浅谈水电厂机组继电保护技术改造工作(精进版)_水电厂继电保护课设
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浅谈水电厂机组继电保护技术改造工作
摘要：作为水电厂继电保护工作的重中之重，发电机的继电保护改造的难度肯定是非常巨大的，但改造完成带来的巨大的经济效益也是不可忽视，同时这也是安全生产对我们的要求。对于老旧设备的改换和技术的更新必须做到及时与合理，因为我们很难承受继电故障带来的巨大影响。现在我们可以借鉴别处的改造经验对我们改造过程中可能面临的困难进行理论研究，并提出解决预案，同时为以后的改造工作积累经验。
关键词：水电厂；机组；机电保护技术；改造
1.水电厂机组继电保护技术概述
1.1水电厂机组机电保护定义
继电保护是用接触式的继电器保护电力系统与组成部件（发电机、户外变压器、长途输电线路等）的一种方法。这种方法对研究如何处理电力系统的故障与工作中的异常情况，以及对故障的自动化处理措施有十分重要的作用。继电保护的的主要作用是能够在电力系统出现故障或者工作时出现异常情况时可以在最短的时间里与最小的范围内，由继电保护器自动将故障部件从系统中隔离，发出特定信号提醒工作人员解决故障，从而达到可以尽可能的减小故障对系统和部件的损伤的作用。
1.2水电厂机组机电保护原理
由于电力系统的复杂性，继电保护装置必须能自动判断出是否已经发生故障，发生故障的部位是否位于系统的保护区内。要达到这种功能就必须利用故障发生前后电力系统中电气物理量的变化量，发生故障之后电气物理量的变化主要有：（1）瞬间电流增大。在发生短路时故障点与电源之间的电气元件与输电线路之间的瞬间电流将会远远超过系统承受的载荷电流。（2）载荷电压降低。当系统发生短路时，系统的局部电压会下降的十分明显，越是靠近短路发生点载荷电压越低。（3）瞬时电压与瞬时电流的相位角改变。系统正常工作时的电流与电压的相位角一般都为20°，当发生三相短路时由于输电线路的阻抗角发生变化，电流与电压的相位角变成60°～85°，当发生反向三相短路时，电压与电流的相位角则变为180°+(60°～85°)，这些都可以在一般的继电保护装置上体现出来。例如：目前市面上已经有这类的的电气设备现在市场上流行了——ADSP—BF518继电保护系统，它完全可以满足上述的要求，而且在实际运用中取得了非常好的效果，另外，在使用的过程中，相关的人员发现，BF518减少了其他的电气元器件数量，在一定程度上减少了资金的投入，提高了整体的经济效益；而且，有效的缓解了当前电路板的空间占用率，大大降低系统的功耗。从这些特点和优势我们可以看到，其虽然与传统的DSP有些相似——BF518处理器的每个处理单元都具有高时钟速率和低功耗的特点，但是，其还和传统的MCU有些相似的地方，所以运用的汇聚处理器，也大都采用了简单、方便的的操作系统和编译器。
这样，从整体来看，BF518处理器具有处理仪表级原始实时电力数据采集以及实现继保设备和电网之间通信的能力，可提供一站式、低成本、易于配置的解决方案。
1.3水电厂机组机电保护装置要求
出于功能的需要，我们对继电保护装置要求具有一定的选择性、反应的及时性、检测的精准性和工作的可靠性这四项最基础的技术指标，一般我们要求用于继电保护部分的装置必须同时满足这四项，而对于只需要能够反应出系统的故障的继电保护部分，我们可以适当降低某方面的技术指标于节约经济成本。
（1）选择性：所谓选择性指的是如果发生系统故障或者出现线路问题时故障点附近的继电保护装置能够将故障点所在的局部线路或电路元件从系统中分离出来，如果故障点附近没有继电保护装置则由相连线路或者工作设备中的继电保护装置进行分离。
