水力發電站繼電保護裝置的應用與維護

中國水利水電第十六工程局有限公司 陳劍青

水力發電相較于傳統的火力發電來說更加的清潔綠色，且水利發電的效率高達90%以上，單位輸出電力的成本較低，使其在我國能源結構中占比僅次于火力發電，同時由于其發電的特殊性，使得水力發電的速度很快，在短短幾分鐘內就可以開始發電。水力發電由于其環保性和穩定性在各地廣為應用。但因其所使用的發電設備功率較大，同時在發電運行的各個階段會有較大的負荷，在實際的電廠維護中對各種電力設備的日常維護和運行工作提出了更高的要求，尤其是對于水力發電站繼電保護裝置日常維護提出更高要求。

1 繼電保護裝置的發展

繼電保護裝置作為電力系統的重要組成部分，對電力系統的運行安全有著不可磨滅的貢獻，繼電保護裝置的技術到現在為止已經發展了三個階段。從18世紀末人類就開始為電力的正常運行做出探索，當時為防止電路在使用時發生短路，開始嘗試將熔斷器用于電力設備，逐步建立了過電保護裝置。到19世紀初，對電路穩定的保護裝置也由最早的熔斷器逐步發展到繼電器，使19世紀初是繼電器技術的發展起源。20世紀50年代，隨著新型晶體管技術的出現和應用，使繼電裝置由機點是逐步進入到了半導體模式，出現了最早的晶體保護裝置，正是這種新型的繼電保護裝置的出現，憑借其自身體積小、無機械傳動部分優勢，迅速地走上了歷史發展的舞臺。與此同時，科學家在20世紀60年代末提出了通過運用小型計算機來達到繼電保護的目的，由于當時相關費用高昂的原因這一提議未被采納，但隨著技術的不斷演進，微型處理器的價格降低使得70年代后期出現了較為完善的微機保護樣機。經過十年發展，在80年代微機保護技術已逐步成熟。進入90年代后微機保護技術徹底應用于繼電保護裝置中。同時在這一過程中，其主運算器由最早的八位機逐步發展到目前的三十二位機，數據轉換的處理器也由最早的A/D轉換器發展到如今的數字信號處理器(簡稱DSP)。隨著21世紀出計算機的不斷改革和發展，為繼電保護技術的發展注入了新的活力。

2 水力發電中繼電保護裝置的具體應用

針對繼電保護裝置的具體應用，首先要了解繼電保護裝置的基本功能[1]。簡單來說，繼電保護裝置在整個電力系統中充當保護神的角色，當電路發生故障時能夠第一時間做出準確預警、并能夠主動切斷電路，最大程度上減少因電路故障所帶來的損失，同時保證電力系統在日常運行中具有較高的安全性。繼電保護系統在電力系統中的應用還有以下幾大優勢。裝置小，效率高。日常的繼電保護裝置制造中也更加輕便，依托成熟的生產技術，對裝置內部結構可做到按標準統一制造。同時由于技術的成熟，繼電保護裝置的體積相較于其他保護裝置更加小，在具體電力系統日常維護中對于電能的實際消耗減小，提高了電能利用率。技術成熟，方便監測。通過漫長的發展使繼電保護技術已日趨成熟，依托現代互聯網技術及大數據技術，可對繼電保護裝置進行遠程監控，更有利于日常對電力系統的整體運行情況進行整體了解，方便出現故障時排除。

依托優勢，準確處理。繼電器能夠在電力系統出現故障時第一時間進行安全斷電，所以其具備較高的分析和甄別功能，能依據故障線路準確的選擇性切除相關故障點。同時其自身還具備有速度快、反應時間短的優勢，在電力系統受到損傷時能第一時間及時做出判斷、降低損失，減小故障范圍、提高裝置保護效率。同時還因為其自身具有較高的可靠性和安全性，得后期電廠具體的工作人員能根據繼電器所判斷出來的故障點在一個安全的環境下進行故障的修理和排除。得益于以上優勢，使繼電保護廣泛應用于水力發電站的日常運行中。在日常水力發電設備運行中，當相關設備由于某些原因突發故障時，所安裝的繼電保護設備就能立刻報警，并結合繼電保護設備中提前設置好的處理預案主動排除故障。同時由于其第一時間報警，有力的提醒了水電站工作人員進行排查，最終達到有效的完成繼電保護目的。同時得利于繼電保護裝置的具體應用，分擔了水電站在日常巡檢和管理中所承擔的壓力，使得相關工作人員日常巡檢時，由傳統的只憑人力或靠經驗的判斷轉變為裝置日常自主巡檢，減少了多余的工作時間，提高了工作效率。

