張 蓉

(國(guó)電成都金堂發(fā)電有限公司，四川 成都 610404)

0 前言

繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，長(zhǎng)期以來(lái)，如何提高繼電保護(hù)的可靠性成為日益關(guān)注和研究的目標(biāo)。近年來(lái)，隨著投入商業(yè)運(yùn)行的大型火電廠逐年增多，如何提高配置復(fù)雜、原理繁多的大型火電廠主系統(tǒng)繼電保護(hù)可靠性成為提高電廠運(yùn)行可靠性、制定合理的檢修周期等的重要課題。

1 保護(hù)裝置誤動(dòng)

1.1 原理設(shè)計(jì)缺陷

由于國(guó)家動(dòng)模試驗(yàn)室的建立和繼電保護(hù)原理研究的不斷深入，繼電保護(hù)裝置本身的原理缺陷已經(jīng)不用用戶考慮了，重要的是應(yīng)針對(duì)它所保護(hù)的對(duì)象進(jìn)行正確選型，因此在分析繼電保護(hù)裝置原理時(shí)，首先應(yīng)該分析被保護(hù)對(duì)象的特性，如某大型發(fā)電廠主系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)變壓器組系統(tǒng))采用自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)變壓器組單元制接線方式，針對(duì)這一特點(diǎn)，保護(hù)選型首先就要注意選用針對(duì)該機(jī)組特點(diǎn)的繼電保護(hù)裝置，象發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)采用電流循環(huán)閉鎖方式，以防止單相TA斷線等引起的誤動(dòng);發(fā)電機(jī)三相過(guò)流保護(hù)應(yīng)采用帶記憶特性或電壓控制;低阻抗保護(hù)應(yīng)采用最小精工電流足夠小;失磁保護(hù)邏輯中的勵(lì)磁電壓輔助判據(jù)也應(yīng)增加延時(shí)，以躲開(kāi)由于系統(tǒng)振蕩或失步對(duì)自并勵(lì)機(jī)組造成的影響等等。

要重視被保護(hù)的一次設(shè)備的特性，以主設(shè)備(包括發(fā)電機(jī)和變壓器)為例，繼電保護(hù)裝置制造廠、設(shè)計(jì)人員、業(yè)主技術(shù)人員應(yīng)主動(dòng)向制造廠家技術(shù)人員介紹有關(guān)大型發(fā)電機(jī)組保護(hù)對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器設(shè)計(jì)制造的要求，如發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的引出方式、中性點(diǎn)接地方式、電流互感器的配置以及變壓器套管電流互感器的配置等，應(yīng)及時(shí)掌握本工程所用主設(shè)備的特性，如發(fā)電機(jī)的銘牌參數(shù)、定子結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括定子鐵心內(nèi)徑、定子鐵心長(zhǎng)度、氣隙、極距、定子齒數(shù)、每相并聯(lián)支路數(shù)、定子槽形和槽內(nèi)分布圖、定子線圈截面圖、定子繞組連接圖和定子繞組電阻等)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)(轉(zhuǎn)子鐵心長(zhǎng)度、阻尼條長(zhǎng)度直徑和材料、阻尼環(huán)截面和材料、轉(zhuǎn)子鐵心材料導(dǎo)磁率導(dǎo)電率、轉(zhuǎn)子繞組每線圈匝數(shù)和并聯(lián)支路數(shù)、勵(lì)磁繞組電阻、空載特性曲線、轉(zhuǎn)子槽形和槽內(nèi)分布圖、轉(zhuǎn)子繞組圖、轉(zhuǎn)子阻尼繞組布置圖)、冷卻方式等，變壓器的銘牌參數(shù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)等，針對(duì)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)并選擇合適的繼電保護(hù)裝置，以防止由于選型不當(dāng)造成的原理缺陷。

1.2 設(shè)計(jì)錯(cuò)誤

設(shè)計(jì)人員根據(jù)收集到的各種資料，吃準(zhǔn)所選型號(hào)的保護(hù)原理，熟悉設(shè)計(jì)規(guī)程和國(guó)家頒布的各種技術(shù)文件，重視針對(duì)所設(shè)計(jì)大型發(fā)電機(jī)組自身的特點(diǎn)，在充分分析計(jì)算內(nèi)部故障的基礎(chǔ)上，慎重選擇主保護(hù)方案，同時(shí)簡(jiǎn)化后備保護(hù)，防止出現(xiàn)原則性疏漏和錯(cuò)誤，除此之外，還應(yīng)了解勵(lì)磁系統(tǒng)、廠用快切、ECS監(jiān)控等自動(dòng)裝置和設(shè)備的特性，并注意和其配合，包括保護(hù)配置、出口邏輯矩陣等，防止配合失當(dāng)。下面舉例說(shuō)明。

