探析火電廠大型發電機組繼電保護整定設計與故障

華電國際十里泉發電廠 劉 攀

在火電廠發電機組運行的過程當中，受到其運行環境、運行流程等不同因素的影響，可能會導致運行故障與安全風險的出現，不僅給火電廠的正常工作帶來一定的負面影響，還可能會對人員及設備的安全造成一定威脅。相關技術人員以及工作人員應當明確繼電保護對風險和故障管控的重要作用，采取合理措施對其進行整定和設計的優化，進而推動火電廠運行效能的不斷進步。

1 火力發電機組繼電保護整定設計的意義與原則

1.1 主要意義

1.1.1 減少短路帶來的風險

通過對火力發電機組中繼電保護裝置的運行進行準確有效地整定計算和設計，能夠使發電機組實現高壓側三相短路保護及相間短路保護，一旦發生短路現象能在最短時間中切斷故障部位線路，避免對機組整體的運行狀態造成影響。另外，在現階段的火電廠發電機組運行過程當中，常使用信號通訊方式對機組發生的接地故障以及短路故障進行預警，為進一步提升機組線路整體的穩定性與安全性，需要針對繼電保護裝置的整定進行全面優化，從而減少短路現象對發電機組運行產生的破壞，確保火電廠工作效率的不斷進步。

1.1.2 避免機組運行異常

作為能源基礎設施當中的重要組成部分，火力發電機組的安全運行對社會發展具有關鍵性作用，然而在其運行過程當中，內部自動調壓器、勵磁整流柜、發電機定子與轉子、調壓儀表等結構均可能會發生一定的異常或故障，從而影響機組的正常發電流程[1]。通過針對火電廠大型發電機組內部結構進行全面排查和梳理，結合機組各方面結構構建完善的繼電保護措施，能夠使技術人員針對機組內部元件發生的異常工況進行及時處理，有效減少機組異常運行產生的負面影響，從而進一步提高火電廠大型發電機組的運行效率。

1.2 基本原則

1.2.1 全面性原則

在火電廠機組內部所進行的整定計算與設計工作，不僅與火力發電系統的運行狀態息息相關，同時還能夠為火力發電機組后期的管理和維護提供關鍵性的信息參考與保障。另外，完備的繼電保護措施還能夠有效降低系統管理與運行過程當中產生的故障和問題，有效減少管理成本以及維護成本，從而使火電廠大型發電機組的工作與運行得以落到實處。在進行火電廠大型發電機組的整定設計與計算的過程當中，相關技術人員還應當認識到，由于機組內部的結構與元件較為復雜，相互之間的配合流程也存在著一定的差異，因此設計人員以及技術人員應當從更加宏觀的角度針對繼電保護的整定工作進行明確，慎重對待相應的改變措施，確保繼電保護裝置運行的安全有效。

1.2.2 連續性原則

在針對火電廠繼電保護裝置的運行進行整定的過程中還需遵循連續性的整定原則。火電廠大型發電機組的運行流程是相對固定的，因此在構建繼電保護方案時也應明確梳理其基本運行流程和內容，從而確保發電機組運行的連續性，使繼電保護整定值與相應的環節與流程進一步適應，使繼電保護的價值和意義得到更加顯著地展現。

1.2.3 針對性原則

不同的繼電保護方案能應對的相關故障與異常也存在一定差異，因此應采取針對性的設計方案、針對差異化的故障內容進行處理，使繼電保護措施與火電廠大型發電機組的運行過程相適應，提升機組整體的運行安全性與可靠性。

2 火力發電機組繼電保護裝置的常見故障

2.1 外部故障

是當前火電廠大型發電機組運行過程當中形成的首要故障類型，常見表現可能包括繼電保護裝置未進行及時復位、故障指示燈出現問題、繼電保護器超過預定負荷出現過載現象以及絕緣器件失效等幾種類型，這種故障受外界環境以及人為操作影響較為顯著，因此需要針對性進行定期地保養和維護，確保火電廠大型發電設備運行的安全穩定。

