影響火力發電廠繼電保護可靠性因素分析及改善措施

裘德璽

（國家能源集團國能九江發電有限公司，江西 九江 332004）

繼電保護是火力發電廠電力系統重要的保護防線之一，能夠在電力系統發生故障問題后，第一時間作出保護反應，切除故障元件，保障電力系統其他無故障部分能夠持續正常運行，同時也能夠避免故障影響進一步擴大，繼續對故障元件造成破壞。但上述功能作用發揮均是建立在繼電保護穩定可靠的基礎之上，因此有必要對影響火力發電廠繼電保護可靠性因素加以分析，并提出一些改善措施，這對保證繼電保護穩定可靠運行，推動火力發電廠安全順利生產有著非常重要的現實意義。

1 繼電保護技術

火力發電廠肩負著國家輸電的重任，加強其能源系統的保護是一項十分重要的任務。繼電保護技術可以有效解決火力發電廠輸電過程中遇到的問題，原則上可以在最短的時間內解決能源傳輸中的問題和隱患。繼電保護實際上是對電力系統輸電過程的保護，采用自動裝置來保證貨物的安全，繼電保護在輸電過程中的運行直接關系到電力的消耗、功率消耗，消耗量隨其故障運行時間而變化，工作人員在對繼電保護裝置發生故障并進行比較后，確定故障的范圍和主要類型，并采取有效的對策。

繼電保護技術在火力發電廠的輸電中發揮著重要作用，保證電力系統的安全性。如果網絡元件發生故障，繼電保護裝置將發揮功能作用，發出異常警告，并要求人員立即恢復維修或更換，以保證能源系統的正常運行，繼電保護裝置還可以起到其他作用。例如，它可以借助采樣模板監測能源系統的電壓和電流，并將上述數據有效整合并傳輸到后臺。這些綜合數據可以作為參考，工作人員可以有效判斷繼電保護裝置是否處于正常狀態，當工作電壓中斷時，繼電保護裝置自動工作，有效保護電源，防止其受到損壞。

2 火電廠繼電保護的主要類型

2.1 發電機繼電保護

首先，對發電機的差動保護進行細化，可分為完全垂直差動保護和不完全垂直差動保護兩種。發電機運行過程中，若差動電流超過整機整定值的時候，就會立即報警，并在故障位置切斷電源進行保護。其次，定子接地保護，可分為基波零序電壓定子接地、零序電流定子接地和全部定子接地3種。在運行過程中，定子繞組電路和發電機繞組電路連接的系統中通常會出現接地短路等故障，這時候繼電保護就十分重要。最后，失磁保護。在火電廠實際運行中，根據各電量的極端變化情況，根據失磁發電機運行的具體要求，選擇合適的處理方法和原則，進行針對性的保護。

2.2 變壓器繼電保護

首先，在火力發電廠的實際運行中，發電機一般配置獨立的主變壓器，最常見的保護裝置是兩側電流差動保護。其次，零線間隙過流保護。變壓器過流保護又可分為主變零序過流保護和電流互感器間隙過流保護；主變壓器帶零序過流保護和斷續過流保護的互感器在各自的位置上相互獨立。一般來說，變壓器出廠時已安裝中性點CT。間隙過流保護采用單獨的CT，零序過流保護主要采用主變壓器的中性點CT接線。最后，氣體保護。這也是變壓器內部最重要的設備之一，瓦斯保護主要是通過瓦斯的狀態繼電器來保護發生故障時的變壓器油箱。

2.3 發電機-變壓器繼電保護

首先，斷路器端口閃絡保護。如果斷路器的端口發生閃絡，很可能會損壞斷路器，進而影響整個電力系統的正常運行。閃絡保護可有效消除端口閃絡故障。其次，發電機-變壓器組差動保護。如果發電機和變壓器在火力發電廠運行中采用一套垂直差動保護，不僅保證發電機組，而且保證整個系統的簡單性。最后，發電機-變壓器過勵磁保護。一旦出現過勵磁現象，很可能會損壞變壓器和發電機的鐵芯。使用這種保護可以有效降低維護成本，保證發電機和變壓器的正常運行。

3 繼電保護基本要求

選擇性。所謂選擇性，簡單來說是當電力系統中設備或線路出現短路時，觸發繼電保護，且僅將故障設備或線路從電力系統中切除，從而不對整體系統穩定運行帶來影響。當故障設備或線路保護出現拒動情況時，繼電保護能夠將相鄰設備或線路的保護故障切除。

速動性。針對速動性要求，簡單來說是指繼電保護裝置故障切除的速度，從而能夠將故障帶來的不利影響降至最低。通常情況下，繼電保護必須要快速切除的故障包括以下3種：①發電廠或重要用戶母線電壓低于有效值，通常是0.7倍額定電壓；②大容量發電機、變壓器與電動機內部產生的故障[1]；③中、低壓線路導線有著較小的截面面積，過熱禁止延時切除故障。

