(yīng)用范圍最廣的發(fā)電機(jī)類型，但是其運(yùn)行過程中出現(xiàn)的差動保護(hù)等問題，很容易導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重的運(yùn)行故障。

一、以區(qū)域試驗(yàn)為例分析水輪發(fā)電機(jī)的差動保護(hù)現(xiàn)象

該實(shí)驗(yàn)區(qū)域配置了兩臺基本性能相同、運(yùn)行狀況不一的水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組，分別標(biāo)號為發(fā)電機(jī)1和發(fā)電機(jī)2，并且兩套水輪發(fā)電機(jī)組都配置了A相、B相、C相三組保護(hù)裝置。導(dǎo)致差動保護(hù)現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因，是因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置出現(xiàn)差動保護(hù)動作。在實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，兩組發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)運(yùn)行時，最容易出現(xiàn)差動保護(hù)問題。當(dāng)發(fā)電機(jī)1和發(fā)電機(jī)2并網(wǎng)運(yùn)行時，在兩組差動保護(hù)機(jī)制的影響下，兩臺發(fā)電機(jī)很容易出現(xiàn)直接解列問題，導(dǎo)致主變開關(guān)部分出現(xiàn)跳閘問題，從而使水利水電系統(tǒng)出現(xiàn)斷電問題，不能持續(xù)穩(wěn)定的供電。對于發(fā)電機(jī)組進(jìn)行分析，兩臺發(fā)電主體的容量都是40MW，接入電壓都是220kV的一級電壓，發(fā)電機(jī)出口部位的電壓則保持10.5kV的狀態(tài)。在并網(wǎng)運(yùn)行一段時間后，發(fā)電機(jī)2機(jī)組的閉合出口開關(guān)部位，會出現(xiàn)異常情況，電流發(fā)生二次震蕩，從而導(dǎo)致整個并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)1和發(fā)電機(jī)2出現(xiàn)解列的問題。

二、水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)差動保護(hù)問題的原因以及危害

1.從發(fā)電機(jī)角度分析水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)差動保護(hù)問題的原因和危害

由于發(fā)電機(jī)1和發(fā)電機(jī)2出現(xiàn)差動保護(hù)問題的原因不同，因此從發(fā)電機(jī)角度分析水輪發(fā)電機(jī)的差動保護(hù)問題時，就需要從不同的角度進(jìn)行分析。經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)1發(fā)生差動保護(hù)問題的是A相保護(hù)裝置部位，A相的工作周期為89ms，如果存在30ms以上的延時，保護(hù)裝置就會執(zhí)行跳閘動作。與此同時，當(dāng)A相出現(xiàn)差動保護(hù)之后，就會造成發(fā)電機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡電流問題，如果不平衡電流持續(xù)增大，將很容易導(dǎo)致發(fā)電機(jī)不能夠正常的運(yùn)行，使整個水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組遭到破壞。發(fā)電機(jī)2出現(xiàn)差動保護(hù)問題，往往是水輪發(fā)電機(jī)兩側(cè)的電流波動差異過大，在41.7ms的測試時間之內(nèi)，發(fā)電機(jī)2的機(jī)電電流和中性點(diǎn)電流在相角上差異為190°，更嚴(yán)重時還存在中性點(diǎn)兩側(cè)的電流波動過大問題，導(dǎo)致電流不平衡。在不平衡電流過大的情況下，發(fā)電機(jī)2很難維持穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，系統(tǒng)自動執(zhí)行跳閘動作導(dǎo)致發(fā)電機(jī)不能正常運(yùn)行。

2.從變壓器角度分析水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)差動保護(hù)問題的原因和危害

在對區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析時，發(fā)現(xiàn)差動保護(hù)問題在A柜保護(hù)裝置方面的表現(xiàn)比較明顯。分析水電站的實(shí)際運(yùn)行情況，能夠得出故障暫態(tài)時間大概持續(xù)了280ms，故障發(fā)生的130ms時間內(nèi)，因?yàn)閯畲庞苛鏖]鎖等問題，沒有發(fā)生差動保護(hù)現(xiàn)象。但是在故障結(jié)束前的140ms時間內(nèi)，對A柜的差動保護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)，在因差保護(hù)作用下，故障暫態(tài)時間過長，如果對應(yīng)保護(hù)裝置一直處在啟動狀態(tài)，則很難準(zhǔn)確判斷發(fā)電機(jī)故障的發(fā)生頻率，不能進(jìn)行錄波處理。再加上故障發(fā)生后的130ms時間只能沒有出現(xiàn)

