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，造成整個電力系統(tǒng)安全運(yùn)行受到影響時，可以及時的通過警報方式提醒值班人員，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)整個電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。從整個角度來看，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，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)的動作。而設(shè)備的執(zhí)行部分則是根據(jù)前述兩個環(huán)節(jié)進(jìn)行動作判斷，最終執(zhí)行對應(yīng)的動作，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，使得其對整個供電系統(tǒng)造成的破壞最低，最大程度的確保整個供電網(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，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)行人員能夠及時的采取正確措施，將不正常故障問題予以消除。同時，繼電保護(hù)設(shè)備還能夠根據(jù)實(shí)際情況在最短的時間內(nèi)自動回復(fù)故障供電網(wǎng)絡(luò)的供電，提高整個網(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?？刂婆c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，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，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。只有在將差動保護(hù)設(shè)備同時與幾組電流互感設(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，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，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)備具有比率差動動作特性，其通過采用改變斜率比率制動曲線徹底實(shí)現(xiàn)對實(shí)際不平衡電流曲線的模擬。同時，還可以采用工頻故障分量實(shí)現(xiàn)靈敏度高的比率差動保護(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，能夠識別最短時間為5ms 的TA 飽和故障。通過電流制動與浮動門檻相結(jié)合等構(gòu)成一個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，保證其具有高的故障動作靈敏度。

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)，使得整個裝置在各個采樣間隔中能夠?qū)^電器進(jìn)行動態(tài)計算，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)致的變壓器動作誤動。

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)計過程中，發(fā)電機(jī)與變壓器之間設(shè)置有一個發(fā)電機(jī)出口斷路器。通過這種設(shè)計方式能夠在執(zhí)行保護(hù)動作之后通過斷開發(fā)電機(jī)斷路器達(dá)到將發(fā)電機(jī)主保護(hù)動作、變壓器主保護(hù)動作相隔離的目的，有效的縮小了由于動作保護(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)動作隔離故障的處理方式會使得故障時間持續(xù)較長，使得故障造成的損害不能得到控制。這時，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，失靈保護(hù)動作自動響應(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)的采樣計算能力得到不斷提高，整個裝置在各個采樣間隔中能夠?qū)^電器進(jìn)行動態(tài)計算，使得繼電保護(hù)設(shè)備具有很高的動作性以及可靠性。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，提高整個繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性工作水平。

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