王晶浩

(遼寧電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,遼寧沈陽(yáng) 110179)

淺談電氣二次及繼電保護(hù)

王晶浩

(遼寧電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,遼寧沈陽(yáng) 110179)

隨著電力系統(tǒng)的不斷普及,人們也越來(lái)越依賴(lài)電力為我們生活所帶來(lái)的便利。也正是由于電力系統(tǒng)在居民生活中扮演著如此重要的角色,一旦電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障,將會(huì)給人們的日常生活帶來(lái)極大的影響,因此就需要我們對(duì)發(fā)電機(jī)將常出現(xiàn)的故障及繼電保護(hù)等問(wèn)題有一個(gè)深入的了解,以便我們能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)所發(fā)生的電氣故障。

電氣二次 繼電保護(hù)

隨著科技的快速發(fā)展,電力系統(tǒng)也越來(lái)越深入到我們的生活,成為居民們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊徊糠?。然而電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)也難免會(huì)發(fā)生諸多故障,當(dāng)故障發(fā)生時(shí),能夠保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最有效的措施就是通過(guò)繼電保護(hù)迅速有效地對(duì)發(fā)生故障的元件進(jìn)行切除。因而一旦繼電保護(hù)動(dòng)作不正確,必將會(huì)給電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成極其重大的影響,這就需要我們提高繼電保護(hù)的正確動(dòng)作率,以保證電力系統(tǒng)更加安全高效的運(yùn)行。

1 發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障計(jì)算分析

發(fā)電機(jī)制造商在完成對(duì)發(fā)電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)和電磁參數(shù)設(shè)計(jì)工作之后,會(huì)委托相關(guān)的科研單位根據(jù)發(fā)電機(jī)定子的繞組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)發(fā)電機(jī)在內(nèi)部各種故障情況下的短路電流進(jìn)行計(jì)算,同時(shí)還要針對(duì)不同故障情況下發(fā)電機(jī)的各種保護(hù)方案的靈敏度進(jìn)行一系列的對(duì)比分析,從而為發(fā)電機(jī)定子分支繞組在中性點(diǎn)側(cè)的引出方式的確定、保護(hù)用電流互感器的參數(shù)和型式選擇以及繼電保護(hù)方案的正確配置提供科學(xué)依據(jù)。

在保護(hù)子系統(tǒng)A中配置完全縱差保護(hù)和裂相保護(hù),機(jī)端電流互感器TA變比為30000/1A,并對(duì)裂相保護(hù)在發(fā)電機(jī)定子中性點(diǎn)側(cè)的每相分支按1-2-3分支和4-5分支進(jìn)行分組,在兩組引出線上均設(shè)TA,前者TA變比為18000/1A,后者TA變比為12000/IA;在子系統(tǒng)B中配置不平衡保護(hù),其電流互感器 TA接于發(fā)電機(jī)的兩個(gè)中性點(diǎn)之間,變比為500/1A。除上述發(fā)電機(jī)主保護(hù)外,還包括定子接地故障、機(jī)組異常運(yùn)行狀態(tài)、主變壓器保護(hù)、廠用變壓器保護(hù)、勵(lì)磁變壓器保護(hù)以及非電量的保護(hù)。

2 勵(lì)磁變壓器的選擇

勵(lì)磁變壓器作為一種專(zhuān)門(mén)為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)提供的三相交流勵(lì)磁電源的裝置,勵(lì)磁系統(tǒng)通過(guò)可控硅將三相電源轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直流電源,形成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng),通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)可控硅觸發(fā)角,達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)端電壓和無(wú)功的目的。也正是由于勵(lì)磁變壓器副邊可控硅換流的原因,其陽(yáng)極回路會(huì)有許多的奇次諧波,而這些諧波會(huì)使得勵(lì)磁變壓器引起發(fā)熱及震動(dòng)的現(xiàn)象,進(jìn)而影響其功能。通過(guò)將勵(lì)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(duì)變壓器的影響,進(jìn)而減少這些諧波對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的危害。以往在勵(lì)磁變壓器容量選擇時(shí),為了克服上述高次諧波對(duì)勵(lì)磁變壓器的影響,不同的勵(lì)磁設(shè)備生產(chǎn)廠家通常留有不同的容量裕度。另外,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮采用低損耗矽鋼片和設(shè)計(jì)磁密取低一些等辦法來(lái)克服不利影響。但磁諧波對(duì)變壓器容量選擇的影響從未做過(guò)定量分析,為此,通過(guò)與國(guó)內(nèi)制造廠和科研單位合作對(duì)勵(lì)磁變壓器諧波影響進(jìn)行定量分析研究,即考慮諧波影響后,實(shí)際滿(mǎn)載時(shí)的電流值應(yīng)按1.15倍基波工頻電流考慮。另外,勵(lì)磁變壓器的絕緣等級(jí)問(wèn)題。目前,國(guó)內(nèi)外通常選用F級(jí)絕緣允許溫升80K和H 級(jí)絕緣、允許溫升80K兩種。工程設(shè)計(jì)中如何確定一直是人們爭(zhēng)論的熱點(diǎn),這里主要是一個(gè)綜合經(jīng)濟(jì)比較問(wèn)題,如果勵(lì)磁變壓器容量裕度較大,系統(tǒng)要求的強(qiáng)勵(lì)頂值倍數(shù)不高,且限制運(yùn)行溫升不超過(guò)規(guī)定值,選擇前者絕緣等級(jí)也是可以的。否則,應(yīng)選擇后者較為穩(wěn)妥。在國(guó)外進(jìn)口的產(chǎn)品中曾出現(xiàn)過(guò)超規(guī)定溫升運(yùn)行的事例。如清江隔河巖電站的勵(lì)磁變?yōu)镠級(jí)絕緣、允許溫升80K。但在實(shí)際運(yùn)行中的溫升為100K左右,因此,對(duì)一些特別重要的電站,運(yùn)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(shè)備狀態(tài)檢修