2.2 內部故障

同樣也是發電機組運行當中的關鍵性影響因素，在火電廠發電機組的運行過程當中，可能出現的內部故障類型分別包括因線路接觸不良產生的熔敷現象、繼電保護裝置與發電機組運行不匹配產生的差拍現象、基本功能器件故障導致的功能障礙等，這類故障相較于外部故障產生原因更加復雜、解決難度更大、產生的后果也更加嚴重[2]。因此技術人員應當積極關注對繼電保護裝置的設計和利用，進一步降低內部故障造成的損失和影響。

2.3 干擾性故障

隨著通信技術以及電子技術的快速發展，現代社會當中的電磁輻射環境愈加復雜，可能會給發電機組的運行產生一定的干擾現象，一些火電廠發電機組的繼電保護裝置受電磁干擾較為嚴重，導致產生信號誤判甚至失去聯系等故障現象，制約了繼電保護裝置的運行效率，同時還可能會給發電廠大型發電機組的運行產生一定的阻礙和影響。

3 優化繼電保護整定設計并減少故障的措施

3.1 針對低壓變壓器繼電保護進行分析與計算

要針對火電廠繼電保護裝置進行更加完善地整定與設計，有效減少故障產生的損失和威脅，設計人員以及技術人員需要針對發電廠內部低壓變壓器的繼電保護過程進行整定分析與計算，進而確保定值計算的準確性以及有效性，提升繼電保護流程的價值和意義。具體來說，相關設計人員以及技術人員可針對以下幾方面內容采取措施。

首先是針對高壓側過電流保護進行整定和計算。在火電廠發電設備的運行過程當中，可能會出現一定的過流現象，不僅給發電線路當中的設備帶來嚴重的威脅與負面影響，還可能會使繼電保護裝置產生越級和交叉現象，影響保護效果以及保護質量。因此針對高壓側過電流進行測算，能夠為繼電保護裝置的設計與布置提供更加完善合理的信息參考，同時也能夠推進熱電廠大型發電機組運行效率的全方位提升[3]。

其次，應針對高壓側電流速斷保護進行整定計算，為進一步降低線路短路給機組運行產生的影響，采用速斷保護模式對整個高壓側電路進行保護同樣也是繼電保護裝置的關鍵性組成部分，在采用速斷保護模式針對電路進行防護的過程當中，其結構更加簡單、保護成本更低，但很難針對整條線路進行全面防護，因此現階段熱電廠大型發電機組的繼電保護裝置與系統當中常見的速斷保護機制多帶有一定的時間限制，即在短路發生后的一定時長內采取速斷措施，因此如何計算電流的動作時限已成為當下技術人員以及設計人員面對的關鍵性挑戰。應結合低壓側三相短路故障、勵磁涌流故障等多方面參數，針對動作電流的時限與靈敏度進行測算，并將其代入到計算公式當中，使電流速斷保護模式與熱電廠大型發電機組的運行保護需求得到進一步適應，提升機組繼電保護系統的整體整定效果。

再次，需要針對機組運行過程當中的高壓側單相接地進行保護。在火電廠大型發電機組的運行過程中一旦出現短路，其低壓側母線即會出現大量級的不平衡電流，這些電流將會對整個發電系統以及火電廠電路造成嚴重的威脅和破壞，因此技術人員應當結合一次動作電流的整定值對二次保護過程當中所需求的相關參數進行換算和分析，使繼電保護裝置的靈敏度更加完善，從而為火電廠高壓側單相接地提供更加便捷有效地保護。

最后是針對線路低壓側中性點零序過電流進行繼電保護整定值的測算。由于該系統流程中需特定斷路器或脫扣器進行輔助，因此技術人員還應當針對相關元件當中的整定值進行核算，并結合整定時間明確動作電流的相關時間參數，從而使電路零序保護流程更加完善，避免繼電保護系統出現交叉或沖突等現象。

