火力發(fā)電廠繼電保護可靠性的影響因素探析

王志誠

(大唐渭河熱電廠,陜西咸陽 712038)

火力發(fā)電廠繼電保護可靠性的影響因素探析

王志誠

(大唐渭河熱電廠,陜西咸陽 712038)

基于火力發(fā)電廠裝置的重要性和特殊性,預(yù)防火力發(fā)電廠電力事故的繼電保護裝置尤為重要。本文主要介紹了火力發(fā)電廠繼電保護裝置設(shè)置的基本任務(wù)、目的以及所具有的工作特點,并針對火力發(fā)電廠內(nèi)繼電保護抗干擾問題進行了分析探討。

火力發(fā)電廠 繼電保護 干擾因素 可靠性

電力系統(tǒng)的安全性能是關(guān)乎社會發(fā)展與穩(wěn)定的重要因素，火力發(fā)電廠如果出現(xiàn)異常的運行狀態(tài)不及時處理的話，將會進一步演變?yōu)殡娏收希瑫鹨幌盗械闹卮笫鹿剩踔習(xí)斐扇藛T的傷亡以及電力設(shè)備的重大損壞。因此為了保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，防止一系列電力事故的再次發(fā)生，必須將火力發(fā)電廠內(nèi)的每一個電氣相關(guān)設(shè)備上全部安裝繼電保護裝置，從問題產(chǎn)生根源抓起，根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常運行的情況，動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號。因繼電保護裝置具有強的選擇性、速動性和靈敏性導(dǎo)致其在工作的同時會受環(huán)境、溫度、輻射以及一系列人為因素干擾而使其性能受到破壞，從而影響火力發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運行。

1 火力發(fā)電廠繼電保護綜合概述

1.1 火力發(fā)電廠繼電保護的重要性

火力發(fā)電廠的繼電保護裝置主要是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號幫助火力發(fā)電廠及時處理各種故障或異常的一種自動裝置。火力發(fā)電廠雖然配備了繼電保護裝置，但是火力發(fā)電廠繼電保護裝置常會受到多種因素的干擾而導(dǎo)致繼電保護功能的受損。例如：常會受到自然災(zāi)害(如雷擊、風(fēng)災(zāi)等)和人為因素(如誤操作、設(shè)備制造上的缺陷以及設(shè)備檢修質(zhì)量不合格等)的影響，會對整個發(fā)電廠的正常運行產(chǎn)生各種形式的干擾，造成電力系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常運行，在很大程度上會降低系統(tǒng)電壓，破壞整個發(fā)電廠運行的穩(wěn)定性和系統(tǒng)安全，造成人員傷亡及設(shè)備損壞，所以在火力發(fā)電廠中使用繼電保護裝置是十分必要的。

1.2 火力發(fā)電廠繼電保護的基本任務(wù)

(1)當(dāng)火力發(fā)電廠電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護裝置能自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運行，以最大限度地減少對電力元件本身的損壞，降低對電力系統(tǒng)安全供電的影響。(2)反應(yīng)火力發(fā)電廠電氣設(shè)備的不正常工作情況，并根據(jù)不正常工作情況和設(shè)備運行維護條件的不同發(fā)出信號，以便值班人員進行處理，或由裝置自動地進行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行而會引起事故的電氣設(shè)備予以切除。

1.3 火力發(fā)電廠繼電保護的目的

火力發(fā)電廠電力系統(tǒng)短路故障總是伴隨著很大的短路電流，同時系統(tǒng)電壓大大降低，電力系統(tǒng)一旦故障將會產(chǎn)生如下后果：(1)短路點的電弧將故障的電氣設(shè)備燒壞；(2)短路電流通過故障設(shè)備和非故障設(shè)備時發(fā)熱并產(chǎn)生電動力，使電氣設(shè)備絕緣性能和機械性能損壞，從而縮短設(shè)備的使用壽命；(3)電壓下降，使大量電能用戶的正常工作遭受破壞，影響產(chǎn)品質(zhì)量；(4)電壓下降可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)各個發(fā)電廠之間并列運行的穩(wěn)定性遭受破壞，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。長時間的過負(fù)荷會使電氣元件的載流部分和絕緣材料溫度過高，加速設(shè)備的絕緣老化，甚至損壞設(shè)備。火力發(fā)電廠繼電保護是對所保護的對象進行保護和監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常或故障時，根據(jù)設(shè)定好的邏輯條件或判決條件延時動作于報警或跳閘，有效預(yù)防事故的發(fā)生和縮小事故影響范圍，保證電能質(zhì)量和供電可靠性，這是繼電保護最根本的目的。