靈敏性。關于繼電保護靈敏性要求，一般是指在電氣設備或線路出現了短路故障，或者存在異常運行時，保護裝置所作出反應能力的高低。一般靈敏性越高，反應能力越高。通常對高靈敏性的繼電保護而言，設備或線路在發生故障后，無論短路點位置以及類型變化如何，只要在保護范圍內繼電保護都能夠在第一時間做出正確反應動作。無論是系統最大運行方式，還是最小運行方式，相應的繼電保護都能夠快速準確反應動作，給予必要的保護。

4 影響火力發電廠繼電保護可靠性因素

在火力發電廠繼電保護方面，存在多種影響其可靠運行的因素：①雷電侵襲。雷電對發電廠電力系統可靠運行有著重大的影響，一旦電力系統避雷裝置失效，在雷擊影響下，很容易出現高頻電流，受這種電流的影響，發電廠變電站的暫態電位會有所提升，很容易導致繼電保護裝置發生誤動作，最終對繼電保護穩定性造成嚴重的影響。②電源因素。對直流電源而言，很容易對電力設備造成一定的干擾。尤其是在電廠發生接地故障的情況下，設備運行將會立刻出現異常問題。而在抗干擾電容的作用下，在較短時間內，能夠使直流電源恢復至正常狀態。但在上述過程中，依然無法完全避免直流回路故障的發生，最終對繼電保護裝置穩定可靠運行造成嚴重的干擾。③靜電因素。繼電保護裝置在實際運行過程中，還會受到一定靜電因素的影響。這些靜電主要源自于電廠工作人員的衣物，正常情況下，這些靜電對繼電保護裝置帶來的干擾比較小。但如果復雜繼電裝置維護的工作人員接觸到電力設備時，很容易產生放電現象，從而對部分繼電保護裝置零件造成一定破壞，最終對繼電保護可靠穩定運行帶來不利影響[2]。

5 火力發電廠繼電保護改善措施

5.1 加強繼電保護維護力度

在加強繼電保護維護力度方面，首先，應積極采用一些先進的技術，例如CPU容錯技術，能夠更好地保障繼電保護運行穩定可靠性。CPU容錯技術在具體應用實踐過程中，能夠立足于繼電保護系統硬件層面，針對影響其運行可靠性的問題加以智能判斷與分析，并不斷提升自身的容錯能力，強化活力發電廠繼電保護裝置運行可靠穩定性，更為重要的是，在實際運行過程中，即使CPU設備出現故障問題，由于設備本身運行比較獨立，不會對其他CPU正常運營帶來干擾，因此依然能夠保證繼電保護正常穩定可靠運行。

另一方面，針對繼電保護裝置，還應進一步加強運行維護管理工作，及時消除影響其穩定性的不利影響，保障其運行穩定性。例如針對上文提到的靜電影響因素，由于靜電本身還有著一定的吸附作用，從而很容易導致繼電保護元件之上堆積大量灰塵，最終對元件功能作用發揮帶來不利影響。基于此，在實際進行檢查維護時，應注重加強灰塵清理工作。同時在具體清理掉過程中，要求灰塵清理應全面，嚴禁出現死角，針對難以清理的部位，可借助相關清潔工具，提高清理效果。在實際開展運行維護工作時，還應注意繼電保護元件螺絲松懈問題，一旦螺絲松懈，很容易產生接觸不良，并對繼電保護二次回路可靠運行帶來不利影響，因此還應落實擰緊螺絲操作，在這一過程中，注意結合不同螺絲，選擇對應的擰緊工具；同時為避免螺絲后續再出現松懈問題，可以添加一些輔助性連片；注意螺絲擰緊不宜過度用力，可避免滑絲問題。

5.2 合理設置繼電保護技術人員

火力發電廠繼電保護可靠運行離不開維護管理，而相應的維護管理措施則需要專業的技術人員開展實施。基于此，為保證繼電保護可靠穩定運行，活力發電廠應合理設置一些專業技術人員，負責繼電保護定期監測與維護。在這一過程中，要求設置的技術人員具有較強的專業能力，能夠在發現電力設備以及繼電保護出現異常狀況后，及時采取有效措施加以應對，降低事故帶來的影響。為確保相應的技術人員具有足夠的能力，還應通過加強教育培訓工作，不斷提升技術人員的專業素質水平。在這一過程中，火力發電廠還應當以不同技術人員的專業水平情況為依據，科學合理地制定針對性較強的培訓計劃，從而促使相應技術人員專業能力得到全面提升。在完成培訓教育工作后，還應落實相關的考核，確保每個技術人員均能夠真正掌握相關的專業技術，最后再合理安排至相應工作崗位，確保相應繼電保護運行維護得到有效落實，保證繼電保護可靠穩定運行。

