水電站建設(shè)過程中水電站繼電保護的策略研究

馬東巍　于文強

摘要：文章圍繞水電站在使用過程中的繼電保護常出現(xiàn)的問題進行了簡單的分析，然后探討了水電站在建設(shè)中繼電保護設(shè)計的要點，從而提高了繼電保護質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水電站建設(shè)；繼電保護；策略研究；繼電器；變壓器；發(fā)動機

中圖分類號：TM774 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）05-0122-03

在發(fā)展我國經(jīng)濟實力的同時，我國一直面臨著能源緊缺以及環(huán)境每況愈下的難題，從而嚴(yán)重制約了我國經(jīng)濟的快速發(fā)展。為了減少不可再生能源的消耗，我國近幾年加大了水電站的建設(shè)，提高了再生能源的利用率。

1 繼電保護中常出現(xiàn)的問題

在繼電保護中繼電器起著關(guān)鍵的作用，通過繼電器的工作能夠直接影響到繼電保護系統(tǒng)的整個工作質(zhì)量。但是，通過分析總結(jié)繼電保護系統(tǒng)維修工作，可以發(fā)現(xiàn)繼電器出現(xiàn)故障的概率居高不下，特別是變壓器。

若在收集信號或者是判斷分析信息時出現(xiàn)問題將會直接影響到繼電保護的工作質(zhì)量，從而影響到整個水電站的正常運轉(zhuǎn)。特別是瓦斯保護方面，由于瓦斯保護需要極高的靈敏度，能夠準(zhǔn)確感知環(huán)境的變化。但是瓦斯繼電器一般安裝于戶外，從而加大了監(jiān)視與維護的難度。除此之外在繼電器的使用中，一般存在出口中間繼電器的選擇問題以及出口中間繼電器的接線問題，不同的方案有不同的影響。這也是在繼電保護中常出現(xiàn)的問題，一般是由繼電保護的設(shè)計初期的設(shè)計方案決定的。

2 水電站建設(shè)中水電站繼電保護的策略

研究

如上所述，繼電保護系統(tǒng)中繼電器是關(guān)鍵，如果繼電保護系統(tǒng)的靈敏度高，勢必會導(dǎo)致繼電保護系統(tǒng)可靠性的降低；如果繼電保護系統(tǒng)的可靠性較高，那么其靈敏度也會直接受到影響。所以，繼電保護系統(tǒng)在設(shè)計初期應(yīng)該首先在可靠性、靈敏性、選擇性以及速動性四者取得一個平衡，從而提高繼電保護的作用。在水電站建設(shè)過程中應(yīng)該針對繼電保護采取相關(guān)的保護措施，以提高繼電保護的效率。下面將從發(fā)動機的保護配置、變壓器的保護配置以及其他的保護配置進行詳細分析。

2.1 發(fā)動機的保護配置環(huán)境

變壓器的工作需要一個穩(wěn)定的環(huán)境，而這依賴于發(fā)電機的工作質(zhì)量。發(fā)動機在實際的使用過程中常常會出現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象，而這些現(xiàn)象直接導(dǎo)致了變壓器工作的不穩(wěn)定。其中就包括發(fā)動機對應(yīng)的定子繞組相互間短路；定子繞組電壓不穩(wěn)定，有過電壓的現(xiàn)象出現(xiàn)；發(fā)電機外部相間出現(xiàn)短路。

2.2 變壓器的保護配置

變壓器的保護配置是所有繼電保護措施中的重點，是針對變壓器的工作狀態(tài)進行準(zhǔn)確勘測和保護的。一般可以分為主變壓器保護以及廠變、閘壩、備用變保護這兩種主要保護配置。

變壓器在使用中會存在短路、過電流、過負(fù)荷、過勵磁燈光現(xiàn)象，同時還會出現(xiàn)油箱壓力過大、冷卻系統(tǒng)故障等其他系統(tǒng)問題。針對短路問題，根據(jù)不同的短路發(fā)生位置采取不同的保護配置：如果發(fā)生在變壓器的繞組和引出線之間，則采用縱聯(lián)差動保護措施。如果發(fā)生在變壓器外部，則應(yīng)該根據(jù)不同的使用狀況采取不同的保護措施，如果是正在進行倒送電運行，則應(yīng)該將復(fù)合電壓配置設(shè)置在變壓器高壓側(cè)；如果是正在進行發(fā)電運行，則將復(fù)合電壓配置設(shè)置在變壓器的低壓側(cè)。而針對變壓器油箱油面降低問題，應(yīng)該采取瓦斯保護，其中重瓦斯和輕瓦斯分別有不同的作用。當(dāng)變壓器內(nèi)部的故障尚且不引起工作故障之時輕瓦斯起保護作用；而如果變壓器內(nèi)部故障較為嚴(yán)重，油面急劇降低，則重瓦斯起保護作用。

3 水電站繼電保護反事故措施研究探討

在建設(shè)水電站的過程中不光要專門針對設(shè)計過程中的問題進行深入研究，還需要根據(jù)以往水電站在使用過程中的事故進行反復(fù)研究分析，從水電站繼電保護的反事故方向思考，以提高水電站在使用過程中的效率與質(zhì)量。具體來說，應(yīng)該從兩個大方面著手：其一是從保護原理上進行考慮，通過保護方案的確定選擇繼電器的型號，進而對繼電器的質(zhì)量要求以及工作需求有一個清晰的了解；其二是從二次設(shè)備以及回路接線上進行詳細考慮，包括直流電源、保護屏上的設(shè)備、控制電纜、變壓器瓦斯保護以及接地點的選擇等。

