水力發電廠機組繼電保護的配置及運行維護

國家電力投資集團五凌電力株溪口電廠 龔勝平

在目前的水力發電廠中，采用發電機的振蕩監控和繼電保護，可以使機組的工作狀況得到及時的反饋，從而防止事故的進一步發展。繼電保護系統的工作性能，決定了其運行的可靠性，因此必須加強維護，使其在電力系統中的安全運行得到有效的保障。隨著水力發電行業的發展速度越來越快，對繼電保護的重視程度越來越高，發電廠采取了多種措施，以保證安全運行的可靠性、降低能源的浪費。

1 水力發電機組繼電保護概述

1.1 水力發電機組繼電保護的功能介紹

繼電保護是指在電力系統出現異常情況或故障時，迅速地進行故障處理或排除并向有關人員發出警告，以降低事故的負面影響，保證電力系統的可靠和順暢。同時，當系統發生故障后必須有選擇地進行斷開動作，并將距離最近的斷路設備進行斷開，以保證不會對系統中其它無故障部分的正常工作造成影響。它可對電源系統中的電氣元件的故障和不正常的操作作出反應，從而開啟開關或者發送信號。在電力系統的運行過程中，存在著多種故障和非正常工作狀態，其中以相間短路、接地短路等多種短路最為常見。

在水力發電站的安全運行中，保護設備的工作質量是影響機組能否正常使用的關鍵因素，其保護的靈敏度、可靠性、快速性、選擇性等特點在電力系統的安全運行中起著舉足輕重的作用：在電力系統發生短路的情況下，能自動、快速、選擇性地切斷被破壞的部分，從而防止對其繼續造成損害，確保其他非故障部件迅速地恢復正常工作，在電力系統中的電器裝置不能正常工作時，按照操作和維修的要求發出信號、跳閘進行保護。這時通常不需要快速保護，只需按當時的電氣設備和部件的危險程度設定一段延遲，避免誤操作。因此，在保證電力系統安全可靠運行的前提下，繼電保護是構成電力系統的一個必不可少的環節[1]。

1.2 水力發電機組繼電保護的特性與要求介紹

要確保水力發電機組的運行安全、可靠，須注重繼電保護設備的安裝、調試和設計，所有的操作都是準確有效的，不能有任何差錯。繼電保護設備的每一個部件都要符合設計的質量要求，在運行過程中各環節都能起到很好的作用，并能對系統進行簡單的核查，從而使繼電保護得到更好的發揮。

為降低設備的損傷、改善系統的運行穩定性，須從選擇性、速度、靈敏度、可靠性三方面尋找好的途徑：速度的基本需求。水力發電繼電保護的快速性，是指當設備出現故障時其處理的時機應更佳，能有效地減少對設備的損害，減少操作負荷，提高電力系統的安全與穩定；基本的敏感性。在水力發電繼電保護中，靈敏度是指當出現故障時其響應速度快、反應速度快，一般用靈敏系數來衡量，當與繼電保護有關的工作數值被確定后，它就會按照一定的數值工作并達到相應的要求；基本的可靠性需求。在電力系統中，繼電保護對可靠性的要求也越來越高，在一定的范圍內，當有關的設備出現故障時須可靠地工作。

基于此，根據目前國內電站機組的實際狀況和特性總結出幾個主要特征：必須采取兩種或兩種以上的設計方案，并根據不同的保護原則實施特定的保護作業，從本質上保證了保護的有效性；對防護設備的性能指標提出了更高的要求。由于其自身的體積大、結構復雜，如果發生故障后果會很嚴重，因此必須對其進行合理的性能參數優化；從整個系統的角度考慮，對以前使用的單一保護方式進行優化，從而保證設備的有效性和穩定性。