5.3 采用數據表格深入加強繼電保護檢修事故情況分析

為有效提升火力發電廠繼電保護可靠穩定運行，還可以利用數據表，加強對繼電保護檢修中事故類型的統計分析，從中總結經驗教訓，并為后續的運行維護措施改進提供一定的指導，在這一過程中，還有利于運行維護人員將試驗及結果、理論分析、現場運行情況結合在一起，并進行深入分析，有效滿足繼電保護裝置在運行維護管理過程中的質量標準，更好地保障繼電保護滿足電力系統安全運行。

在具體實踐上，表1為某火力發電廠對繼電保護事故類型統計分析總結。從表1中可以了解到，第二個故障為電壓互感器故障，繼電保護二次電壓回路作為繼電保護測量設備的起始點，在保障二次系統穩定運行方面起到了非常關鍵的作用。二次回路雖然設備數量少，接線也相對簡單，但實際故障問題發生率卻較高。

表1 某火力發電廠繼電保護檢修事故統計分析

受繼電保護二次電壓回路故障影響，很容易出現保護誤動或拒動現象。在通過運行維護檢修后，發現故障原因是PT二次中性點接地方式異常。在具體表現方面，主要為二次未接地（虛接）或多點接地。針對前者而言，除了受變電站接地網因素影響以外，還很有可能是由接線工藝引起。PT二次接地相與地網間產生電壓，該電壓的大小，通常是由各相電壓不平衡程度和接觸電阻決定[3]。當該電壓直接疊加至繼電保護裝置各相電壓上，很容易導致電壓出現較大的幅值以及相位變化，從而引起繼電保護阻抗元件和方向元件拒動或誤動。相應的運行維護人員通過借助上述表格開展繼電保護檢修中的事故類型統計分析，能夠更好地把握整體的事故故障情況，便于相關人員進行總結學習累積經驗，同時對后續管理部門的教育培訓，提高專業人員的責任心也有著較為積極的影響意義。

5.4 落實系統技術改造

應根據火電廠的實際情況進行技術改造，具體方向如下：①舊的母線保護不能滿足運行要求，需要對母線進行改造，然后利用差動算法保證母線保護裝置的可變特性，例如應用BP-2cs，可以提高整體飽和電阻，與其他保護裝置相比，BP-2cs可以確保閉合元件和保護元件處于獨立狀態，提高閉鎖的可靠性。進一步優化繼電保護裝置的性能。②二次回路的檢查，在實際檢查過程中，應注意及時消除二次電纜線路，對部分電路進行單獨整理，包括信號切換、保護、控制等，保證電流互感器二次回路不會發生二次接地的情況，減少繼電保護誤操作現象的發生。③直流和交流電路采用鎧裝鉛屏蔽電纜改造，有效提高電路的抗干擾能力。④使用具有防跳功能的繼電器，及時更換性能更高的自動逆變電源。⑤在系統中加入數字控制和人工智能技術，如采用CPLD數字控制，其中包含多個微機系統，可以有效提高響應速度，采用人工智能技術還可以進一步優化繼電保護裝置。

5.5 完善監督管理體系

為了有效提高繼電保護運行的可靠性，需要定期進行試驗檢測，及時發現火電廠運行過程中繼電保護裝置和回路是否存在的問題，這也是保證繼電保護運行可靠性的最有效方法。安排專人定期對設備電路進行檢查，及時發現安全隱患的位置并加以消除。要進行綜合考證，要保持認真嚴謹的態度，做好詳細記錄。此外，繼電保護裝置發出的信號還應仔細檢查，以保證信號的穩定性，在檢查中需要收集各種信息數據和詳細記錄，并驗證數據的準確性。還需要及時更換穩定并經過動態模型驗證的軟件系統，根據實際情況進行相應的調整，一旦出現異常情況，需要通知工作人員進行相應的處理，同時，只有技術人員具有較高的專業水平，才能對繼電保護裝置進行更有效的維護，確保電力系統安全穩定運行。繼電保護相關人員應熟悉繼電保護工作原理及設備圖紙，結合不同運行工況靈活運用，在操作時需嚴格按照相關規范進行，不得擅自改動，防止誤操作。操作過程中，員工對自身的專業能力進行打分，熟悉設備的操作原則后才能上崗，如有特殊情況也不要驚慌，首先要保證自己和他人的安全，如有不能處理的情況，應及時通知在場的相關人員妥善處理，作好保護分析。火力發電廠在運行過程中，一旦出現異常，繼電保護相關人員需要迅速采取有效措施進行維護，認真分析問題原因，維護完成后恢復正常運行，事后應準確記錄整個維修過程，以防此后遇到類似的問題，可以更快地找出問題的原因，提高繼電保護裝置的維修效率。

6 總結

綜上所述，在火力發電廠實際生產運營過程中，繼電保護發揮著非常關鍵的保護作用。但同時也應認識到，繼電保護裝置在實際運行過程中，依然受到一些不可控因素的影響。例如雷電因素、輻射因素等，因此需要采取有效的改善措施，從而促使繼電保護能夠穩定運行，推動火電廠經營生產實現更好的發展。