變壓器繼電保護(hù)在水電站中的應(yīng)用

李政偉

( 大唐( 云南) 水電聯(lián)合開發(fā)有限責(zé)任公司，云南 德宏 679300)

0 引言

繼電保護(hù)設(shè)備在水電站機(jī)組的安全運(yùn)行過程中發(fā)揮著重要的作用，同時(shí)也是水電機(jī)組安全運(yùn)行的重要保護(hù)電器。該裝置由若干個(gè)繼電器共同構(gòu)成，當(dāng)水電站電力系統(tǒng)中的相關(guān)元件，諸如發(fā)電機(jī)、線路，或者是電力系統(tǒng)自身發(fā)生故障，造成整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行受到影響時(shí)，可以及時(shí)的通過警報(bào)方式提醒值班人員，或者是通過預(yù)先設(shè)定的指令，直接將故障部位予以隔離，保護(hù)整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。從整個(gè)角度來看，它屬于一種將電力系統(tǒng)故障事故控制與隔離的一種自動(dòng)化設(shè)備與措施。在水電站中，變壓器、發(fā)電機(jī)組等重要電氣設(shè)備的輸電線路都設(shè)置了專門的繼電保護(hù)裝置，在限制水電站故障擴(kuò)散方面具有重要作用。

1 變壓器繼電保護(hù)的基本原理及工作任務(wù)

1.1 電氣量保護(hù)

當(dāng)水電站的電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，通常會伴隨有電壓較低、電流增加以及電壓與電流增加、電壓與電流比值及其相位角發(fā)生變化等問題。因此，對被保護(hù)元件進(jìn)行保護(hù)，通過在其一端設(shè)置變換器，通過檢測、比較來對故障運(yùn)行以及政策運(yùn)行情況下運(yùn)行參數(shù)的不同，從而形成針對不同原理的保護(hù)裝置。

1.2 非電氣量保護(hù)

變壓器使用過程中溫度、壓力、流量等非電氣量的變化將能夠通過繼電保護(hù)裝置反映出來，然后形成針對變壓器的溫度、瓦斯等非電氣量的保護(hù)。繼電保護(hù)類似于一種在線的開環(huán)自動(dòng)控制設(shè)備，其控制過程中根據(jù)信號性質(zhì)的不同，可以將之分為靜態(tài)型、數(shù)字型以及機(jī)電型三種類型。從被保護(hù)設(shè)備輸入相關(guān)信號至測量部分，與所確定的整定值相比較之后，就能夠判斷得到其是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，或者是發(fā)生相關(guān)故障。其邏輯部分則是根據(jù)所測量部分輸出量的性質(zhì)以及輸出順序的組合進(jìn)行對應(yīng)的邏輯判斷，確定被保護(hù)設(shè)備是否需要響應(yīng)產(chǎn)生對應(yīng)的動(dòng)作。而設(shè)備的執(zhí)行部分則是根據(jù)前述兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)作判斷，最終執(zhí)行對應(yīng)的動(dòng)作，發(fā)出相關(guān)的控制信號，諸如跳閘等。

1.3 變壓器繼電保護(hù)的根本任務(wù)

變壓器的繼電保護(hù)設(shè)備選擇性的將故障元件從供電系統(tǒng)中快速、準(zhǔn)確的隔離開來，使得其對整個(gè)供電系統(tǒng)造成的破壞最低，最大程度的確保整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)處于無故障運(yùn)行狀態(tài)，且保證故障設(shè)備不會對其他設(shè)備造成破壞。另外，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常運(yùn)行故障時(shí)，繼電保護(hù)設(shè)備將發(fā)出相應(yīng)的光字信號預(yù)警信息，使得運(yùn)行人員能夠及時(shí)的采取正確措施，將不正常故障問題予以消除。同時(shí)，繼電保護(hù)設(shè)備還能夠根據(jù)實(shí)際情況在最短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)回復(fù)故障供電網(wǎng)絡(luò)的供電，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的供電可靠性。

