河曲電廠發(fā)變組非電量保護分析

樊靜波

摘 要：電氣量保護是通過電流互感器、電壓互感器的二次采樣值反映設備的實際運行情況，當采樣值與設定的保護定值有差異時，經過邏輯換算并動作于跳閘的保護模式；而非電量保護是更直接地反映設備正常運行與異常運行有關的非電氣量，即非電氣量保護是通過干接點的位置變化來實現跳閘的保護模式。經常接觸到的非電氣量保護有瓦斯保護和發(fā)電機斷冷卻水保護等，本文簡要分析這幾種保護的工作原理、實際遇到的問題。

關鍵詞：非電量保護；瓦斯保護；發(fā)電機斷冷卻水保護

中圖分類號：TM772 文獻標識碼：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是瓦斯保護，通過瓦斯繼電器觸點的變化來實現對變壓器本體的保護。瓦斯繼電器又稱氣體繼電器，當在變壓器油箱內部發(fā)生輕微的匝間、層間短路、鐵芯故障、套管內部故障、繞組內部斷線及絕緣劣化引起的經電弧電阻的接地短路和油面下降等故障，由于故障點電流和電弧的作用，將使得變壓器油及其他絕緣材料因局部受熱而分解產生氣體，因氣體比較輕，他們將從油箱流向油枕的上部。當故障嚴重時，油會迅速膨脹并產生大量的氣體，此時將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。利用變壓器油箱內部故障的這一特點，可以構成反應輕瓦斯和重瓦斯動作的保護裝置，稱為瓦斯保護。

氣體繼電器是構成變壓器瓦斯保護的主要保護元件，安裝在油箱與油枕之間的連接管道上，這樣當變壓器內部發(fā)生故障時，所產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，其內部結構見圖1。

1.1 QJ-80型開口杯擋板式氣體繼電器工作原理

正常運行時，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生的力矩小于重錘所產生的力矩，

因此開口杯向上傾，干簧觸點斷開。當油箱內部發(fā)生輕微故障時，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，此時由于浮力的減小，開口杯和附件在空氣中的重力加上杯內油重所產生的力矩大于平衡錘所產生的力矩，于是開口杯順時針方向轉動，帶動永久磁鐵靠近干簧觸點，使得觸點閉合，發(fā)出“輕瓦斯”保護動作信號。當變壓器油箱內部發(fā)生嚴重故障時，大量氣體和油流直接沖擊擋板，帶動永久磁鐵靠近下部干簧的觸點使之閉合，發(fā)出跳閘脈沖，表示“重瓦斯”保護動作。變壓器瓦斯保護作為變壓器的主保護之一，與變壓器差動保護相互配合、相互補充，能夠實現快速、靈敏地切除變壓器油箱內部、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定值設定為：輕瓦斯保護250cm3，重瓦斯保護1.5m/s，而壓力釋放保護定值為55kPa，這些保護都是有關變壓器的主要保護。同時，根據其他電廠的運行經驗和河曲電廠的實際運行情況，在1號機組小修期間，河曲電廠將一部分非電量保護定值的出口方式進行了更改，其中包括壓力釋放保護、繞組溫高跳閘保護和油溫高跳閘保護等。經過仔細分析不難發(fā)現，更改定值提高了機組的安全穩(wěn)定運行。壓力釋放保護是通過壓力釋放閥的開啟來實現對變壓器本體的保護。當變壓器內部有大量氣體積聚或者油溫過高導致變壓器內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），此時壓力釋放閥將開啟并釋放變壓器內部壓力。當內部壓力恢復到壓力釋放啟動值的30%～45%時，關閉壓力釋放閥。而此時在55kPa的壓力作用下，變壓器內部油流已經通過連接管撞擊氣體繼電器的擋板使得重瓦斯保護動作，發(fā)出跳閘指令?？梢赃@樣說，在壓力釋放閥沒有開啟的時候，變壓器油流已經撞擊了氣體繼電器的擋板，使得變壓器重瓦斯保護動作，可見瓦斯保護比壓力釋放保護更快、更靈敏地反映了變壓器的異常運行，從而保護了設備的安全穩(wěn)定運行。