3 水力發電裝置出現的問題

3.1 水力發電保護設備老化

伴隨著經濟的高速發展，城市化和工業化的不斷推進，使得人們對于資源的需求越來越高，無論是生活用電還是生產用電都比以往更加迫切。導致在我國很多地方出現了一種嚴重的能源矛盾，為了化解這一矛盾只有不斷提高能源的供給率，由于長時間的高負荷運轉，使得向水電站等發電設備的運行效率不知不覺的降低，而且在長時間的高負荷的運行下導致過程中產生的高溫、高熱等環境使得設備老化，無形之中增添了許多故障點。

同時，由于電力設備在實際供應時沒有合理規劃，尤其是像水電站的選址主要是根據當地的水量及地形地貌作為選址的基本條件，并沒有考慮到后期的水電站維護，從而導致在日常對于電力設備的維護方面并沒有做到全方面的檢查維護，這也加快了繼電設備老化的速度。所以要求在平常的維護中加大對水力發電裝置中重點部分的檢查，尤其是對使用年限較長或使用次數頻繁的裝置進行定點定時檢查，出現問題或可能存在隱患的故障點進行及時的更換處理，避免后期造成不必要的事故。

3.2 供電線路設計不合理

水電站前期投入大且設計使用年限時間長，常會出現供電線路設計不合理的情況，尤其是隨著經濟的不斷發展，許多企業為了自身利益在規劃電網時往往不會做長遠打算，沒有合理的計劃好供電的功率及后期的維護，導致在企業不斷發展壯大中電力需求上去了、但電網功率不滿足要求，尤其體現在用電高峰期。由于這一類老化的電網設計使得電網的負荷過重，從而對其他正常用戶的用電造成嚴重的影響，也使得繼電保護器在這過程中高負荷運轉，長期來看不利于繼電保護器的穩定運行[2]。針對這一問題，要求在新的水電站選址和施工過程中，要合理的選址同時考慮到后期維護，要合理的規劃相關線路，對于之前的老舊電網要做到及時的檢查和擴容，對于出現問題的繼電器或相關設備要及時更換。

4 水力發電中繼電保護裝置使用的關鍵點

4.1 熟練操作繼電保護裝置

由于科技的不斷發展，繼電保護裝置也在不斷的更新換代。在實際的運用操作中，繼電保護裝置也變得越來越科學和高效。與此同時，就要求相關操作人員應積極提高自身知識水平和了解繼電保護裝置方面的最新思想，努力學習繼電保護裝置的相關專業知識，提高自身技能，確保在任何情況下都夠熟練地操縱繼電保護裝置，當遇到故障時能夠及時、科學的有效排除。

4.2 樹立安全思想，完善日常監督機制

繼電保護裝置是水力發電站在應對電力故障時最有效的解決措施之一。因此關于繼電保護裝置的日常維護和安全檢查就顯得尤為重要。在實際情況中，一些水電站對于繼電保護裝置的日常維護和檢查浮于表面，沒有在真正意義上的做到安全檢查目的，這樣不利于故障出現時的及時排除。對此要求在日常的水電站工作安排中，切實落實安全第一的原則，抓緊建設全面的檢查、維護和修理機制，及時保護繼電系統的正常。因此，在日常的維護中首先要根據繼電器的實際功效做到科學合理的檢查。與此同時，由于繼電保護器的特殊工作性質，在人員的安排上要將檢查的任務與巡檢人員的責任相掛鉤。將繼電保護工作的日常維護安排到個人頭上，科學嚴謹的對待日常巡檢。這樣即使繼電設備出現故障，也能夠根據巡檢安排找到實際的負責人。

