應用于水力發電機組的繼電保護探討

肖湘婷

（廣西西江開發投資集團有限公司百色分公司 廣西百色 533000）

應用于水力發電機組的繼電保護探討

肖湘婷

（廣西西江開發投資集團有限公司百色分公司 廣西百色 533000）

水力發電機組的應用隨著人們用電需求的不斷上升，為確保該設備的有效運行，我們通常會將繼電保護技術應用其中，本文主要分析繼電保護的技術內涵與發展，探討水力發電機組中繼電保護技術的應用現狀，同時研究水力發電機組繼電保護技術發展趨勢，以期促進我國水力發電廠發展與進步。

水力發電機組；繼電保護；相關探討

自從改革開放以來，國內經濟發展迅速，在這一形勢下，國內水力發電廠也迅速發展。在水力發電機組中，繼電保護的技術有著重要作用，因此，水力發電廠應該科學、合理地應用繼電保護的技術，這樣可以有效提高水力發電機組運行安全性與穩定性，提高電力系統經營效益。

1 繼電保護技術內涵與發展

1.1 繼電保護的技術內涵

繼電的保護技術主要指電力系統在發生故障與出現異常時，應用電氣自動化的裝置將系統故障的部分切除，或是及時將故障信號發出，降低故障損失與范圍，有效保證系統運行安全性。而且繼電保護的技術主要特點是可靠性比較高、選擇性比較強、運行的速度比較快以及靈敏度比較高，該技術可以及時查出電力系統故障，能夠保證電力系統的運行安全性與可靠性，防止發生重大安全事故。

1.2 繼電保護技術的發展

目前，國內繼電保護的技術發展主要包含以下兩方面：①和西方發達國家比起來，國內繼電保護的技術起步較晚，可是發展的速度比較快；②微型的機電技術發展迅速。在20世紀70年代國內逐漸開始研究繼電保護的技術，初期主要研究晶體管這種繼電的保護器，而隨著晶體管不斷發展與應用，逐漸研發出集成電路的保護裝置。近幾年開始推廣微機繼電的保護器，未來繼電保護的技術將向著網絡化與電子化方向發展。

2 水力發電機組異常故障原因及危害

2.1 水力發電機組異常故障原因

目前，水力發電機組振動異常故障原因主要有以下三種：①尾水管渦帶，主要是指水力發電機組尾水管零件受到局部沖擊，產生不穩定流體，這種流體會影響到系統正常運轉，通過產生螺旋形低壓脈沖，當這個數值達到某一臨界值時，使得水力發電機組管道發生振動，如果這個數值頻率與水電廠振動頻率接近時，可能引發強烈振動，嚴重影響到水力發電機組的使用功能；②設備轉輪出現空蝕的情況，主要是因為流通管的位置安裝不科學，當水體進入系統時，可能會出現不平穩的現象，造成零部件劇烈振動；③水力發電機組輪片容易受到水體撞擊，如果水體撞擊的頻率與水力發電機組頻率相近時，引發水力發電機組輪片發生振動故障。從這三個故障原因可知，引發水力發電機組異常振動，主要是在安裝過程中，沒有科學確定設備零件位置。同時，判斷不同的異常振動原因，可以根據振動頻率，不同的振動頻率反映出不同的異常原因。水輪發電機原理圖如圖1。

2.2 水力發電機組異常故障危害

圖1

水力發電機組在運轉過程中本身會發生一定的振動，只要這個振動頻率處于安全范圍內，都不屬于故障情況，但是如果振動頻率過快或者不穩定，則說明某個零部件出現了問題，會影響到整個系統的運轉情況，其危害主要有以下三部分：從水力發電機組的使用年限的角度來說，如果零部件在振動過程中出現螺帽松動或其他部件斷裂的情況時，可能會增加維護難度，縮短其使用年限，加大水電廠的經濟負擔；從電力生產程序的角度來說，水力發電機組振動異常故障可能會減緩整體生產速度，影響到水電廠的生產效率，最終造成水電廠的經濟損失；從其他設備的角度來說，水力發電機組振動頻率會影響到其他設備，引發設備共振的情況，會使得設備間磨損嚴重，從而造成整個發電線路的癱瘓。

3 如何促進水力發電機組中繼電保護技術常規運行

3.1 減少水力發電機組運轉過程碰撞次數

水力發電機組振動異常時，應該先根據其運轉速度，準確判斷振動頻率，如果振動頻率隨著運轉速度的升高而不斷增加，可以檢查系統發電機的零部件“轉子”，看其是否有不平穩的現象，確定是發電機的問題后，可以增加轉子動平衡，降低系統的振動頻率；反之，則可以檢查水力發電機組的零部件軸線，檢查軸線是否和中心對稱，假如存在不對稱的情況，應及時調整，消除水力發電機組異常振動。對于水力發電機組整體設備都異常振動的情況，則需要把設備全部拆開，如底環、轉輪等，并送到專業廠家進行相關維修工作，重新安裝時，可以適當增加底環和系統頂蓋之間的距離，減少水力發電機組運轉過程碰撞次數，預防振動故障。應特別注意的是，在購進水力發電機組裝備時，必須選擇質量好、信譽高、售后服務全面的廠家，即使水力發電機組出現部分振動故障，也能配到原裝零件，延長設備的使用期限，節約水電廠設備投入資金。