3.2 對動力中心PC 以及電機控制中心MCC 進行整定計算

在熱電廠的發電機組當中，需要按照差異化的機組負荷參數對電動機進行分類，并采用動力中心以及電機控制中心進行分別供電和管理，使熱力發電廠內部發電機組的運行狀態更加完善，從而有效提升機組管理和運行效率。而在動力中心以及電機控制中心的供電運行過程當中，同樣也需要繼電保護裝置進行針對性地保護，避免因電流負荷給供電過程帶來更加嚴重的威脅與隱患。

首先，技術人員應當針對PCA、PCB 段進線的延時保護過程進行整定計算，結合其線路內部的正常工作電流，能夠得出PCA、PCB 段進線的額定電流，使繼電保護裝置能夠根據額定電流對斷路器的報警閾值進行設計，一旦線路負荷超出繼電保護裝置的閾值，則能夠自動聯動斷路器將供電切斷，從而確保整個發電機組得到更加高質量地保護。在此基礎上，技術人員以及設計人員還應當認識到，即時的斷路保護可能會對線路運行以及相關發電設備產生一定的危害，因此技術人員應當在整定過程當中對斷路延時進行確定，從而避免電動機受到額外的負擔與威脅。

另外，基于電機控制中心MCC 供電模塊的繼電保護裝置，設計人員同樣也應當結合MCC 的額定電壓、額定容量、TA 變比以及額定電流對其正常工作電流以及斷路保護閾值進行測算，使斷路器能夠更加快速地對線路當中可能產生的隱患和風險進行有效處置，提升繼電保護裝置對火電廠大型發電機組整體線路的保護力度[4]。在針對動力中心PC以及電機控制中心MCC 進行繼電保護的優化設計與計算過程當中，相關設計人員以及技術人員還應當遵循以下方面技術原則。

首先是因地制宜的原則。由于不同類型發電機組以及發電設備的運行規程以及要求具有一定的差異與不同，因此技術人員應當在了解設備運行要求后再行針對繼電保護系統進行優化與整定，從而使不同類型的發電裝置以及發電設備都能夠得到更加全面的保護；其次是分情況討論原則。在針對火電廠發電機組進行繼電保護的設計過程當中，需要結合動作時限對長延時保護以及短延時保護兩種情況進行具體分析，使保護效果得到進一步展現。

3.3 對低壓電動機負荷進行整定計算

在火電廠大型發電機組的運行工作過程當中，由于其涉及到的設備內容較為豐富，因此其用電負荷類型極為多元，相互之間的差異也極為顯著，如何確保繼電保護機制的可行性與合理性也是技術人員應當關注的重點問題。現階段火力發電廠當中常見的低壓電動機負荷類型包括高壓泵、淡水泵、過濾器、加酸裝置、配電箱、計量泵、起重機等，這些負荷設備大多由電動機控制中心也即MCC 進行控制和管理，在傳統的繼電保護模式下，為有效降低系統運行風險，縮減電動機負荷管理成本，大多采用一次性斷路設備進行保護，然而這種保護裝置的保護效果較為有限。

隨著技術水平的逐漸發展與突破，針對火力發電廠大型發電機組的繼電保護措施逐漸轉向了智能保護方向，采用電流、電壓傳感器針對發電機組的運行狀態進行立體化監控和測量，并依據技術人員預先設定的相關閾值智能化采取措施對整個系統進行控制與保護，使發電機組繼電保護流程更加完善。在采用智能化繼電保護模式對線路進行保護的過程當中，技術人員同樣需要針對其動作電流額度、動作延時時長進行整定和計算，使智能化繼電保護網絡與發電機組之間的適應性得到充分提升，推動繼電保護效果的進一步顯現。

作為當下我國能源結構當中的關鍵性組成部分，如何確保火電廠大型發電設備的運行安全性與穩定性已成為技術人員關注的焦點。相關技術人員應當結合發電機組的運行特點以及風險故障類型進行系統性分析，從而使繼電保護裝置的整定方案與機組運行更加匹配，推動火力發電領域的快速發展。