水電廠繼電保護(hù)裝置的影響因素及改進(jìn)研究

（國(guó)家能源集團(tuán)云南電力有限公司大寨分公司，云南曲靖 655800）

1 水電廠繼電保護(hù)裝置概述

1.1 水電廠繼電保護(hù)裝置的工作原理

水電廠繼電保護(hù)裝置是監(jiān)督和保護(hù)電力系統(tǒng)中各電力設(shè)備正常運(yùn)行的裝置，該裝置與電廠運(yùn)行的安全穩(wěn)定性有關(guān)。在出現(xiàn)電流或電壓異常波動(dòng)時(shí)，繼電保護(hù)裝置可及時(shí)切斷電路控制故障的范圍。該裝置具體工作原理是根據(jù)電壓和電流參數(shù)的變化進(jìn)行故障判斷，當(dāng)電壓和電流的運(yùn)行參數(shù)超出既定值后，該裝置會(huì)切斷電路以保護(hù)其他設(shè)備及其整個(gè)電力系統(tǒng)。繼電保護(hù)裝置由比較鑒別單元、取樣單元、執(zhí)行單元、處理單元和控制操作單元構(gòu)成，其中取樣單元由電流和電壓互感器構(gòu)成，可將電力系統(tǒng)中的電流電壓參數(shù)轉(zhuǎn)為比較鑒別單元可以識(shí)別的信號(hào)。

比較鑒別單元進(jìn)行信號(hào)識(shí)別后，取樣單元根據(jù)事先設(shè)置的數(shù)據(jù)對(duì)接收的信號(hào)做出比較分析，再將信號(hào)傳輸給處理單元。比較鑒別單元包括過(guò)電流保護(hù)的電流繼電器和速斷保護(hù)的電流繼電器，電流繼電器在接收取樣單元的電流信號(hào)后，可與給定單元對(duì)比分析，電流信號(hào)達(dá)到電流整定值，電流繼電器接點(diǎn)會(huì)將斷路器斷開(kāi)，將信號(hào)向執(zhí)行單元傳輸。當(dāng)電流的信號(hào)沒(méi)有到達(dá)整定值時(shí)，電流繼電器不發(fā)生動(dòng)作，信號(hào)傳遞路徑不變。處理單元對(duì)經(jīng)過(guò)鑒別比較后的信號(hào)，按照命令指示完成處理操作，如果電流超出了額定電流中間繼電器會(huì)發(fā)生動(dòng)作。執(zhí)行單元其本質(zhì)是專(zhuān)屬電源，可以實(shí)現(xiàn)電源的開(kāi)斷，可對(duì)故障進(jìn)行處理。

1.2 水電廠繼電保護(hù)裝置的作用和要求

（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的全面監(jiān)督檢查。

在水電廠的電力系統(tǒng)運(yùn)行中，系統(tǒng)中各種電力設(shè)備及其零配件易在長(zhǎng)期運(yùn)行中產(chǎn)生故障，包括老化、腐蝕、受潮故障以及其他可能會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行和安全的故障。設(shè)置繼電保護(hù)裝置，其主要目的是及時(shí)、快速發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中存在的細(xì)微故障，正確反應(yīng)并采取相應(yīng)的解決措施。在提高電氣系統(tǒng)運(yùn)行水平和效率的基礎(chǔ)上，快速斷開(kāi)故障設(shè)備及其元件，可減少因電力設(shè)備及其元器件故障帶來(lái)的運(yùn)行安全問(wèn)題，確保整個(gè)電力系統(tǒng)能正常穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）快速對(duì)電氣機(jī)械設(shè)備故障做出反應(yīng)。

水電廠的電氣機(jī)械設(shè)備是重點(diǎn)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)影響各系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。在設(shè)置繼電保護(hù)裝置后，可開(kāi)展針對(duì)電氣機(jī)械設(shè)備的針對(duì)性檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)提供正確的反應(yīng)，再根據(jù)采集的信息為檢修維護(hù)提供數(shù)據(jù)參考。設(shè)置好繼電保護(hù)裝置后，再進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)節(jié)，發(fā)揮自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣機(jī)械設(shè)備全過(guò)程運(yùn)行及其狀態(tài)的監(jiān)督控制，提升了系統(tǒng)運(yùn)行管理的水平。

（3）電力系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行。

在水電廠電力系統(tǒng)運(yùn)行中，通過(guò)繼電保護(hù)裝置的設(shè)置可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行全過(guò)程的監(jiān)督控制，且充分利用了自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮其靈活性和可靠性的特點(diǎn)，確保電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中開(kāi)展工作狀態(tài)科學(xué)檢查。在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后可快速給出警示信息，再利用自動(dòng)化遠(yuǎn)程技術(shù)開(kāi)展檢查和處理工作，在故障問(wèn)題出現(xiàn)前及時(shí)解決安全隱患。若已出現(xiàn)了故障，可以通過(guò)自動(dòng)化跳閘操作將故障元器件斷開(kāi)，避免故障蔓延引起二次傷害。

