淺談電氣二次及繼電保護

王晶浩

(遼寧電力勘測設計院,遼寧沈陽 110179)

淺談電氣二次及繼電保護

王晶浩

(遼寧電力勘測設計院,遼寧沈陽 110179)

隨著電力系統的不斷普及,人們也越來越依賴電力為我們生活所帶來的便利。也正是由于電力系統在居民生活中扮演著如此重要的角色,一旦電力系統在運行時出現故障,將會給人們的日常生活帶來極大的影響,因此就需要我們對發電機將常出現的故障及繼電保護等問題有一個深入的了解,以便我們能夠及時應對所發生的電氣故障。

電氣二次 繼電保護

隨著科技的快速發展,電力系統也越來越深入到我們的生活,成為居民們日常生活中必不可少的一部分。然而電力系統在運行時也難免會發生諸多故障,當故障發生時,能夠保證電力系統安全運行的最有效的措施就是通過繼電保護迅速有效地對發生故障的元件進行切除。因而一旦繼電保護動作不正確,必將會給電力系統的運行造成極其重大的影響,這就需要我們提高繼電保護的正確動作率,以保證電力系統更加安全高效的運行。

1 發電機內部故障計算分析

發電機制造商在完成對發電機繞組結構和電磁參數設計工作之后,會委托相關的科研單位根據發電機定子的繞組結構特點對發電機在內部各種故障情況下的短路電流進行計算,同時還要針對不同故障情況下發電機的各種保護方案的靈敏度進行一系列的對比分析,從而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和裂相保護,機端電流互感器TA變比為30000/1A,并對裂相保護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,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。

2 勵磁變壓器的選擇

勵磁變壓器作為一種專門為發電機勵磁系統提供的三相交流勵磁電源的裝置,勵磁系統通過可控硅將三相電源轉化為發電機轉子直流電源,形成發電機勵磁磁場,通過勵磁系統調節可控硅觸發角,達到調節電機端電壓和無功的目的。也正是由于勵磁變壓器副邊可控硅換流的原因,其陽極回路會有許多的奇次諧波,而這些諧波會使得勵磁變壓器引起發熱及震動的現象,進而影響其功能。通過將勵磁變壓器的副邊接成三角形可以有效地消除3、9次諧波對變壓器的影響,進而減少這些諧波對發動機的危害。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。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,因此,對一些特別重要的電站,運行工況不是十分有利的情況下,留有一定裕度是必要的。

3 電氣二次設備狀態檢修

電氣設備一般可分為電氣一次設備和電氣二次設備,劃分的標準則是根據電氣設備的不同的功能。其中電氣二次設備包括繼電保護、自動裝置、故障錄波、就地監控和遠動等裝置。作為電氣設備中最為重要的一部分,只有當電氣二次設備安全正常的運行時才能夠保障電力設備的安全以及電網的基本穩定。然而在電力系統的實際運行中,依然會發生許多因電氣二次設備產生不正確保護動作所引發的系統故障,其原因涉及到保護人員、運行人員、設計部門、制造部門、自然災害等許多的方面,極大的影響了電氣系統的安全。當然,近些年來隨著計算機電子系統在繼電保護及自動裝置中的廣泛應用, 繼電保護的可靠性以及定值整定的靈活性也有著大幅度的提高,單純利用傳統的繼電保護及電網安全自動裝置的檢驗條例來維護電氣二次設備已經難以滿足時代要求。

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,并且根據狀態評價結果,科學安排檢修時間和檢修項目。隨著設備狀態檢修的推廣,進行線路檢修身子可以做到不停電檢修,因此在檢修設備時因檢修而停電時間也將會大幅度的縮短。這就對電氣二次設備檢修工作提出了更高的要求,需要電氣二次設備在檢修體制、檢修方法及檢驗項目、制定檢修周期諸多方面都進行鄉音的調整,以適應現階段進行的電氣二次設備狀態檢修,保證二次設備的可靠運行符合現階段電力發展的需要。另外,隨著科技的發展,電氣二次設備也大量使用微電子元件、高集成電路等電磁裝置,使得電氣二次設備越來越容易受到電磁的干擾。而電氣二次設備一旦電磁波干擾,就會引起所采樣的信號失真、自動裝置異常、保護誤動或拒動等問題嚴重的甚至會導致元件的損壞。

國際電工委員會以及及國內有關部門對繼電保護制定了電磁兼容標準。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。如對二次設備屏蔽接地狀況檢查;微機保護裝置附近使用移動通訊設備的管理。

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,其在運行時產生的高次諧波對電力系統造成一定的污染,進而也會影響廠用電。但是這種裝置作為一種短時工作的設備,也只是暫時對系統產生污染以及影響廠用電,因此也沒有必要要求其必須遵守限制諧波源連續運行的限制條件。在最近的一段時期,很多人錯誤的理解了電能質量國家標準,提出過于苛刻的變頻起動裝置的技術條件要求,迫使許多國內電站的SFC均設置到5、7、11、13、15、17次等高次諧波濾波器,這樣不僅增加了技術成本,還相應增加了地下洞室的開挖量。現階段的研究已經證明,合理選擇接線方式是發電站消除諧波污染的關鍵,因而只要相應的增大高壓廠用變壓器與SFC的電氣距離并合理設置輸入變壓器或隔離變壓器,高次諧波濾波器完全不必裝設,也不會對系統和廠用電造成影響。而這一問題,許多歐美國家已經有了深入的認識,歐美及日本的多數電站也均不設有濾波器,也從未因此而造成電力系統的。

5 模擬式保護的種類及特點

5.1 電磁型保護

電磁型保護作為模擬式保護最為重要的一種,其主要應用于一些中小型機組、變壓器、低壓線路等,其保護構成以單元件繼電器為主,比如過流繼電器就能夠直接反映電流互感器二次電流有效值的大小而動作,因而這類保護具有簡單、可靠的特點。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。因此只要堅持定期校驗,嚴格控制其整定及調度,其動作性能就能夠滿足設計和整定要求。

電磁型保護的主要缺點是原理簡單。一般只能反映電壓或電流等單一電氣量,其執行元件也采用具有游絲、轉軸等轉動部分的可動機構。并且該類保護一般為經常勵磁,因而消耗的能量較大。另外,由于其原理簡單,極有這類保護的繼電器通常只能實現一種制動特性。為躲開區外故障時的最大不平衡電流以保證選擇性就必須依靠增大定值來滿足要求,這也會大大降低其靈敏度,而對于靠近發電機中心點側的相間短路則不能動作。

5.2 集成型保護

集成型保護同樣也是模擬式保護的一種,這類保護隨著系統容量的增大對保護提出了更高的要求,所構成的電路也要相對復雜以實現更為復雜的保護邏輯。由于集成電路保護其構成邏輯靠硬件電路來實現,因而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,抗干擾性能較差,因而在其投入生產不久后就出現頻繁誤動、發異常信號等現象。又因為其具有調試復雜,要求現場人員理論、操作水平相對較高。因而很容易就會被微機保護所取代。

電力作為現階段最為重要的能源之一,居民的日常生產生活離不開電力系統的支持,通過發電機內部故障進行計算分析,對勵磁變壓器的選擇、電氣二次設備狀態檢修以及SFC的諧波等問題進行深入的分析,對保證我國電力系統的安全穩定運行具有積極的現實意義。

[1]李志榮,王日龍,劉潤華.再談《對電氣符號新標準的理解》[J].電氣時代,2001(3).

[2孫國彬.互感器二次回路故障分析與防范措施[J].大眾用電,2006(3).