電氣設(shè)備一般可分為電氣一次設(shè)備和電氣二次設(shè)備,劃分的標(biāo)準(zhǔn)則是根據(jù)電氣設(shè)備的不同的功能。其中電氣二次設(shè)備包括繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、故障錄波、就地監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)等裝置。作為電氣設(shè)備中最為重要的一部分,只有當(dāng)電氣二次設(shè)備安全正常的運(yùn)行時(shí)才能夠保障電力設(shè)備的安全以及電網(wǎng)的基本穩(wěn)定。然而在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中,依然會(huì)發(fā)生許多因電氣二次設(shè)備產(chǎn)生不正確保護(hù)動(dòng)作所引發(fā)的系統(tǒng)故障,其原因涉及到保護(hù)人員、運(yùn)行人員、設(shè)計(jì)部門(mén)、制造部門(mén)、自然災(zāi)害等許多的方面,極大的影響了電氣系統(tǒng)的安全。當(dāng)然,近些年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)電子系統(tǒng)在繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置中的廣泛應(yīng)用, 繼電保護(hù)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(tǒng)的繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置的檢驗(yàn)條例來(lái)維護(hù)電氣二次設(shè)備已經(jīng)難以滿(mǎn)足時(shí)代要求。

電氣二次設(shè)備狀態(tài)檢修是通過(guò)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備自診斷技術(shù),結(jié)合二次設(shè)備運(yùn)行和檢修歷史資料,對(duì)二次設(shè)備狀態(tài)作出正確評(píng)價(jià),并且根據(jù)狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果,科學(xué)安排檢修時(shí)間和檢修項(xiàng)目。隨著設(shè)備狀態(tài)檢修的推廣,進(jìn)行線路檢修身子可以做到不停電檢修,因此在檢修設(shè)備時(shí)因檢修而停電時(shí)間也將會(huì)大幅度的縮短。這就對(duì)電氣二次設(shè)備檢修工作提出了更高的要求,需要電氣二次設(shè)備在檢修體制、檢修方法及檢驗(yàn)項(xiàng)目、制定檢修周期諸多方面都進(jìn)行鄉(xiāng)音的調(diào)整,以適應(yīng)現(xiàn)階段進(jìn)行的電氣二次設(shè)備狀態(tài)檢修,保證二次設(shè)備的可靠運(yùn)行符合現(xiàn)階段電力發(fā)展的需要。另外,隨著科技的發(fā)展,電氣二次設(shè)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(shè)備越來(lái)越容易受到電磁的干擾。而電氣二次設(shè)備一旦電磁波干擾,就會(huì)引起所采樣的信號(hào)失真、自動(dòng)裝置異常、保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)等問(wèn)題嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致元件的損壞。

國(guó)際電工委員會(huì)以及及國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)對(duì)繼電保護(hù)制定了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。但目前,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的監(jiān)測(cè)、管理沒(méi)有納入檢修范圍。也沒(méi)有合適的監(jiān)測(cè)手段。對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行電磁兼容性考核試驗(yàn)是二次設(shè)備狀態(tài)檢修的一項(xiàng)很重要的工作。對(duì)不同廠站的干擾源、耦合途徑、敏感器件要進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理。如對(duì)二次設(shè)備屏蔽接地狀況檢查;微機(jī)保護(hù)裝置附近使用移動(dòng)通訊設(shè)備的管理。