2 水力發電廠機組運行故障的分析

2.1 水力發電繼電隱患分類

在實際工作中電力系統中存在著多種潛在的潛在干擾，影響著水力發電廠的正常工作：首先是閃電的影響。閃電會給水力發電廠的設備帶來巨大的損害，并且有多種不同的自然雷擊方式，當發電站的避雷和接地部件遭受閃電攻擊時，電力公司的地網就會立即變得高阻，使得地網中的高頻電流處于上升的狀態，降低了其靈敏度；其次是頻率的影響。在電力系統中，如果電源內部的絕緣開關動作過慢或過長，就會產生過電壓和高頻電流，從而影響到繼電器的工作；最后是輻射系數。為了更好地適應電力系統運行和生產的要求，水力發電廠內部供電系統必須安裝通訊設備，通訊設備所產生的輻射會對保護工作產生一定的干擾，從而產生虛假的信號，影響到設備的安全運行[2]。

2.2 故障分析

首先，在保護設備出現故障時會出現繼電器跳閘的情況。這是因為變壓器在工作中引起了“主變壓器差動部件故障”的信號，從而直接造成了事故；其次，在主變壓器的內部部件出現故障時，輸入設備的電流和輸出設備的輸出之間存在著一定的差值時，差流的保護作用就會產生一個“保護操作”信號，然后使發電機跳閘。這是兩種常見的故障產生的原因。

2.3 故障檢測

首先，對二次回路絕緣、接線方法和二次回路的接線進行測試。第一個步驟是檢查二次電路的絕緣，如果二次電路沒有任何問題，接下來對主要變壓器進行檢驗，當變壓器兩端處于“合位”時，輸入電流和輸出電流之間的位差也是正常的；其次，對差動回路的接地進行檢測。試驗差分觸頭，發現Y形接線處的各電流互感器兩端的主變壓器僅有一個接地點，而差動回路則是多點接地。

對定值進行保護檢驗。A、B和C的三相流量差為0.39~0.88A，保護設備將會顯示一個“差動原件故障”的信號。如果A、B、C三相電流的差分達到1.5，出口就會受到保護。當設定值與操作值相同時則會被視為“差動原件故障”信號；對差動電流的探測。如，在整個設備正常工作的情況下，差速器兩邊的電流分別是1.05A和0.98A，兩者之間的電壓相差在0.05A到0.06A之間，不滿足N1/N2=I1/I2的關系，這意味著有問題；對諧波剎車因數進行檢測。假設設備二次諧波剎車系數為12.13%，檢查前檢查時剎車系數為l8.5%和17.6%，說明諧波制動器電路中的某些部件的性能發生了變化[3]。

3 水力發電廠機組繼電保護的配置及運維措施分析

3.1 轉子繞組保護

針對水力發電廠各機組的運行中發電機的轉子發生的繞組短路，可以分為匝間短路和接地短路兩種，可以采用直流和交流雙注入式電子點地保護，實現雙組結構工作，此結構可分為兩個階段并能設定時限：在低電壓下，水電機組的短路延長時間較短。在高定量值的情況下可以縮短信號的發送。火力發電裝置的特殊功能是發出信號，它可以根據水力發電和水泵的運行情況，通過改變相位順序來實現工作狀態的轉換。在進行繼電器配置運行時，必須充分考慮實際工況要求，保證電機在啟動狀態下的定子繞組參數發生變化，以保證電機的速度發生變化。另外，電壓、電流等變化對系統運行狀態的影響也要充分考慮，以防止故障發生時發生故障。

3.2 軸向電流防護

在實際安裝時必須考慮以下幾個方面：斷路器不全相保護；過流阻塞；發電機停止運行并啟動電子剎車裝置等，且防護結構必須滿足相關法規及相關反措施的要求。對水力發電廠來說，進行繼電保護的基本目標就是要對主要電壓源和機組進行有效的保護。在實施發電機軸流保護時，必須采用ABB產品，采用較高的效率和品質，并采取適當的措施以建立完整的繼電器保護體系。對于非電量保護的主變壓器和發電機，可以在E柜中進行特定的安裝。非電量保護一般有單獨的斷開輸出和保護供電電路。