1.4 火力發(fā)電廠繼電保護裝置的工作特點

(1)選擇性。繼電保護裝置可以有選擇的將故障設(shè)備在電力系統(tǒng)中切除，減少停電范圍并保障電力系統(tǒng)中非故障設(shè)備的繼續(xù)運行。(2)速動性。繼電保護裝置在緊急情況下可以較快的切除電力故障設(shè)備，盡快恢復(fù)電力系統(tǒng)的電壓，防止事故擴張而對電力系統(tǒng)造成更大的影響。(3)靈敏性。繼電保護裝置對故障的認(rèn)知、短路形式的判斷以及故障反應(yīng)能力具有準(zhǔn)確的判斷能力，可以敏銳的滿足保護裝置的需求。(4)可靠性。可靠性是對繼電保護最根本的要求，是指在該保護裝置規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該動作的故障時，它不應(yīng)該拒絕動作，而在任何其他該保護裝置不應(yīng)該動作的情況下，則不應(yīng)該誤動作。

2 火力發(fā)電廠繼電保護可靠性的干擾因素分析

雖然繼電保護裝置在火力發(fā)電廠的安全運行中發(fā)揮了關(guān)鍵性的保護預(yù)警作用，可以有效而及時的監(jiān)測設(shè)備異常狀態(tài)，自行切斷緊急故障設(shè)備。但是實際上火力發(fā)電廠的繼電保護仍會受到多種因素的干擾，從而造成了繼電保護裝置性能的減弱，這將不利于火力發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運行。以下對繼電保護的可靠性干擾因素進行分析：

2.1 自然因素方面

(1)雷擊干擾。自然的雷擊多種多樣，對火力發(fā)電廠的設(shè)備破壞性較大，包括直擊雷、球形雷、感應(yīng)雷等。因為火力發(fā)電廠的地網(wǎng)為高阻抗性能，其接地元件、避雷器受雷擊時，會產(chǎn)生一定的高頻電流使變電站地網(wǎng)的暫態(tài)電位迅速升高。在此高阻雷擊干擾下，火力發(fā)電廠的繼電保護裝置會頻繁的誤動作，降低了繼電保護裝置的穩(wěn)定性。(2)高頻干擾。火力發(fā)電廠的兩個設(shè)備之間會由于隔離開關(guān)的動作時間過長或者速度過慢而產(chǎn)生電弧閃絡(luò)，并形成高頻電流和電壓。高頻狀態(tài)的頻繁發(fā)生會在電力設(shè)備附近產(chǎn)生較強烈的電場和磁場，導(dǎo)致二次回路、二次設(shè)備的運行狀況發(fā)生異常，當(dāng)干擾強度超出裝置測量、邏輯元件承受的范圍時，便會使繼電保護裝置動作異常，從而干擾了火力發(fā)電廠繼電保護裝置的正常運行。(3)輻射干擾。火力發(fā)電廠內(nèi)部設(shè)置了較多的移動通信設(shè)備，其在使用時會產(chǎn)生強輻射電場和磁場，會對繼電保護形成一定的干擾。比如，變化的磁場會耦合到電子回路中產(chǎn)生高頻電壓，也就是假故障信號，干擾繼電保護裝置的正常運行，影響其對電氣設(shè)備的保護功能。(4)靜電因素。靜電因素對繼電保護造成的干擾主要來源于工作人員的衣物。若技術(shù)人員長時間處于高電壓環(huán)境中工作，其衣物上就會留有高電壓電荷，當(dāng)工作人員進入發(fā)電廠接觸繼電保護裝置時便會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，對繼電保護裝置中的電子元器件造成損壞，從而影響其對設(shè)備的保護效果。