2 變壓器繼電保護(hù)在水電站中的具體安裝應(yīng)用

2.1 對屏上設(shè)備進(jìn)行保護(hù)

由于安裝在保護(hù)屏上的各個(gè)設(shè)備單元都有明顯的標(biāo)志，設(shè)備接地端子與保護(hù)屏體要可靠連接，而且采用阻燃材料進(jìn)行端子的制作。在安裝過程中要用一個(gè)空端子將帶正電的正電源與跳閘回路之間的端子排隔離開來，同時(shí)也要用空端子將強(qiáng)弱電端子隔離開來。交流電路的回路要通過試驗(yàn)端子可靠連接，并將跳閘連接片的開口端設(shè)置在上方，將之連接到短路設(shè)備跳閘線圈回路中。在安裝完成之后，要對動(dòng)作情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)連接片能夠與回路可靠接通，保證擰緊之后不會接地。

2.2 對電纜進(jìn)行控制

選擇性保護(hù)設(shè)備交流回路中所使用的控制線纜界面能夠根據(jù)電流互感設(shè)備交流回路中所采用的控制電纜截面，能夠根據(jù)電流互感設(shè)備百分之十的誤差曲線進(jìn)行選擇。交流電壓回路中的電纜應(yīng)該按照電壓降來選擇對應(yīng)的截面。控制與信號回路當(dāng)中采用的電纜芯還可以根據(jù)線纜的機(jī)械強(qiáng)度要求進(jìn)行選擇，一般銅芯截面線纜要求截面積高于1.5mm2。在實(shí)際工作中，為了有效降低高頻暫態(tài)電流以及周圍強(qiáng)磁場的干擾，在線纜敷設(shè)過程中要避開高壓母線、避雷針等設(shè)備，并且盡量要求與電力線纜敷設(shè)在不同的層面上。另外，安裝過程中電纜溝槽以及穿管應(yīng)該進(jìn)行良好的封堵，同時(shí)進(jìn)行有效的積水防治，避免后續(xù)使用過程中由于積水造成電纜故障。

2.3 設(shè)置變壓器瓦斯保護(hù)

在設(shè)置瓦斯繼電器時(shí)，其中的箭頭應(yīng)該指向油枕一側(cè)，當(dāng)給處于運(yùn)行狀態(tài)的變壓器或者新安裝的變壓器加油時(shí)，應(yīng)該將重瓦斯切換信號位置，之后將繼電器中沉積的氣體排出，直到排氣口連接處冒油為止。

2.4 接地點(diǎn)的選擇

電壓與電流的互感設(shè)備二次側(cè)通常要求只有一點(diǎn)接地，一般可以講電流互感器二次側(cè)的接地點(diǎn)選擇在配電設(shè)備的接地處。只有在將差動(dòng)保護(hù)設(shè)備同時(shí)與幾組電流互感設(shè)備連接之后，才能在保護(hù)屏上經(jīng)過端子線與之進(jìn)行接地。當(dāng)小型水電站選擇大接地電流系統(tǒng)時(shí)，可以采用中性點(diǎn)直接接地的方法對電壓互感設(shè)備的主二次繞組進(jìn)行接地;若采用的是小接地電流系統(tǒng)，則可以采用B 相直接接地的方法進(jìn)行接地。

3 水電站中變壓器繼電保護(hù)的改造

在對傳統(tǒng)水電站變壓器的繼電保護(hù)進(jìn)行改造時(shí)，可以將之全部更換為水輪發(fā)電機(jī)變壓器成套保護(hù)裝置。

改保護(hù)裝置以高性能的數(shù)字信號處理器DSP 芯片機(jī)CPU作為其基礎(chǔ)性硬件系統(tǒng)，屬于一種典型的數(shù)字式保護(hù)裝置。其提供了發(fā)電機(jī)變壓器需要的所有電量保護(hù)功能，同時(shí)還能夠根據(jù)實(shí)際的工程需要，配置對應(yīng)的保護(hù)功能。