3.2 取消水力發電機組內部紫銅墊

水力發電機組如果在帶有負荷工作的情況下出現振動故障，可以先考慮內部零件問題，查看轉輪和螺釘等部件是否正常，如果出現葉片脫落的情況，應馬上停止水力發電機組，并進行維修，提高整個系統的運轉安全性和穩定性。如果水力發電機組振動頻率過高，可以對設備重新進行盤車，在零件“鏡板”和零件“推力瓦”之間安裝好絕緣板，在安裝過程中，可以采用鏟削等方式，移除水力發電機組內部紫銅墊，預防振動異常故障。需要注意的是，在移除零部件時，應確保其他部件的穩定性和安全性，基于水電廠發電系統整體視角，嚴格調整其他設備的水平位置和角度，通過打磨等方式，預防其他設備發生振動故障。因地域氣候條件的不同、電力負荷方面都存在著比較大的差異，這使得繼電保護系統的性能需求有所不同，在平常的操作中，需要注意繼電保護系統的架構、性能和當地的環境條件是否相符，如果不符合應該立即向上級說明情況，盡可能的讓繼電保護系統更適合當地實際條件。

3.3 對一次設備運行進行維護

微機和電子技術在水力發電機組中的有效應用，可準確地判定保障電壓的安全性與穩定性。這是因為微機與系統的電子及時按照合閘的具體位置及電壓的波形圖，來全面管理與控制設備的電壓跳，這正是以往水力發電機組運行與維護技術所欠缺的地方。將繼電保護技術應用水力發電機組中可以實行自我檢測，如果水力發電機組斷路器的設備在運行中發生異常，系統則會自行發出警報，同時還能提供相應的數據，以便設備維護人員參考。除此之外，在智能水力發電機組的數字化一次設備當中，電子互感器屬于一個非常關鍵的元件，主要包括：合并單元、采集單元以及傳輸數據化一次設備等，在普通設備的運行與維護中，和傳統電網間的差別較大，特別是在處理出現的誤差與分析誤差的過程中，兩者之間的處理方法有很大差異。對繼電保護系統運行維護時，技術人員應該正確采取檢修的手段，尤其是二次回路等重點的設備系統，更需要用標準的操作方法來進行維護。要定期進行繼電保護裝置的維護工作，并對重點設備系統不定時選擇性的檢查。在檢查的過程中發現問題，要及時向上級進行匯報，并立即采取措施進行維護，如果是緊急危險的情況，可以馬上終止設備或系統的運行，等到切除故障問題之后，便可以繼續使用。

3.4 重新組裝水力發電機組

在處理好設備故障后，應該重新組裝水力發電機組：①熟讀其安裝說明書，嚴格按照水力發電機組組裝程序，確保各設備之間的距離，科學確定好機組安裝位置，減少設備間共振的情況；②選擇好技術人員，做好相關安裝工作和測試工作，安裝完成后，必須再一次進行確認水力發電機組運轉狀態，記錄好每個部分的振動頻率，為下次檢修工作提供相關參考數據。總之，水力發電廠對現階段的水力發電機組繼電保護的運行與維護技術應多加重視，針對運行與維護中出現的故障，制定安全、高效的預防措施，不斷更新與維護運行設備，及時升級水力發電機組設備，提升維護技術水平，以便做好水力發電機組繼電保護系統的故障檢修工作，進而提升繼電保護的安全性與可靠性。

4 結束語

綜上所述，水力發電廠中存在的水力發電機組振動異常故障，不僅縮短了發電機組的使用壽命，也嚴重威脅到整個發電系統的正常運轉，對水電廠產生很大不良影響，據此，我們必須將繼電保護技術應用其中，加大對水力發電機組振動的控制力度，增加巡查次數，實時監測水力發電機組運轉情況，及時解決出現的問題，并提早做好相關防護措施，在最大程度上維護水電廠效益，保障整個發電系統的正常運轉，更好地滿足人們日益增長的電力需求。隨著繼電保護裝置技術快速發展，為了保證我國電力系統能安全穩定的運行，需正確進行維護與檢測，加強電力系統的維護，完善繼電保護裝置，便能提高電力質量與效率。

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TM31

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1004-7344（2016）07-0097-02

2016-2-20

肖湘婷（1983-），女，助理工程師，本科，主要從事電氣設備維護工作。