1.3 水電廠繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用和調(diào)試

水電廠在運(yùn)行過(guò)程中電力系統(tǒng)比較復(fù)雜，各種電力設(shè)備、電纜電線布置錯(cuò)綜復(fù)雜，易出現(xiàn)線路燒毀、設(shè)備故障、短路斷路等問(wèn)題。若某個(gè)元器件或設(shè)備出現(xiàn)了故障會(huì)影響其他元器件和設(shè)備的運(yùn)行，使整個(gè)電力機(jī)組陷入癱瘓，影響電力系統(tǒng)的正常工作，降低發(fā)電的效率。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)裝置，自動(dòng)分析系統(tǒng)可承受的最大負(fù)荷電流，確保線路正常。水電廠在發(fā)電中本身線路復(fù)雜，易出現(xiàn)單相故障，影響電流電壓的穩(wěn)定，采用繼電保護(hù)裝置可以結(jié)合電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)電流電壓值進(jìn)行合理調(diào)整。繼電保護(hù)在應(yīng)用時(shí)可實(shí)現(xiàn)電氣量的主保護(hù)，即零序電流保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)；可實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣量的后備保護(hù)，即高壓側(cè)復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)、開(kāi)入閉鎖過(guò)流保護(hù)、過(guò)激磁保護(hù)和低壓零壓保護(hù)等。非電量保護(hù)是對(duì)壓力高跳閘、油溫高跳閘、冷卻器全停跳閘、繞組溫度高跳閘、油位高或低發(fā)信等進(jìn)行保護(hù)。

繼電保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)試較為重要，確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全，可為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。技術(shù)人員可根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的情況選擇有效的繼電保護(hù)系統(tǒng)配置，在繼電保護(hù)運(yùn)行前做好各元器件的調(diào)試，檢驗(yàn)其對(duì)故障的響應(yīng)能力，確保該裝置能及時(shí)發(fā)出故障警報(bào)，自動(dòng)采取斷開(kāi)故障電路等動(dòng)作，以確保系統(tǒng)供電的持續(xù)和穩(wěn)定。

2 影響水電廠繼電保護(hù)的因素分析

2.1 雷擊因素

水電廠電力設(shè)備運(yùn)行時(shí)易受到雷電的影響，使設(shè)備安全性下降，出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞現(xiàn)象，影響整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及水電廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。水電廠一般會(huì)設(shè)置高阻抗的地網(wǎng)，接地元件在受到雷擊后，會(huì)出現(xiàn)大量高頻電流，使繼電保護(hù)裝置暫停運(yùn)行或錯(cuò)誤運(yùn)行，無(wú)法真正發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的作用。

2.2 高頻類(lèi)型的影響因素

水電廠電力設(shè)備的開(kāi)關(guān)動(dòng)作較慢、花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，使隔離開(kāi)關(guān)觸電間出現(xiàn)電弧閃絡(luò)現(xiàn)象，出現(xiàn)電壓、高頻等問(wèn)題，影響設(shè)備運(yùn)行。電壓和高頻等問(wèn)題會(huì)給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行埋下隱患，當(dāng)出現(xiàn)高頻問(wèn)題時(shí)易形成電廠和磁場(chǎng)，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量，使得二次設(shè)備運(yùn)行受到干擾。繼電保護(hù)裝置在受到高頻因素影響后出現(xiàn)異常動(dòng)作，使其邏輯單元和電磁場(chǎng)不符。

2.3 輻射類(lèi)型的影響因素

目前，部分水電廠在電能調(diào)控時(shí)，存在移動(dòng)通信設(shè)備裝置問(wèn)題影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，比如，在通信設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，水電廠電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，受到通信設(shè)備引起的電磁場(chǎng)的影響無(wú)法保證安全運(yùn)行。通信設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的輻射，繼電保護(hù)裝置運(yùn)行時(shí)會(huì)受到輻射的影響獲得錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)或發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作，無(wú)法發(fā)揮繼電保護(hù)裝置對(duì)電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的保護(hù)作用。

2.4 靜電類(lèi)型的影響因素

水電廠繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行時(shí)，受到各種靜電因素的影響，不會(huì)直接影響設(shè)備使用，但在人員和裝置接觸后會(huì)放電破壞裝置的元器件，降低元器件使用的質(zhì)量和壽命。在實(shí)際應(yīng)有中，靜電影響是無(wú)法避免的，應(yīng)盡量減少靜電因子的產(chǎn)生，以提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行水平。