3.1 對保護(hù)原理進(jìn)行創(chuàng)新

改造之后的繼電保護(hù)設(shè)備具有比率差動(dòng)動(dòng)作特性，其通過采用改變斜率比率制動(dòng)曲線徹底實(shí)現(xiàn)對實(shí)際不平衡電流曲線的模擬。同時(shí)，還可以采用工頻故障分量實(shí)現(xiàn)靈敏度高的比率差動(dòng)保護(hù)，使得繼電保護(hù)不受負(fù)電荷的影響，具有較強(qiáng)的抗飽和能力。根據(jù)制動(dòng)電流、差電流的工頻變化量出現(xiàn)的先后，對故障是屬于區(qū)內(nèi)還是區(qū)外進(jìn)行判斷，能夠識別最短時(shí)間為5ms 的TA 飽和故障。通過電流制動(dòng)與浮動(dòng)門檻相結(jié)合等構(gòu)成一個(gè)靈敏度較高的橫差保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對區(qū)外故障進(jìn)行可靠制動(dòng)，保證其具有高的故障動(dòng)作靈敏度。

3.2 采用高性能的硬件平臺

在系統(tǒng)改造過程中采用雙CPU 體系結(jié)構(gòu)，各個(gè)CPU 系統(tǒng)都采用相互獨(dú)立的32 位微處理器并結(jié)合DSP 構(gòu)成硬件結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)裝置在各個(gè)采樣間隔中能夠?qū)^電器進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算，并保存了較大的裕度，徹底避免了保護(hù)裝置硬件故障導(dǎo)致的變壓器動(dòng)作誤動(dòng)。

3.3 增設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)功能

傳統(tǒng)的水電站主線的接線設(shè)計(jì)過程中，發(fā)電機(jī)與變壓器之間設(shè)置有一個(gè)發(fā)電機(jī)出口斷路器。通過這種設(shè)計(jì)方式能夠在執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作之后通過斷開發(fā)電機(jī)斷路器達(dá)到將發(fā)電機(jī)主保護(hù)動(dòng)作、變壓器主保護(hù)動(dòng)作相隔離的目的，有效的縮小了由于動(dòng)作保護(hù)而造成的誤差范圍。

因此，針對發(fā)電機(jī)斷路器設(shè)置失靈保護(hù)具有重要作用。通過設(shè)置斷路器能過對回路故障、操作電源消失以及SF6氣體的泄漏等問題進(jìn)行控制，從而避免斷路器失靈問題的出現(xiàn)。但是，一旦發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障，造成了斷路器失靈，依靠備用的保護(hù)動(dòng)作隔離故障的處理方式會使得故障時(shí)間持續(xù)較長，使得故障造成的損害不能得到控制。這時(shí)，若增加設(shè)置發(fā)電機(jī)斷路器失靈保護(hù)裝置，則當(dāng)水電站的發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，失靈保護(hù)動(dòng)作自動(dòng)響應(yīng)，將迅速的斷開主變高壓側(cè)的斷路設(shè)備，確保廠用變保護(hù)裝置跳開，從而將故障點(diǎn)隔離起來，確保整個(gè)水電站發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

4 結(jié)語

隨著信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，加之控制系統(tǒng)的硬件水平更高。水電站中的繼電保護(hù)系統(tǒng)的采樣計(jì)算能力得到不斷提高，整個(gè)裝置在各個(gè)采樣間隔中能夠?qū)^電器進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算，使得繼電保護(hù)設(shè)備具有很高的動(dòng)作性以及可靠性。因此，在后續(xù)的變壓器繼電保護(hù)升級改造及技術(shù)升級過程中，應(yīng)該基于線路的通信系統(tǒng)改造，通過提高繼電保護(hù)系統(tǒng)智能化水平的方式對繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，提高整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性工作水平。

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