（2）及时性：所谓及时性指的是当继电保护装置检测到出现故障时能够在最短的时间内将故障从系统中分离出去，这样就能减小故障对用电设备与用户的影响，并且及时的分离可以有效避免短路时高电流与低电压对输电线路与电力系统的损害。在日常生活中我们面临的有些故障就要做到反应的及时性，（1）用于连接发电厂与输电线路之间的输电总线不能高于额定值（0.7倍额定电压）。（2）大功率的发电机、变压器和电动机出现内部故障时。（3）低电压电路如果线路的导线横截面太细，为避免切断发热不能进行切除的故障。（4）危及到人生命安全，对通讯信号或者铁路信号有强烈影响的故障[1]。
2.水电厂机组继电保护技术现状
在发电机工作的过程中可能由于定子的问题出现相间短路、接地短路等故障或者由于转子的问题出现接地、负向载荷、消磁等异常情况。从根本上说我们应该在上面有安装相关的保护装置，但从实际情况与经济角度出发我们只在某些必要的设备上安装继电保护。根据统计我国小型低压水电站最常用的是早期的HFs型和近期的BKSF型配电屏，这两种配电装置都有控制、保护和同期的功能，有所区别的是HFs型屏主要是作用与定子接地保护和过压保护的，BKSF型屏主要作用于三相过流保护和过压保护，但两种屏的保护动作都是利用跳闸作用的。与此同时很多发电站还配备了去能电阻自动载入装置、自动闭合导叶装置和自动转向装置等，这些装置的主要目的是作用于过压和保护出口继电保护的，但由于发电机组的保护装置并不是太理想，所以主要存在以下几点问题：
2.1同线用户遭受危险的过电压
对于那些没有恒压功能的发电机组而言，当发电站与电力系统分离后，如果在线的用户的总负载小于发电站的输出负载，但两者之差在一定范围内不足以引起过压保护的状态下就会出现发电机输出电压大幅增加，导致用电设备因为长时间处于过压状态而损毁。由于按照固定，低压发电机的过压保护是额定值的1.7倍一1.7倍，但对于大多数用电设备来说这个电压值都很难承受的。例如：由于这些问题的存在，导致我国的很多地方均出现了类似的问题，用户段无法承受如此大的电压负荷，导致某一用户的电力传输系统或者用电设备损毁的同时，还会形成连锁反应，造成同一输电线的用户群集体发生损毁事故，已经造成我国的许多财产损失，另外，还有其他的问题——发电、供点、用电之间的矛盾。经过分析，相关的技术人员得知：对于那些带有恒压功能的发电机组而言，当发电站与电力系统分离后，如果在线的用户的负载电流不能到达过电流保护的额定值，发电机的保护装置就不能正常的工作。从表面上看用户的电源电压基本趋于稳定，但由于电流没能到达额定的电流值，这样还是可能对用户的用电设备造成损害。从另一角度来说，当作用于过电压和出口保护的继电保护装置（防飞车装置）不能正常投入使用，发电机组的转速就不能得到有效的控制，那些作用与发电机主
开关以及消磁机组的继电保护装置如果无法正常工作，也会由于防飞车装置无法正常使用而致使发电机组转速超过正常值[2]。
3.发电机继电保护改造工作内容
3.1适当降低过电压保护的整定值
我们安装的发电机过电压保护装置的目的是为了避免发电机定子绕组的绝缘层受到破坏，按照绝缘等级我们设定了过电压保护的额定值一般为发电机正常输出电压值的1．5倍～1．7倍。但实际上很多的发电机组励磁器都没有消磁开关的，所以发电机组的过电压保护只能作用于发电机组的总开关上，当发电机组的开关断开后定子绕组仍旧不能避免过电压的影响，可以说过电压保护对保护发电机没有实质的作用，但能对线路终端的用户的用电设备起来一定程度的保护，如果我们将额定值适当的降低一点，就可以最大范围的保护用户的用电设备。例如：在该项改革的试验区域，工作人员将电气设备的额定值调到在400V一460V之间的时候，实验的发电机组的正常工作，没有受到什么影响，同时，延迟保护的方法也被运用到这次试验中，在出现的外部过电压误动现象的时候，对励磁器带消磁开关的发电机组使用短延迟作用在发电机总开关，在这段过程之中，飞车现象也没有出现，这些都说明，适当降低过电压保护的整定值，在一定程度上的确有一定的效果。