1.2 QJ-80型開口杯擋板式氣體繼電器的維護

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

對于變壓器的定期維護已有明確的規(guī)定：①變壓器的氣體繼電器應每年進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對于已經運行的變壓器氣體繼電器應每2年開蓋一次，進行氣體繼電器內部結構和動作可靠性的檢查；③對于已經運行的變壓器氣體繼電器應每5年進行一次工頻耐壓試驗。在檢修變壓器氣體繼電器時，主要是檢查油杯是否靈活，干簧觸點閉合和斷開是否正確；觀察觸點開斷時觸點處的火花是否正常，觸點有無黏住現象；接線板的絕緣是否良好；接線板、放油口、試驗頂桿和兩端法蘭等處是否有滲油現象。特別要注意的是，平衡錘和擋板的位置是可以調節(jié)的，但是不在檢修時不可以隨意進行調節(jié)。裝復氣體繼電器時，要注意外殼上的箭頭方向應從油箱指向油枕，不允許裝反。當安裝完畢后，應用試驗頂桿試驗上下油杯的動作是否靈活。這樣就完成了油浸式變壓器氣體繼電器的檢修和維護。

2 發(fā)電機斷冷卻水保護

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

河曲電廠發(fā)電機采用的是定子水內冷、定子鐵芯氫冷和轉子繞組氫內冷方式。對于水冷機組來說，要注意以下基本要求：①額定的定子繞組的冷卻水流量；②控制進入定子繞組的冷卻水溫度達到要求值；③保證冷卻水的水質，一般要求冷卻水的電導率低于5μs/cm（μs：西門子），最高不大于10μs/cm（25℃時）。而發(fā)電機斷冷卻水保護是否啟動，主要取決于額定的定子繞組的冷卻水流量。當冷卻水流量發(fā)生變化時，就會啟動發(fā)電機斷冷卻水保護。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個流量檢測裝置，進行三取二的判斷后，啟動壓差開關使得發(fā)電機斷冷卻水保護啟動。在啟動的同時非電量保護又對發(fā)電機斷冷卻水保護有一個30s延時的判斷，若在30s延時內定子冷卻水的流量可以恢復，則不會通過發(fā)電機斷冷卻水保護進行程序跳閘；若在30s延時內定子冷卻水的流量還未恢復到流量設定值，則會通過發(fā)電機斷冷卻水保護進行程序跳閘，從而實現對發(fā)電機定子繞組及其他運行設備的保護[2]。

提到發(fā)電機斷冷卻水保護就要提到程序跳閘，所謂程序跳閘，就是在關閉汽機主汽門，待確認沒有蒸汽通過汽機后再動作于“發(fā)電機全?！保鞍l(fā)電機全停”還是需要通過電氣量逆功率保護來實現的。真正對非電量保護和程序跳閘有更深的認識是通過1號機組小修時，熱控專業(yè)的機爐電大聯鎖試驗。在試驗做到電跳機再跳爐的聯鎖時，試驗結果沒有按照聯鎖預定的方式跳閘。由于當時對整個系統的保護聯系還不是很熟悉，沒有很快地分析出問題的關鍵點，沒有作出正確的判斷。通過這件事情有以下的認識，聯鎖試驗措施雖然模擬機組帶15%的負荷，也通過停掉定子冷卻水泵啟動了發(fā)電機斷冷卻水保護，并延時30s啟動了程序跳閘，就是不能夠出口跳閘。首先，發(fā)電機斷冷卻水保護啟動了程序跳閘，并且閉鎖了熱工保護，無法通過熱工保護實現出口跳閘；其次，雖然模擬了機組帶15%的負荷，但是程序跳閘并且動作于出口還需電氣量的配合才能夠實現，而實現出口跳閘的前提是機組在并網帶負荷運行狀態(tài)下并啟動逆功率保護才可以跳閘。通過這件事情學會了很多如何分析問題的方式和解決問題的方法，同時也看到了試驗方式下保護啟動跳閘方式與機組正常運行情況下保護啟動跳閘方式的不同。

3 結語

發(fā)變組非電量保護在電力安全生產中起到非常重要的作用，為確保河曲電廠機組的安全穩(wěn)定生產，需要從各個環(huán)節(jié)對發(fā)變組非電量保護進行掌握。即深入學習發(fā)變組非電量啟動元件的原理、結構和實現方式以及回路的組成，加強對發(fā)變組非電量啟動元件的日常維護和定期維護，以便發(fā)現問題及時處理，為機組安全穩(wěn)定運行保駕護航。

參考文獻：

[1]華東六省一市電機工程學會.電氣設備及其系統[M].北京：中國電力出版社，2007.

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