4 SFC的諧波問(wèn)題及對(duì)策

變頻起動(dòng)裝置作為電網(wǎng)的非線性負(fù)荷,其在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電力系統(tǒng)造成一定的污染,進(jìn)而也會(huì)影響廠用電。但是這種裝置作為一種短時(shí)工作的設(shè)備,也只是暫時(shí)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生污染以及影響廠用電,因此也沒(méi)有必要要求其必須遵守限制諧波源連續(xù)運(yùn)行的限制條件。在最近的一段時(shí)期,很多人錯(cuò)誤的理解了電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),提出過(guò)于苛刻的變頻起動(dòng)裝置的技術(shù)條件要求,迫使許多國(guó)內(nèi)電站的SFC均設(shè)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(shù)成本,還相應(yīng)增加了地下洞室的開(kāi)挖量?，F(xiàn)階段的研究已經(jīng)證明,合理選擇接線方式是發(fā)電站消除諧波污染的關(guān)鍵,因而只要相應(yīng)的增大高壓廠用變壓器與SFC的電氣距離并合理設(shè)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(shè),也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)和廠用電造成影響。而這一問(wèn)題,許多歐美國(guó)家已經(jīng)有了深入的認(rèn)識(shí),歐美及日本的多數(shù)電站也均不設(shè)有濾波器,也從未因此而造成電力系統(tǒng)的。

5 模擬式保護(hù)的種類(lèi)及特點(diǎn)

5.1 電磁型保護(hù)

電磁型保護(hù)作為模擬式保護(hù)最為重要的一種,其主要應(yīng)用于一些中小型機(jī)組、變壓器、低壓線路等,其保護(hù)構(gòu)成以單元件繼電器為主,比如過(guò)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(dòng)作,因而這類(lèi)保護(hù)具有簡(jiǎn)單、可靠的特點(diǎn)。其磁動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)多年實(shí)際運(yùn)行,在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。因此只要堅(jiān)持定期校驗(yàn),嚴(yán)格控制其整定及調(diào)度,其動(dòng)作性能就能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和整定要求。

電磁型保護(hù)的主要缺點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單。一般只能反映電壓或電流等單一電氣量,其執(zhí)行元件也采用具有游絲、轉(zhuǎn)軸等轉(zhuǎn)動(dòng)部分的可動(dòng)機(jī)構(gòu)。并且該類(lèi)保護(hù)一般為經(jīng)常勵(lì)磁,因而消耗的能量較大。另外,由于其原理簡(jiǎn)單,極有這類(lèi)保護(hù)的繼電器通常只能實(shí)現(xiàn)一種制動(dòng)特性。為躲開(kāi)區(qū)外故障時(shí)的最大不平衡電流以保證選擇性就必須依靠增大定值來(lái)滿(mǎn)足要求,這也會(huì)大大降低其靈敏度,而對(duì)于靠近發(fā)電機(jī)中心點(diǎn)側(cè)的相間短路則不能動(dòng)作。

5.2 集成型保護(hù)

集成型保護(hù)同樣也是模擬式保護(hù)的一種,這類(lèi)保護(hù)隨著系統(tǒng)容量的增大對(duì)保護(hù)提出了更高的要求,所構(gòu)成的電路也要相對(duì)復(fù)雜以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的保護(hù)邏輯。由于集成電路保護(hù)其構(gòu)成邏輯靠硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn),因而對(duì)構(gòu)成元件的質(zhì)量要求很高。抗干擾性能、電源質(zhì)量都要經(jīng)受住現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境的考驗(yàn)。實(shí)踐證明,盡管集成電路保護(hù)依據(jù)的原理十分先進(jìn),功能比較齊全,但由于元器件本身質(zhì)量不過(guò)關(guān),抗干擾性能較差,因而在其投入生產(chǎn)不久后就出現(xiàn)頻繁誤動(dòng)、發(fā)異常信號(hào)等現(xiàn)象。又因?yàn)槠渚哂姓{(diào)試復(fù)雜,要求現(xiàn)場(chǎng)人員理論、操作水平相對(duì)較高。因而很容易就會(huì)被微機(jī)保護(hù)所取代。

電力作為現(xiàn)階段最為重要的能源之一,居民的日常生產(chǎn)生活離不開(kāi)電力系統(tǒng)的支持,通過(guò)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障進(jìn)行計(jì)算分析,對(duì)勵(lì)磁變壓器的選擇、電氣二次設(shè)備狀態(tài)檢修以及SFC的諧波等問(wèn)題進(jìn)行深入的分析,對(duì)保證我國(guó)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]李志榮,王日龍,劉潤(rùn)華.再談《對(duì)電氣符號(hào)新標(biāo)準(zhǔn)的理解》[J].電氣時(shí)代,2001(3).

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