3.2增设过额率、低频率保护装置
正常运行的并网发电机组的频率与大电网的频率是一样的，最大误差不能超过0.5Hz，所以一般把高频率和低频率继电器的额定值设置在51及49Hz左右，保护工作时的频率误差也只有2%左右。当发电站与系统分离之后，即使线路末端用户的载荷与发电机组的输出载荷有差距时，高频率和低频率继电器都很好的保护用户的用电设备。例如：在某一区域进行试验的时候，当发电机组的载荷大于用户的载荷时，高频率继电器能保护用点设备，但是，低频率继电器也作出了一定的作用，避免了有恒压励磁功能的发电机组的保护时出现反抗的效果；而对于非恒压励磁的发电机组而言，通过计算，研究者发现，按照励磁器的5%调插率和高频率继电起的额定值计算，保护时的电压值升高了7%，远远小于过电压保护的额定值，这些信息都表明了整个系统保护的精准性大大的增加了[3]。
3.3现行技术的部分改造
复合电压过电流保护通常作为变压器或发电机的后备保护，在我们厂主要用于主变压器的保护，在技术改造过程中，要严格按照《继电保护和电网安全自动装置现场工作保安规定》执行继电保护措施，在解除与回复跳回线路时，要避免触电与短接，及时做好标记的捆扎与记录。在保护装置整体试运行期间，必须注意避免出现运行设备的误动和人员的伤亡情况。
差动保护是发电机组波保护的重点，在改造过程中一定要严格遵守《继电保护和电网自动安全装置校验规程》，对差动保护线路进行检测时必须保证参加发电机组差动保护的机组中电流互感器的装配要求与机组保护装置的要求一致，例如；在这次的发电机组继电保护改造的验证试验中，机组中性点电流互感器和机端电流互感器的输出极性相反时，老式的保护装置的差动保护用的是差流反极性输入，而新式的保护装置的差动保护用的是差流同极性输入，紧随的机组端口电流互感器绕组的改线接入，不能在保护端口改变差动线路接线，进行短接试验，检测差动保护电流的极性。必须按照规章制度和计划的要求，用机组负载荷法检测差流，避免差动保护的误动，造成发电机组的跳机事故。
另外，还必须按照使用说明书上的消磁保护端口逻辑原理检查。一般装置都有三段是消磁保护，第一段消磁保护作用于报警信号，第二段消磁保护作用于跳闸，第三段消磁保护作用于长延迟跳闸，按照保护额定值表，只使用第二段消磁保护软压板，不使用第一段消磁保护软压板、消磁保护报警，最后根据实际情况修正额定值表误差，增加投入第一段软压板、消磁保护报警信号，重新进行检查消磁保护工作，保护工作正常。例如：现在有些工作人员已经参照这种标准进行了改革，效果明显，他们在进行检查的时候，如果看到设备运行正常，监控系统信号正常，在保护装置试运行时开机空载各个保护装置的采集值，保护装置报警灯亮，发“TA 断线”报警信号，进入保护装置采样值显示栏查看为励磁B相电流无采样值[4]。
4.结语
总而言之，合理的采用上述方法可以在发电机组与电力系统发生故障时，有效的保护输电线路末端用户的用电设备免受损害，而且可以在很短时间内断开发电机总开关，将故障部分从系统中分离开，如果发电厂安装了消能阻抗以及自动闭合导叶等防飞车装置，可以很好的控制发电机组的过电压和转速问题，这样就可以大大保证了电力系统的安全性和可靠性，极大的解决了现在面临的发电、供电与用电之间的矛盾冲突，对我们的未来工作有极大的帮助。
参考资料：
[1]王维超.电力系统运行方式[J].工程科学，2011(2).[2]韩祯祥.电力系统分析（第5版）[J].工程科学，2010（6).[3]平绍勋.电力系统中性点接地方及运行方式[J].工程科学，2009（3).[4]陈宗涛.电力继电保护与供电技术[J].工程科学，2010（3).
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