2.5 設(shè)備自身因素

設(shè)備本身數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、設(shè)備電壓等出現(xiàn)異常或繼電保護(hù)裝置的電源出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法確保繼電保護(hù)裝置的正常工作。其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要對(duì)電氣物理參數(shù)進(jìn)行采集和識(shí)別，再發(fā)送給微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，若采集系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)影響繼電保護(hù)裝置功能的發(fā)揮。若設(shè)備電壓發(fā)生異常或充電源發(fā)生異常，會(huì)強(qiáng)制暫停系統(tǒng)運(yùn)行。

2.6 人為操作因素

由于操作人員自身專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力不足或責(zé)任心不夠，在操作中沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，會(huì)引起繼電保護(hù)裝置失靈。

3 水電廠繼電保護(hù)裝置改進(jìn)優(yōu)化措施

3.1 針對(duì)外界因素的解決措施

對(duì)雷擊、高頻、輻射和靜電等因素引起的繼電保護(hù)裝置故障問(wèn)題，首先，對(duì)于雷擊因素應(yīng)結(jié)合電力系統(tǒng)實(shí)際情況改變傳統(tǒng)的安全管控方式，針對(duì)裝置進(jìn)行調(diào)試，明確應(yīng)采用具體的預(yù)防措施。對(duì)于高頻現(xiàn)象，應(yīng)從技術(shù)的角度首先對(duì)裝置進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，在調(diào)試合格后再運(yùn)行，在運(yùn)行時(shí)可通過(guò)監(jiān)控設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行問(wèn)題并改正。聯(lián)合測(cè)試管理方式加強(qiáng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)督控制，在電路管理中，建設(shè)模擬分析機(jī)制對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行測(cè)試，明確運(yùn)行情況，確保裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性和反應(yīng)的速度。對(duì)于輻射和靜電的問(wèn)題，采取巡回檢查的方式加強(qiáng)高輻射和靜電管理，明確交流電運(yùn)行情況，做好對(duì)裝置電流的嚴(yán)格檢查。采用自動(dòng)化和智能化技術(shù)，合理設(shè)計(jì)二次回路和設(shè)備圖紙，在工作中加強(qiáng)管理，提高整體系統(tǒng)管理水平。

3.2 加大資金和技術(shù)的投入

繼電保護(hù)裝置對(duì)于安全可靠性的要求較高，須定期進(jìn)行零配件性能的檢測(cè)和更換，這一工作需要一定的人力、物力，應(yīng)得到水電廠的資金支持，以完善繼電保護(hù)裝置性能，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。電廠在進(jìn)行繼電保護(hù)裝置更新改造時(shí)須處理技術(shù)先進(jìn)性的問(wèn)題，應(yīng)積極引入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于繼電保護(hù)裝置，提高繼電保護(hù)裝置的可靠性和靈活性、高精確性。一方面，要求單位須持續(xù)關(guān)注和引入先進(jìn)的技術(shù)，如智能技術(shù)、信息化技術(shù)等；另一方面，應(yīng)重視專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)，提高水電廠繼電保護(hù)整體技術(shù)水平。

隨著人們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)依賴(lài)性的提高，將其應(yīng)用到水電廠繼電保護(hù)裝置中，可及時(shí)有效地分析相關(guān)數(shù)據(jù)，再采取協(xié)調(diào)、保護(hù)等措施，使整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性得到提升。

3.3 強(qiáng)化繼電保護(hù)裝置的檢查和維護(hù)

水電廠應(yīng)加強(qiáng)對(duì)繼電保護(hù)裝置的定期檢查和維修，尤其應(yīng)強(qiáng)化對(duì)設(shè)備緊密位置和隱秘位置的檢查。在定期檢查保護(hù)裝置的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)不符合性能要求和使用安全性要求的零配件及時(shí)進(jìn)行更換。對(duì)經(jīng)常高負(fù)荷工作的零配件須重點(diǎn)檢查，須經(jīng)常定期更換，做好防控防范，可降低設(shè)備故障概率。檢查人員應(yīng)加強(qiáng)自身修養(yǎng)，增強(qiáng)自主更新知識(shí)和技能的意識(shí)，通過(guò)培訓(xùn)和訓(xùn)練專(zhuān)業(yè)能力，強(qiáng)化自身的安全意識(shí)和責(zé)任意識(shí)，使得工作人員在實(shí)際工作中能夠嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范開(kāi)展工作。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在水電廠運(yùn)行中應(yīng)用繼電保護(hù)裝置，可發(fā)揮繼電保護(hù)全面監(jiān)督檢查、快速響應(yīng)故障并報(bào)警的作用，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的故障問(wèn)題，并自動(dòng)化報(bào)警和自動(dòng)化斷開(kāi)故障電路，避免故障影響擴(kuò)大，確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。