3.1 根據(jù)保護原理選擇繼電器

3.1.1 在發(fā)電機的保護設(shè)置中，為了能夠?qū)Πl(fā)電機的電流進行實時監(jiān)控，在發(fā)動機內(nèi)部設(shè)置有過電流保護裝備。而這種過電流保護中的繼電器必須連接在發(fā)電機中性點的電流互感器上，從而擴大了保護范圍，即使發(fā)動機在啟動工作之前發(fā)生了故障，該繼電器也能夠起到保護作用。

3.1.2 發(fā)動機的保護裝置中常有的差動保護設(shè)置對于回路設(shè)置也有講究。一般而言，差動裝置的工作電流一般大于發(fā)動機的額定工作電流來整定，此時的差動回路的中線應(yīng)該配備有電流繼電器，并且該種電流繼電器必須具有監(jiān)視斷線功能。與此同時，電流繼電器在工作時通過延時發(fā)射相關(guān)信號。

3.1.3 不同規(guī)模的水電站在選擇發(fā)動機時有不同的考量因素，主要應(yīng)該根據(jù)實際需求以及工作需要進行考慮。如一般的小型水電站，可采用可控硅勵磁的水輪發(fā)電機，并且電壓保護動作的電壓一般取額定電壓的1.3倍，延長0.3s后跳閘。

3.2 二次設(shè)備以及回路接線的選擇

3.2.1 直流電源的選擇。在水電站工作系統(tǒng)中，一般具有兩套電源，一個是直流電源，一個是交流電源。在直流電源上一般選擇鎘鎳蓄電池，而該種直流蓄電池的浮充電流的大小應(yīng)該控制在3～5mA/Ah這一范圍。并且，在保持電池外觀清潔的基礎(chǔ)上所有蓄電池的液面應(yīng)該保持在最高液面線和最低液面線之間。而交流電源則一般采用的是電容儲能電源，在遇到一些特殊情況時，例如無法提供交流電源，此時就要求電容儲能電源能夠使其他保護裝置以及斷路器均自動轉(zhuǎn)到跳閘的工作位。

3.2.2 在保護屏上設(shè)備的選擇。保護屏的主要功能是為該工作單元提供安全可靠的工作環(huán)境，從而減少外界環(huán)境對氣電設(shè)備的干擾。因此首先要求保護屏上應(yīng)該有明顯的標(biāo)識，同時屏體的接地設(shè)備安全可靠；端子排在材料上最好選擇阻燃性材料，以排除潛在的火災(zāi)隱患。除此之外，各端子排之間應(yīng)該設(shè)置一個空的端子以隔開，特別是在正負(fù)電源之間、帶電的正電源以及跳閘回路、強弱電端子之間等。而針對交流電路，一般為了提高接地的可靠性，可以將其回路接到試驗端子上，以檢驗其接地狀況。針對跳閘連接片，安裝時需要將其開口端朝上，同時要連接到斷路器跳閘線圈的回路上。

3.2.3 控制電纜的選擇。其一，在控制電纜的截面選擇上，主要是以電流互感器的10%誤差曲線為基準(zhǔn)，然后再由電壓降的大小進行選?。黄涠?，控制電纜的電纜芯是以機械強度需求進行考量的。目前水電站的控制電纜一般選用銅芯，其截面大小應(yīng)該大于1.5mm2。除了材料以及截面的選擇以外，還需要注意控制電纜的鋪設(shè)位置。為了減少磁場以及高頻暫態(tài)電流的干擾，電纜需要遠離高壓母線和避雷器等物體。同時由于電纜需要敷設(shè)在地面以下，所以需要做好密封以及防積水的措施。

3.2.4 變壓器瓦斯保護。變壓器瓦斯保護是繼電器保護的一個重要措施，而其箭頭指示也是對水電站工作狀態(tài)的一個重要表征，通過箭頭的變化可以判斷變壓器的工作運轉(zhuǎn)狀況。在開始之時，需要對變壓器的瓦斯繼電器進行有關(guān)調(diào)整：首先應(yīng)該將瓦斯繼電器的箭頭指示調(diào)整到油枕一側(cè)；其次需要將重瓦斯切換到信號位置；最后將繼電器中的氣體排出，直到排氣口冒出油液為止。

4 結(jié)語

水電站的繼電保護是判斷水電站運轉(zhuǎn)順利的一個重要依據(jù)，同時也是監(jiān)測水電站工作狀況的一個重要數(shù)據(jù)。因而，加大對水電站繼電保護是十分有必要的，希望有更多的專業(yè)人士能夠加入到這個行業(yè)中來，為我國水電站的發(fā)展貢獻一份力量。

參考文獻

[1] 鄧清福.對水電站繼電保護裝置分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2011，（31）.

作者簡介：馬東?。?982-），男，吉林通化人，供職于中國水利水電第二工程局有限公司，研究方向：電氣施工管理與技術(shù)。

（責(zé)任編輯：文 森）