淺談電氣二次及繼電保護

駱磊

（廣東 韶關，512132）

1 發電機內部故障計算分析

在發電機制造商對發電機繞組結構和電磁參數設計完成后,針對發電機定子為 5分支繞組的結構特點,委托不同的科研單位對發電機在內部各種故障情況下的短路電流進行計算,并對各種保護方案在不同故障情況下的靈敏度進行分析比較,為發電機定子分支繞組在中性點側的引出方式的確定、保護用電流互感器的參數和型式選擇以及繼電保護方案的正確配置提供科學依據。在保護子系統 A中配置完全縱差保護(87G)和裂相保護(87GUP),機端電流互感器 TA變比為 30000/1A,并對裂相保護(87GUP)在發電機定子中性點側的每相分支按1-2-3分支和 4-5分支進行分組,在兩組引出線上均設 TA,前者 TA變比為 18000/1A,后者 TA變比為 12000/IA;在子系統 B中配置不平衡保護 (60G),其電流互感器 TA接于發電機的兩個中性點之間,變比為 500/1A。除上述發電機主保護外,還包括定子接地故障、機組異常運行狀態、主變壓器保護、廠用變壓器保護、勵磁變壓器保護以及非電量的保護。發電機一變壓器組的絕大多數保護采用了冗余配置,

2 勵磁變壓器的選擇

由于勵磁變壓器副邊可控硅換流原因,陽極回路會有 3、5、7、9、11 等奇次諧波。為消除3、9次諧波的影響,通常將勵磁變壓器的副邊接成三角形,以減少諧波對勵磁變壓器引起的發熱、震動等危害。以往在勵磁變壓器容量選擇時,為了克服上述高次諧波對勵磁變壓器的影響,不同的勵磁設備生產廠家通常留有不同的容量裕度 (據介紹如 SIE№ NS公司 15%、ABB公司為20%)。另外,在設計時應考慮采用低損耗矽鋼片和設計磁密取低一些等辦法來克服不利影響。但磁諧波對變壓器容量選擇的影響從未做過定量分析,為此,通過與國內制造廠和科研單位合作對勵磁變壓器諧波影響進行定量分析研究,即考慮諧波影響后,實際滿載時的電流值應按 1.15倍基波工頻電流考慮。另外,勵磁變壓器的絕緣等級問題。目前,國內外通常選用 F級絕緣、允許溫升 80K和 H級絕緣、允許溫升 80K兩種。工程設計中如何確定一直是人們爭論的熱點,這里主要是一個綜合經濟比較問題,如果勵磁變壓器容量裕度較大,系統要求的強勵頂值倍數不高,且限制運行溫升不超過規定值,選擇前者絕緣等級也是可以的。否則,應選擇后者較為穩妥。在國外進口的產品中曾出現過超規定溫升運行的事例。如清江隔河巖電站的勵磁變為 H級絕緣、允許溫升 80K。但在實際運行中的溫升為 100K左右。

3 電氣二次設備狀態檢修

電氣設備根據功能不同,可分為一次設備和二次設備。電氣二次設備主要包括繼電保護、自動裝置、故障錄波、就地監控和遠動。它們正常可靠的運行是保障電網穩定和電力設備安全的基本要求。在實際運行中因電氣二次設備造成的系統故障時有發生,保護不正確動作的原因涉及到保護人員、運行人員、設計部門、制造部門、自然災害,還有其他不明原因。隨著微機在繼電保護及自動裝置的廣泛應用,繼電保護的可靠性、定值整定的靈活性大大提高,依據傳統的《繼電保護及電網安全自動裝置檢驗條例》來維護電氣二次設備,顯然不合時宜。而一次設備狀態檢修的推廣、線路不停電檢修技術的應用,因檢修設備而導致的停電時間將越來越短。這對電氣二次設備檢修提出了新的要求,因此,電氣二次設備在檢修體制、檢修方法及檢驗項目、制定檢修周期等方面需要改變,實行電氣二次設備狀態檢修,可保證二次設備的可靠運行,以適應電力發展的需要。電氣二次設備狀態檢修是通過設備狀態監測技術和設備自診斷技術,結合二次設備運行和檢修歷史資料,對二次設備狀態作出正確評價,根據狀態評價結果,科學安排檢修時間和檢修項目。由于大量微電子元件、高集成電路在電氣二次設備中的廣泛應用,電氣二次設備對電磁干擾越來越敏感,極易受到電磁干擾。電磁波對二次設備干擾造成采樣信號失真、自動裝置異常、保護誤動或拒動,甚至元件損壞。