圖1 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)阻抗圓原理邏輯圖

某大型發(fā)電廠采用自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)變壓器組單元制接線方式，高壓廠用變壓器、脫硫變壓器以及勵(lì)磁變壓器接于發(fā)電機(jī)出口分相封閉母線，由于勵(lì)磁系統(tǒng)本身具有轉(zhuǎn)子接地保護(hù)(采用方波注入式原理，由于設(shè)計(jì)理念的不同，本轉(zhuǎn)子接地保護(hù)只有一點(diǎn)接地保護(hù)，設(shè)置兩段定值分別啟動(dòng)告警和機(jī)組全停)和軸電壓抑制器，因此設(shè)計(jì)人員未啟用保護(hù)裝置上的疊加直流式原理的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)(由于勵(lì)磁裝置上軸電壓抑制器的影響，該原理的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)不能正常投運(yùn))，取消了轉(zhuǎn)子正、負(fù)極和大軸到保護(hù)裝置的回路，直接造成失磁保護(hù)邏輯中的轉(zhuǎn)子低電壓Ufd判據(jù)失效，本案失磁保護(hù)原理及邏輯圖如圖1所示。

正常運(yùn)行時(shí)，若用阻抗復(fù)平面表示機(jī)端測(cè)量阻抗，則阻抗的軌跡在第一象限(滯相運(yùn)行)或第四象限(進(jìn)相運(yùn)行)內(nèi)。發(fā)電機(jī)失磁后，機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡將沿著等有功阻抗圓進(jìn)入異步邊界圓內(nèi)。失磁還可能進(jìn)一步導(dǎo)致機(jī)端電壓下降或系統(tǒng)電壓下降。

阻抗型失磁保護(hù)，通常由阻抗判據(jù)(Zg＜)、轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)(Vfd＜)、機(jī)端低電壓判據(jù)(Ug＜)、系統(tǒng)低電壓判據(jù)(Un＜)構(gòu)成。保護(hù)輸入量有:機(jī)端三相電壓、發(fā)電機(jī)三相電流、主變壓器高壓側(cè)三相電壓(或某一相間電壓)、轉(zhuǎn)子直流電壓。

由圖1可以看出，失磁阻抗判據(jù)是按靜態(tài)穩(wěn)定圓整定的，一旦取消Ufd判據(jù)后，在發(fā)生系統(tǒng)振蕩，特別是不穩(wěn)定振蕩時(shí)失磁保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)的概率大大增加了，保護(hù)的可靠性相應(yīng)降低。同時(shí)，一旦勵(lì)磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)發(fā)生故障(雖然廠家配有三塊轉(zhuǎn)子接地保護(hù)板，但方波注入和檢測(cè)回路只有一套，并不是真正意義上的雙套后備)，也將影響機(jī)組的正常運(yùn)行，因此，作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)充分了解所選用設(shè)備的性能和原理，合理搭配，防止類似事件的發(fā)生。在此提供一套上述案例的補(bǔ)救方案僅供參考:①采取重新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子正、負(fù)極和大軸到保護(hù)裝置的回路，保證失磁保護(hù)的完整性;②和繼電保護(hù)廠家聯(lián)系采用乒乓原理轉(zhuǎn)子接地保護(hù)(切換采樣原理)，采用該原理可避免勵(lì)磁裝置上軸電壓抑制器對(duì)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的影響，可以作為勵(lì)磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)發(fā)生故障時(shí)投入使用。

1.3 元件損壞和特性變化

隨著微機(jī)保護(hù)的大量使用，裝置內(nèi)部元件損壞或特性變化引起的可靠性問(wèn)題日益突出，雖然保護(hù)制造廠家在裝置的自動(dòng)檢測(cè)方面下了很大的功夫，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然有待檢驗(yàn)。目前常用的自檢程序有:①可讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM的自檢;②只讀存儲(chǔ)器的自檢;③數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的自檢;④開(kāi)關(guān)量輸入通道自檢;⑤開(kāi)關(guān)量輸出通道自檢等。廠家應(yīng)確保在裝置自檢過(guò)程中和自檢發(fā)現(xiàn)故障時(shí)都不應(yīng)引起保護(hù)誤動(dòng)作。事實(shí)上，通過(guò)保護(hù)自檢發(fā)現(xiàn)問(wèn)題只是一方面，因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置不可能將所有的回路納入自檢，所以保護(hù)裝置的安裝調(diào)試和定期檢修是發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部元件損壞(特別是繼電器損壞、內(nèi)部接線錯(cuò)誤等)或特性變化(特別是各種開(kāi)入量、開(kāi)出量和交流采樣環(huán)節(jié)等)的主要手段。