3.3 微機的繼電保護

水力發電廠的機組與微機繼電保護的有機結合，通過對數字信號進行處理，實現了各種參數的校驗，提高了設備的維修效率，并采用各種處理軟件，以保證其工作更加靈活、穩定，從而使這種繼電保護的實用性得到了最大程度的提高。另外，利用計算機、信息技術等手段，能夠對設備的運行狀態進行自動判別，減少誤動作，使保護設備在實際運行中的有效性得到了充分的體現。

3.4 SSJ-9000配置

SSJ-9000作為中央控制系統，可以充分利用振動保護裝置的數據進行信息的交換，有效地分析傳感器的相關數據，并根據不同的傳感器類型進行有效的配置。除了數據的采集，本系統還具有較好的實時監測能力，能夠對機組的實際工作狀態進行分析。根據水力發電廠機組的實際工作，在實際使用電渦流傳感器時，由于勵磁引線的作用造成了輸出信號的畸變。在該設備的配置運行中，建立了一套完整的機組保護體系，使其保護性能得到了極大的改善[4]。

3.5 水力發電廠機組繼電保護的運維措施分析

繼電器應按規范操作，不能無自動安全裝置，防護設備的運行必須符合規定并得到許可；具有AC電壓環的保護器，在任何情況下都不能無電壓；在繼電器、壓力板、測試端子、信號燈、電源開關等的裝置上都要做標識；要有充足的保險絲儲存；設備圖紙和技術數據要有完整的文件，以便于發現和改善繼電保護，同時也要預先進行試驗，并批準和記錄修改后的計劃；當對保護設備的安全有疑問時，要向繼電器專家報告，以確定有無故障，以及是否要停止保護；在投入使用前，應與操作人員進行相關檢查，確認后方可投入使用。一旦發生意外，應立即報告有關部門進行調查處理，不得擅自行動；繼電保護工作結束后，要對繼電器進行檢查，看看有沒有燙傷，值班人員應認真地進行巡查、檢查，并將其記錄在案，以便及時處置。其具體運維措施如下：

一是實施設備的高品質問題處理。常用方法有2種：變換方法(transfer)。通過這種方法可以進行故障的檢查，特別是用相同型號的元件代替現有的保護裝置監控和觀察元件的實時工作，明確元件的實際情況以及故障的具體情況。這種方法不需要拆卸設備，使用方便，能確保更換部件的功能正常發揮；按項目進行檢查。這種方法雖然耗費了大量的時間，但是可以更好的保證測試的精度。在實際的測試中，要將與故障線路相連的線路一一拆卸，然后逐一檢查，直到檢查完畢，發現問題得到了有效的解決，才能重新安裝。

二是做好常規的視察。在實際工作中，通過狀態檢修和在線監測等手段，可以了解設備的具體操作狀態，并對其進行相應的故障處理，從而達到與繼電保護相適應的目的。另外，還要成立一個獨立的日常巡檢工作團隊對設備進行有效的監督，采取有效的解決措施，同時重視設備的清潔，避免各種病人、污物等對設備的正常使用造成負面影響，從而使繼電器的實際效果更加充分地發揮，保證運行維護工作具有很高的實效。在微機設備上，要重視設備的高品質維護、系統密碼和參數的科學設置，保證設備的可靠和穩定。同時，要認真探索和分析設備跳閘故障，對故障原因、表征等進行了細致的記錄，注重實踐經驗的總結，以便更好地發揮各個環節的運維管理操作的實效性[5]。

4 結語

隨著信息化的來臨，計算機軟件和硬件也在不斷的發展和應用，因此，要改進和改進計算機的保護功能是一個不容忽視的問題。在水力發電廠機組的實際操作中，應根據實際機組的實際工作狀況，對各種類型的保護設備進行科學的設置，并運用信息技術和計算機技術對其進行有效的設計，從而達到提高整個機組的實效性。除此以外，還需要進一步加強其他功能的要求，如加強數據處理能力強、通訊能力、網絡資源共享等能力，這些都是繼電保護的發展趨勢，讓水力發電廠機組繼電保護的配置及運行維護真正煥發生機。