國際電工委員會(IEC)及國內有關部門對繼電保護制定了電磁兼容 (EMC)標準。但目前,對現場電磁環境的監測、管理沒有納入檢修范圍。也沒有合適的監測手段。對二次設備進行電磁兼容性考核試驗是二次設備狀態檢修的一項很重要的工作。對不同廠站的干擾源、耦合途徑、敏感器件要進行監測、管理。

4 SFC的諧波問題及對策

變頻起動裝置作為電網的非線性負荷,必然產生高次諧波,對系統造成一定的污染,對廠用電也有一些影響。但是,變頻起動裝置是一種短時工作的設備,它對系統的污染和對廠用電的影響是短時的,不應該按照對連續運行的諧波源的限制條件來對它提出要求。近幾年來,由于對電能質量國家標準的錯誤理解,國內在確定變頻起動裝置的技術條件時往往提出過于苛刻的要求,造成大部分國內電站的 SFC均設置 5、7、11、13、15、17 次等高次諧波濾波器, 不僅增加了成本,而且增加了地下洞室的開挖量。深入的研究已經證明,電站消除諧波污染的關鍵是合理選擇接線方式,只要接線合理 (增大高壓廠用變壓器與 SFC的電氣距離、設置輸入變壓器或隔離變壓器等)就不會對系統和廠用電造成影響,高次諧波濾波器完全不必裝設。

5 電磁型保護和集成型保護

5.1 電磁型保護。電磁型保護是模擬式保護的一種,主要用于中小型機組、變壓器、低壓線路等,其保護構成以單元件繼電器為主 (如過流繼電器,它直接反映電流互感器二次電流有效值的大小而動作),故而保護簡單、可靠。其磁動系統經多年實際運行,在現場實際運行中,積累了豐富的經驗。只要堅持定期校驗,嚴把整定、調度關,其動作性能就能夠滿足設計和整定要求。

5.2 集成型保護。集成型保護也是模擬式保護的一種,并隨著系統容量的增大對保護提出了更高的要求,構成電路也趨于復雜,以實現復雜的保護邏輯。由于集成電路保護其構成邏輯靠硬件電路來實現,對構成元件的質量要求很高.抗干擾性能、電源質量都要經受住現場復雜電磁環境的考驗。實踐證明,盡管集成電路保護依據的原理十分先進,功能比較齊全。但由于元器件本身質量不過關。抗干擾性能差,尤其是國產化工藝水平低,注定了它在一投入生產就出現頻繁誤動、發異常信號等現象。又由于其調試復雜,要求現場人員理論、操作水平相對較高。

總結

安全生產是電力企業的永恒主題,繼電保護是確保電網安全運行的關鍵環節。如何防止和杜絕繼電保護及安全自動裝置的不正確動作,防止事故發生和擴大,確保電網安全運行,是繼電保護專業人員為之努力的工作目標,也是各單位所面臨的、時刻不容掉以輕心的一項重要工作。隨著電力科技含量不斷提高,保護裝置不斷地更新換代,要保證電網安全穩定運行,必須不斷提高管理水平,完善繼電保護相關管理制度,加大人員培訓力度,增強繼保人員的工作責任心,變被動管理為主動管理,才能防患于未然。

[1]吳剛，涂寧，周強，鄒來勇.構皮灘水電站電氣二次設計.人民長江，2006年3期.