1.4 抗干擾問(wèn)題

由于電廠的特殊電磁環(huán)境，繼電保護(hù)裝置工作環(huán)境的干擾是嚴(yán)重的，一方面這些干擾的特點(diǎn)是頻率、幅值高，可以順利通過(guò)各種分布電容的耦合，另一方面，這些干擾持續(xù)時(shí)間短，對(duì)于微機(jī)保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，由于CPU工作是在時(shí)鐘節(jié)拍的嚴(yán)格控制下以較高的速度同步進(jìn)行的，不能通過(guò)簡(jiǎn)單的延時(shí)回路來(lái)躲開(kāi)干擾，所以對(duì)于微機(jī)保護(hù)來(lái)說(shuō)，提高抗干擾性也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，首先分析一下進(jìn)入微機(jī)保護(hù)的干擾，按干擾源的產(chǎn)生分為外部干擾和內(nèi)部干擾。外部干擾主要是其他物體和設(shè)備輻射的電磁波產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)或強(qiáng)磁場(chǎng)以及來(lái)自電源的工頻干擾、諧波干擾和脈沖干擾等等，內(nèi)部干擾主要是電容的耦合和回路間的互感引起的不同信號(hào)感應(yīng)、多點(diǎn)接地造成的地電位差干擾等等。就干擾的形式來(lái)說(shuō)，分為差模干擾和共模干擾，差模干擾是指串聯(lián)于信號(hào)源回路之中的干擾，主要是由于各信號(hào)線對(duì)干擾源的相對(duì)位置不對(duì)稱因而受干擾源電磁感應(yīng)或靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的，比如投切空載母線、投切空載變壓器和投切空載長(zhǎng)線等高壓帶電體所產(chǎn)生的干擾。共模干擾產(chǎn)生的原因與差模干擾相似，只是信號(hào)線距干擾源較遠(yuǎn)，因而各相信號(hào)線對(duì)干擾源的相對(duì)位置基本上是對(duì)稱的，共模干擾可為直流，也可為交流，它是造成微機(jī)保護(hù)裝置損壞或不正常工作的重要原因，消除共模干擾的主要方法有:①浮空隔離技術(shù);②雙層屏蔽技術(shù);③二次系統(tǒng)一點(diǎn)接地;④低阻匹配傳輸、電流傳輸代替電壓傳輸;⑤采用隔離變壓器;⑥采用光電耦合芯片等。由于干擾會(huì)造成計(jì)算或邏輯錯(cuò)誤、程序運(yùn)行出軌，甚至?xí)斐稍p壞，所以除采用各種隔離、屏蔽、合理布局和配線給電容提供低阻抗入地通道(電容濾波)以及在微機(jī)保護(hù)電源回路中加濾波器阻止干擾傳遞等方法外，還應(yīng)采取以下措施:①對(duì)輸入采樣值的抗干擾糾錯(cuò);②運(yùn)算過(guò)程的校核糾偏;③保護(hù)出口閉鎖;④程序出格的自恢復(fù)(看門狗)等。按照國(guó)家 GB/T 17626.1－1998、GB/T 14598和IEC 60255－21規(guī)程的要求，保護(hù)裝置出廠前應(yīng)完成電磁兼容試驗(yàn)，在安裝調(diào)試階段廠家應(yīng)提供相關(guān)試驗(yàn)材料(包括以下試驗(yàn)內(nèi)容:①靜電放電試驗(yàn)，嚴(yán)酷等級(jí)應(yīng)達(dá)到三級(jí);②輻射電磁場(chǎng)抗干擾度試驗(yàn)，嚴(yán)酷等級(jí)應(yīng)達(dá)到三級(jí);③電快速瞬變/脈沖群抗干擾度試驗(yàn)，嚴(yán)酷等級(jí)應(yīng)達(dá)到三級(jí);④浪涌抗干擾度試驗(yàn)，嚴(yán)酷等級(jí)應(yīng)達(dá)到三級(jí);⑤1 MHz和100 kHz脈沖群干擾試驗(yàn)，嚴(yán)酷等級(jí)應(yīng)達(dá)到三級(jí))。同時(shí)，按照國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)程和反措要求核實(shí)抗干擾措施是否得當(dāng)。