差動保護(hù)現(xiàn)象，加大了錄波數(shù)據(jù)的獲取難度。

三、防范水輪發(fā)電機(jī)差動保護(hù)問題的有效防范措施

對水輪發(fā)電機(jī)差動保護(hù)現(xiàn)象的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)2出口的斷路器部分，在并網(wǎng)運(yùn)行時容易出現(xiàn)不確定的意外，出現(xiàn)暫態(tài)時間過長、沖擊電流問題明顯等問題，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)2在運(yùn)行過程中出現(xiàn)差保護(hù)跳閘的動作。根據(jù)發(fā)電機(jī)2的故障數(shù)據(jù)波形分析結(jié)果可以得出，因?yàn)闃O端電流和中性點(diǎn)電流之間的幅值差異相對較大，導(dǎo)致了不平衡電流問題的出現(xiàn)，從而引起了差動保護(hù)動作。與此同時，在A柜變壓器部分，差動保護(hù)現(xiàn)象的成因，是變壓器發(fā)生故障后的130ms時間內(nèi)，發(fā)動機(jī)機(jī)組出現(xiàn)了不平衡電流現(xiàn)象，并且暫態(tài)130ms之后，二次諧波的含量出現(xiàn)了明顯變化。而在B柜變壓器部分，是電流互感器低壓側(cè)部分出現(xiàn)電流差異，引發(fā)不平衡電流問題。除此之外，在對發(fā)電機(jī)機(jī)組進(jìn)行檢查時，還發(fā)現(xiàn)了同期裝置和保護(hù)裝置的運(yùn)行性能參數(shù)，與水利水電系統(tǒng)整體的運(yùn)行可以高度適應(yīng)，因此在分析發(fā)電機(jī)的差動保護(hù)問題時，可以忽略防范措施部分的內(nèi)容。

水輪發(fā)電機(jī)差動保護(hù)問題的防范，需要以出口斷路器故障問題作為主體，保證開關(guān)柜結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定且可靠的運(yùn)行。從開關(guān)柜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)出發(fā)，做好相應(yīng)的檢查工作，特別需要注意判斷聯(lián)鎖裝置是否出現(xiàn)安全隱患問題，確保相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備在性能參數(shù)方面都符合基本的使用標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，對于已經(jīng)正式投入使用的一次電氣設(shè)備，需要在汛期開始之前就進(jìn)行全面的試驗(yàn)工作，判斷保護(hù)裝置的定值范圍，并且對水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)差動保護(hù)問題的原因進(jìn)行全面分析，利用循環(huán)鎖式結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的出口結(jié)構(gòu)。尤其需要注意，現(xiàn)階段大部分水電站都在差動保護(hù)口采取三取一的差動保護(hù)的形式，很難有效的解決誤動問題。在此情況下如果采用三取二出口的方法，就能夠有效的解決差動保護(hù)出口部分的問題。除此之外，在水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)行過程當(dāng)中，需要做好相關(guān)工作人員的專業(yè)培訓(xùn)工作，保證工作人員能夠精確分析系差動保護(hù)問題，同時提高工作人員處理差動保護(hù)問題的綜合能力，尤其是在水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)事故問題時能夠冷靜應(yīng)對，從而保證水輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)束語

相比于其他較為發(fā)達(dá)的國家而言，我國的水資源開發(fā)利用率較低，并且水利水電方面的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少，這在一定程度上限制了我國水利水電行業(yè)的發(fā)展。對于水資源的開發(fā)和利用應(yīng)該緊隨時代發(fā)展的步伐，與我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)相接軌。在進(jìn)行水資源開發(fā)利用的過程中，要充分考慮到水資源容易遭到破壞的特性，在發(fā)展的過程中注重對于自然生態(tài)環(huán)境的整體保護(hù)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，對水利水電工程的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新。在水利水電工程的施工建設(shè)過程中，水輪發(fā)動機(jī)是對水利水電工程應(yīng)用效果造成制約的主要因素。面對差動保護(hù)問題，需要結(jié)合水利水電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，分析水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)差動保護(hù)問題的原因，從而保證水利水電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。

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