最后也是最重要的一點，在日常巡檢過程中一定要注重設備的日常清理工作。日常巡檢人員要嚴格遵照相關規定和工作流程，按時按點清理好工作環境。在保證工作環境干凈整潔的同時，要注意和設備間的安全距離，減少一些不必要的事故發生。同時在日常也要落實好巡檢任務，根據電力的實際情況，依據以下的重點事項定期進行安全排查，提高相關線路的穩定性。做到有問題及時上報，杜絕因為小的問題慢慢的積累造成重大安全事故：

檢查各類繼電器的完整性及繼電器清潔度和繼電器整定值指示是否正確；檢查繼電器在長時間帶電負荷運行下是否出現磨損或接觸點抖動；針對電磁型繼電器要查看是否存在卡住、傾斜、燒傷、脫焊等情況的發生；對于感應型繼電器要檢查圓盤是否轉動，機械信號指示位置是否反映實際的運行狀態；查看繼電器的回路壓板、轉換開關所處的位置是否與運行的具體要求一致。

5 提高水力發電站繼電保護裝置工作效率的措施

5.1 加大相關人員的培訓力度

針對于水力發電站的工作性質和繼電保護裝置的發展速度，對于巡檢人員日常水平就有了更高要求[3]。在實際情況中，一部分水力發電站對于員工日常的培訓沒有到位，導致在某些故障突發時，雖然繼電保護裝置報警且進行處理、但由于檢查人員自身能力水平不夠，無法及時配合繼電保護裝置進行故障處理，最終造成不必要的損失。因此應抽出時間，通過學習講座、網上培訓等途徑加大對于日常巡檢人員的專業性培訓[4]，強化巡檢人員的自身安全意識和對于巡檢質量的苛刻要求，且為了檢查學習質量還應定期舉行相關的培訓和考核，一方面能激發相關巡檢人員對自身水平提高的激情和自身日常工作的積極性，另一方面也能提升巡檢人員工作能力和工作水平，及時補充全新的繼電保護裝置維護和檢修知識，為以后長期的水電站繼電保護裝置的穩定運行打下了堅實技術基礎。

5.2 引進新技術，使用新設備

許多發達國家在水力發電站的投資和設計上越來越注重技術的創新和設備的引進，在日常的水力發電站建設和后期維護上，可以深化與先進的國家間的交流合作，派遣相關工作人員進行學習，利用一切機會盡可能學習到相關的先進技術。同時對于相關領域先進設備可以積極引進，對于技術操作方面可結合員工自身水平積極的培訓教育，使得在水力發電站的后期運行和維護上跟上世界先進的潮流，避免因自身知識的缺乏和技術的落后，導致對新設備有也不會使用的窘迫情況發生。同時要結合繼電保護裝置的特殊性，針對日常選購相關設備時要提高鑒別能力。聯合政府部門對相關設備加大品控力度，避免一些設備以次充好，確保后期在使用時不會出現因設備本身問題而導致發生不安全事故的情況。

5.3 完善技術，提高抗干擾能力

由于繼電裝置在實際運行中容易受到所處工作環境中的各類干擾，尤其是對于惡劣天氣像閃電、雷擊等天氣狀況的影響。所以對于繼電器的日常維護中，要注意檢查繼電器的接地裝置及在平常的研發中加大對于抗干擾裝置設備的研發，避免因為惡劣的天氣情況導致繼電器感應到電流異常增加，進而進行錯誤的判斷。

6 結語

總而言之，水力發電是我國目前能源結構中不可缺少的一部分。隨著經濟的不斷發展對于能源需求的不斷提高，同時結合綠色可持續發展的原則，像水力發電這種相較其他污染較大的發電方式來說在未來能源結構占比更多。同時，由于水利發電站的不斷發展也為繼電保護裝置的安全應用出了更高的要求，如何在水力發電的過程中，更加有效的保證水力發電電路的各個環節中更加可靠、平穩、安全的運行，對此必須不斷地深化對于繼電保護相關領域的研究，加強研究成果的轉換，并結合相關領域的專家根據我國實際發展情況做出更符合實際要求的各類繼電設備。同時，要在日常的工作安排中抽出固定的時間加大對相關工作人員的技術培訓，提高他們對于繼電保護裝置的檢查能力和維護水平，積極的派遣相關人員出國學習，了解國外的新思想、新動態，最終使得在具體的故障出現時能夠及時的發現和解決，保證繼電裝置的平穩運行，最終促進水電站的長期穩定、高質量的運行。