1.5 整定計(jì)算錯(cuò)誤

錯(cuò)誤的整定對(duì)于保護(hù)來(lái)說(shuō)是災(zāi)難性的，因此加強(qiáng)保護(hù)裝置原理的研究，針對(duì)所選保護(hù)裝置的型號(hào)和被保護(hù)一次設(shè)備的特點(diǎn)，按照國(guó)家規(guī)程要求，采用合適的短路計(jì)算模型，參考保護(hù)裝置廠家說(shuō)明書(shū)進(jìn)行整定計(jì)算才能最大限度地保證計(jì)算的準(zhǔn)確性。

另外，整定計(jì)算還應(yīng)考慮被保護(hù)的一次設(shè)備的特性，如反時(shí)限過(guò)勵(lì)磁保護(hù)的整定計(jì)算就應(yīng)重點(diǎn)考慮發(fā)電機(jī)和變壓器的過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)曲線，按照誰(shuí)的過(guò)勵(lì)磁能力差就按誰(shuí)的過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)曲線整定，以滿足可靠保護(hù)大型發(fā)電機(jī)變壓器組的需要。應(yīng)當(dāng)指出的是，整定計(jì)算在投運(yùn)以后需要很長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)，針對(duì)運(yùn)行方式的變化和系統(tǒng)參數(shù)的變化還應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)應(yīng)積極分析查找原因，防止錯(cuò)誤整定的保護(hù)投入運(yùn)行。

1.6 運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)

在保護(hù)裝置投入運(yùn)行以后，良好的運(yùn)行維護(hù)在防止保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)方面起著舉足輕重的作用。制訂優(yōu)秀的管理制度，培養(yǎng)高素質(zhì)的檢修、運(yùn)行技術(shù)人才是保證繼電保護(hù)裝置可靠性的必要條件，在管理制度上，首先應(yīng)對(duì)各種保護(hù)裝置按被保護(hù)設(shè)備歸檔建立設(shè)備運(yùn)行管理卡、定值整定卡、檢修卡、檢修作業(yè)指導(dǎo)書(shū)、相關(guān)設(shè)計(jì)和廠家圖冊(cè)等，先在制度和技術(shù)上最大限度防止誤碰、誤整定、誤投保護(hù)壓板等誤操作引起的保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)問(wèn)題;其次，建立保護(hù)動(dòng)作、維護(hù)檢修、廠家升級(jí)、設(shè)計(jì)修改和損壞維修等相關(guān)情況紀(jì)錄(最好建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，以備查詢)，分別統(tǒng)計(jì)出保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率、可靠度、故障率、平均無(wú)故障時(shí)間、修復(fù)率、平均修復(fù)時(shí)間等相關(guān)可靠性計(jì)算參數(shù)，并將這些參數(shù)和保護(hù)裝置使用情況及時(shí)反饋到保護(hù)制造廠家，為廠家提供更好的技術(shù)服務(wù)打下基礎(chǔ);此外，在掌握國(guó)家相關(guān)規(guī)程和繼電保護(hù)基本原理的基礎(chǔ)上吃透保護(hù)裝置的原理和相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，針對(duì)保護(hù)裝置及回路在設(shè)計(jì)、制造等出現(xiàn)的問(wèn)題，提出適合本廠情況的技術(shù)升級(jí)及技術(shù)改造方案并努力實(shí)施，不斷提高保護(hù)裝置可靠性，以保證被保護(hù)主設(shè)備的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，提高保護(hù)設(shè)備的可靠性是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，作好平常的積累對(duì)分析保護(hù)設(shè)備可靠性問(wèn)題大有裨益，希望在以后的工作中，針對(duì)保護(hù)出現(xiàn)的各種可靠性問(wèn)題，運(yùn)用科學(xué)的方法(如概率統(tǒng)計(jì)法、馬爾科夫模型法和故障樹(shù)法等)加以分析和定量計(jì)算，找出最大的故障類型和故障原因，以整體提高保護(hù)的可靠性。

［1］王維儉.發(fā)電機(jī)變壓器組繼電保護(hù)應(yīng)用(第三版)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2003.

［2］GB/T 14285－2006，繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］GB/T 50062－2008，電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］郭永基.可靠性工程原理［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2002.