火力發(fā)電過程中高壓電動機繼電保護技術(shù)研究

常亮

摘 要：從高壓發(fā)電機繼電控制保護的原理出發(fā)，分析了目前各種繼電保護措施的優(yōu)、缺點，并探討了未來繼電保護系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，以期為高壓電動機的故障分析和繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：繼電保護原理；繼電保護措施；微機繼電保護系統(tǒng)；火力發(fā)電站

中圖分類號：TM772 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.145

火力發(fā)電是指將煤、石油、天然氣等各種燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能，通過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式，這是我國主要的發(fā)電方式之一。電氣系統(tǒng)是火力發(fā)電站的核心，由發(fā)電機、主變壓器、配電設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、發(fā)電機引出線、保安電源、通信設(shè)備和照明設(shè)備等部分組成。其中，發(fā)電機是電氣系統(tǒng)的核心。由于火力發(fā)電過程中產(chǎn)生的高壓電流極易損壞發(fā)電機，進而中斷生產(chǎn)過程，造成嚴(yán)重的直接經(jīng)濟損失和間接經(jīng)濟損失。因此，研究、設(shè)計高壓電動機繼電保護措施至關(guān)重要。

1 繼電控制保護的原理

簡單而言，高壓電動機中的繼電器保護裝置稱為繼電控制保護系統(tǒng)。繼電器是指當(dāng)電流輸入量的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定變化的一種電器。繼電保護的基本原理為利用小電流控制大電流運作，在電路中起到自動調(diào)節(jié)、安全保護和轉(zhuǎn)換電路等作用。隨著計算機科學(xué)和電力事業(yè)的發(fā)展，繼電器已由機電整流式逐漸向微機處理式轉(zhuǎn)變，且保護性能不斷增強，可及時發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確、快速地消除人為、自然和設(shè)備故障等因素引發(fā)的電網(wǎng)故障，從而降低負(fù)面影響，促進電氣系統(tǒng)的正常運行。

2 常用的繼電控制保護措施

傳統(tǒng)的高壓電機繼電保護措施主要包含過負(fù)荷保護、縱聯(lián)差動保護、低電壓保護、接地保護和機組聯(lián)鎖保護。

2.1 過負(fù)荷保護

過負(fù)荷保護是指被保護區(qū)出現(xiàn)超過規(guī)定負(fù)荷時采取的保護措施。在電路中，當(dāng)回路電流超過過負(fù)荷保護裝置的預(yù)設(shè)值時，過負(fù)荷保護裝置會自動斷開電流回路，起到保護有效負(fù)載的作用。一般情況下，該保護分為溫度、熱積累和電流保護，其中，溫度保護是最重要的保護方式之一，其基本原理是將溫度敏感元件黏在或者埋設(shè)在被保護設(shè)備的最熱部位，從而實時監(jiān)測設(shè)備的溫度。

2.2 縱聯(lián)差動保護

縱聯(lián)差動保護是指用某種通信通道將輸電線兩端的保護裝置縱向聯(lián)結(jié)起來，將各端的電流、功率等電氣量傳送到對端，并比較兩端的電氣量，從而判斷故障范圍，決定是否切斷被保護線路。這種保護措施最大的優(yōu)點在于可設(shè)定特定的保護區(qū)域、可快速切除整個保護區(qū)中的任何短路線路，且不存在與系統(tǒng)中相鄰元件保護的選擇性配合問題。

2.3 低電壓保護

低電壓保護是指用低壓保護繼電器并連在電源兩端，當(dāng)電壓過低時會自動脫扣，從而分開斷路器開關(guān)。

2.4 接地保護

接地保護是指將正常情況下不帶電、在絕緣材料損壞或其他情況下可能帶電的電器的金屬部分用導(dǎo)線與接地體可靠連接起來的保護方式之一。

2.5 機組聯(lián)鎖保護

機組聯(lián)鎖保護是指在火力發(fā)電過程中聯(lián)鎖監(jiān)控鍋爐、發(fā)電機、發(fā)變組等設(shè)備的各種安全控制參數(shù)，必要時會停運設(shè)備。這種保護措施比前4種保護措施復(fù)雜的多，且更加依賴計算機設(shè)備的監(jiān)控和處理。

3 繼電保護技術(shù)的發(fā)展

近年來，高壓電機繼電保護技術(shù)不斷發(fā)展，其最大特點在于逐步以微型計算機為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來構(gòu)建繼電保護系統(tǒng)，進而取代了傳統(tǒng)的機電整流式保護系統(tǒng)。雖然我國繼電保護研究的水平與西方發(fā)達國家存在一定的差距，但微機繼電保護技術(shù)已在我國得到了普遍應(yīng)用，在微機繼電保護的算法和軟件等方面也取得了一定的研究成果。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)將在微機繼電保護領(lǐng)域得以應(yīng)用，未來的微機繼電保護系統(tǒng)將呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化和多功能一體化的新格局。

在傳統(tǒng)的繼電保護系統(tǒng)中，除了縱聯(lián)差動保護和機組聯(lián)鎖保護外，大多數(shù)繼電保護裝置只具備迅速切除報警故障元件的功能，無法實現(xiàn)整個系統(tǒng)運行信息和故障信息的共享。只有實現(xiàn)繼電保護網(wǎng)絡(luò)化，才能使繼電保護裝置共享故障信息，從而準(zhǔn)確判斷故障的性質(zhì)、位置，提升繼電保護的可靠性和有效性。比如，可將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論運用到繼電保護系統(tǒng)中，從而有效分析電網(wǎng)的線損問題和解決電力系統(tǒng)中的非線性問題。因此，網(wǎng)絡(luò)化是微機繼電保護技術(shù)的長久趨勢之一。

微電子技術(shù)的發(fā)展使繼電保護產(chǎn)品與微控制器、微處理器、DSP芯片級嵌入式系統(tǒng)進一步融合，有效提升了繼電設(shè)備的智能化水平。此外，人工智能、多媒體、模糊控制，以及人機交互等多種計算機信息處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，也將推動微機繼電保護系統(tǒng)向著智能化的方向不斷發(fā)展。智能化繼電保護設(shè)備在測量速度、精準(zhǔn)度、自動化程度和性價比方面都具有傳統(tǒng)繼電保護產(chǎn)品無法比擬的優(yōu)點。

智能化和網(wǎng)絡(luò)化的繼電保護系統(tǒng)的實質(zhì)是一臺高性能的計算機，它將作為電力計算機網(wǎng)絡(luò)上的智能終端，傳送和處理電力系統(tǒng)中各個被保護元件的運行信息和故障信息。每臺微機繼電保護設(shè)備不僅具備繼電保護功能，還將實現(xiàn)測量、控制與數(shù)據(jù)通信等多種功能的一體化。這是今后高壓電機繼電保護的又一重要發(fā)展方向。

4 結(jié)束語

如何提高高壓電動機繼電保護系統(tǒng)的靈敏度和可靠性，使繼電保護向著操作簡單化、功能智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，是廣大設(shè)計人員和生產(chǎn)運行人員最關(guān)心的問題。微機繼電保護技術(shù)的發(fā)展將高壓電機繼電保護推向了新的發(fā)展高度。然而，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，我國的繼電保護事業(yè)將遇到更多的挑戰(zhàn)和機遇，廣大電力事業(yè)工作者和研究者必須勇于探索、積極進取，才能推動我國電網(wǎng)的可持續(xù)性發(fā)展。

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〔編輯：張思楠〕