2.2 人為因素方面

(1)人員專業(yè)知識方面。在實際工作中，運行維護人員因為缺乏相關(guān)電力專業(yè)知識，實踐操作功底不強從而導(dǎo)致了其對繼電保護裝置的誤操作。在對繼電保護裝置的操作過程中，操作人員沒有認(rèn)真學(xué)習(xí)繼電保護的相關(guān)原理，沒有仔細(xì)閱讀相關(guān)繼電保護的圖紙，對相關(guān)的繼電保護裝置性能不熟悉從而不能確保繼電保護裝置可靠運行。(2)硬件設(shè)備方面。火力發(fā)電廠的資金需求比較大，而且大部分設(shè)備成本較大客觀上導(dǎo)致資金緊張。所以，電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備發(fā)生損壞后，因為沒有及時進行相關(guān)的維修改造、配件工具和資金供給，導(dǎo)致當(dāng)前的火力發(fā)電廠不能及時完善對繼電保護裝置的升級改造工作，這也就為火力發(fā)電廠供電的安全性埋下了一定隱患。(3)軟件支持方面。硬件的正常運行需要有完備的軟件技術(shù)支持和規(guī)章制度監(jiān)督，但目前火力發(fā)電廠或多或少仍存在此方面的問題。雖然也制定了一系列的規(guī)章制度，但是因為具體實施力度不夠、工作人員的忽視，甚至部分工作人員在操作時無視相關(guān)規(guī)程規(guī)定要求盲目操作等等，這些都對繼電保護裝置的正常運行產(chǎn)生威脅。

3 火力發(fā)電廠繼電保護可靠性的探析

3.1 監(jiān)測核心繼電保護裝置

要定時和不定期的監(jiān)測電網(wǎng)中核心電子元器件，針對電網(wǎng)電氣的狀態(tài)進行有效性分析，控制繼電保護裝置的最大承受電壓和電流。一般而言，電力事故是由核心元件的功能減弱引起的，隨著設(shè)備的老化以及強烈的干擾影響，會使繼電保護裝置逐步處于脆弱狀態(tài)，進而削弱繼電保護裝置工作的靈敏性和速動性。所以，工作人員要不斷的監(jiān)測火力發(fā)電廠內(nèi)部各設(shè)備的工作狀態(tài)和性能，并逐一做好預(yù)防準(zhǔn)備工作。

3.2 合理分配電網(wǎng)能源分布

合理分配電網(wǎng)的供電需求，形成資源互補的自愈系電網(wǎng)供給，可以吸收分散電壓并納入到自愈系電網(wǎng)中。通過分散性的發(fā)電和分布功能，可以在緊急情況下協(xié)調(diào)電廠內(nèi)部電力的輸配系統(tǒng)，解決由于瞬間干擾而引起的電能問題。

3.3 優(yōu)化電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

改變以往電力設(shè)備中的常開或常關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合電網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)特點和結(jié)構(gòu)，優(yōu)化電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。進一步減少火力發(fā)電廠配電網(wǎng)的設(shè)備損耗，優(yōu)化其運營的成本；優(yōu)化電力電纜分布，使各饋線的電力設(shè)備分布均勻，以杜絕超負(fù)荷現(xiàn)象；通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在事故發(fā)生時借助繼電保護裝置可以使其自動復(fù)原，以增強供電設(shè)備的安全性能。

4 結(jié)語

火力發(fā)電廠是我國最主要的電能生產(chǎn)基地，繼電保護設(shè)備也是最為重要的電力系統(tǒng)保護設(shè)備之一，其可以及時發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，并自動做出切斷、隔離操作，避免發(fā)電廠不必要的損失和對電能用戶的影響。雖然火力發(fā)電廠的設(shè)備配備了繼電保護裝置，在一定程度上可以避免輕微事故造成的危害，但是在火力發(fā)電廠運行期間繼電保護裝置往往會受多種因素的強烈干擾而導(dǎo)致其保護性能的減弱或喪失。所以針對繼電保護裝置所具有的特點，采取措施有效預(yù)防電力系統(tǒng)事故的發(fā)生和異常工況的出現(xiàn)，加強火力發(fā)電廠繼電保護的可靠性顯得尤為重要。

[1]賀家李,李永麗等.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].北京:中國電力出版社,2010．

[2]常詠梅,王昌勇.發(fā)電廠繼電保護可靠性的影響因素探析[J].機電信息,2012,(27):21．

王志誠(1986—),男,陜西西安人,本科,助理工程師,職業(yè)技能鑒定:繼電保護高級工,從事發(fā)電廠電氣二次維護工作。