高 瞻，吳 磊，侯文茹（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610072）

淺析小型水電站繼電保護(hù)技術(shù)改進(jìn)措施

高 瞻，吳 磊，侯文茹（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610072）

我國(guó)面積廣闊，地形復(fù)雜，所以小型水電站分布的比較多。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)于小型水電站的要求日益提高。小型水電站的繼電保護(hù)技術(shù)是其中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，本文將結(jié)合當(dāng)前小型水電站繼電保護(hù)的實(shí)際情況，具體分析小型水輪發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)中存在的主要問(wèn)題，提出相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)措施，有效地保證水力發(fā)電設(shè)備的安全運(yùn)行，提高供用電的可靠性。

水電站；繼電保護(hù)；存在問(wèn)題；技術(shù)改進(jìn)；措施

1 前言

目前大多數(shù)小型水電站地處農(nóng)村偏遠(yuǎn)地方，裝機(jī)容量小，發(fā)電機(jī)端電壓低，隨著電力系統(tǒng)輸配電網(wǎng)絡(luò)的逐步完善及用電設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量要求的日益提高，小型水輪發(fā)電機(jī)組一般都與鄉(xiāng)鎮(zhèn)10kV電網(wǎng)并列運(yùn)行，而很少作單機(jī)運(yùn)行。但是，由于小型水輪發(fā)電機(jī)組的容量在電網(wǎng)中所占的比重甚微，系統(tǒng)不要求其承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)，故這些小水電站的發(fā)電機(jī)組在一般情況下，沒(méi)有設(shè)置一些自動(dòng)裝置，比如自動(dòng)調(diào)速器，繼電保護(hù)配置的也比較簡(jiǎn)單。而且，因?yàn)樾⌒退娬窘?jīng)常距離35kV變電站較遠(yuǎn)，為了減少投資，就很少使用專線進(jìn)行輸電，10kV的輸電線路一般和農(nóng)村用戶10kV的配電線路一起使用。這樣，就比較容易在10kV的干線變電站出口到干線和電站支線的分支點(diǎn)之間的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)或者跌落式的熔斷器跳閘之后在這個(gè)開(kāi)關(guān)線路上有欠頻率，過(guò)頻率，電壓等故障，會(huì)嚴(yán)重影響到用電設(shè)備安全運(yùn)行。怎么樣才能避免這些現(xiàn)象的發(fā)生，其中確保機(jī)組和用電設(shè)備的安全，是小型水電站的發(fā)電機(jī)組需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2 小型水電站繼電保護(hù)的應(yīng)用分析

繼電保護(hù)裝置是指安裝在被保護(hù)元件上，反應(yīng)被保護(hù)元件故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置，是繼電保護(hù)系統(tǒng)最主要的控制部分，主要由電壓和電流互感器、繼電保護(hù)裝置、斷路器以及相應(yīng)的二次回路接線構(gòu)成?；ジ衅鞯淖饔檬菍⒁淮蜗到y(tǒng)的大電流，高電壓變成二次系統(tǒng)小電流，低電壓，使二次設(shè)備和保護(hù)裝置小型化，方便安裝，并將二次系統(tǒng)和高電壓進(jìn)行部分分離。由于互感器的二次側(cè)都接地，因此可以保證人員和設(shè)備的安全。

2.1 繼電保護(hù)配置

小型水電站的繼電保護(hù)選型設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮好繼電保護(hù)，測(cè)量，信號(hào)，控制，計(jì)量等裝置的相互配合，共同協(xié)調(diào)工作，根據(jù)水電站系統(tǒng)運(yùn)行要求進(jìn)行合理配置。繼電保護(hù)裝置的配置與整定計(jì)算應(yīng)充分考慮系統(tǒng)可能出現(xiàn)的不利情況，盡量避免在多重故障，復(fù)雜的情況下的繼電保護(hù)的錯(cuò)誤動(dòng)作，既要達(dá)到系統(tǒng)的要求，同時(shí)還要保護(hù)裝置充分的發(fā)揮效能，保障水電站的整個(gè)系統(tǒng)都處在高水平的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 繼電保護(hù)的整定

小型水電站當(dāng)中，繼電保護(hù)的整定要特別的重視和水電站當(dāng)中，每個(gè)系統(tǒng)之間密切的配合。在整定計(jì)算結(jié)束之后，必須要模擬系統(tǒng)有可能出現(xiàn)的各種情況，要保證裝置的邏輯回路正確性可以得到驗(yàn)證；在整定困難的時(shí)候，要在盡可能的避免損失的前提之下，設(shè)置解列點(diǎn)；當(dāng)選擇性和靈敏性不能兼顧時(shí)，要首先保證其靈敏度，避免保護(hù)拒動(dòng)。

2.3 繼電保護(hù)的運(yùn)行

在設(shè)備運(yùn)行之前要按照有關(guān)要求，完成常規(guī)保護(hù)傳動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)要加強(qiáng)設(shè)備遙控，遙遙測(cè)，遙調(diào)，遙信的操作和驗(yàn)收。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的巡視，全天候的保障繼電保護(hù)設(shè)備始終在正常運(yùn)行，并要充分的利用故障的錄波手段方法，對(duì)繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作行為進(jìn)行錄波和分析，從中找出薄弱環(huán)節(jié)、事故隱患，及時(shí)采取有效對(duì)策。同時(shí)操作運(yùn)行人員本身也應(yīng)時(shí)刻提高警惕，在操作一次設(shè)備時(shí)應(yīng)采取防止繼電保護(hù)誤動(dòng)的有效措施，避免運(yùn)行的人員由于人為的原因造成“誤整定，誤碰，誤接線”等事故。

2.4 繼電保護(hù)的檢修

繼電保護(hù)在檢修的時(shí)候要合理的安排好檢修作業(yè)的程序，要盡可能的縮短檢修的時(shí)間；要對(duì)繼電保護(hù)裝置整定動(dòng)作的情況進(jìn)行認(rèn)真地檢查；在電壓閉鎖與電壓切換回路，母線差動(dòng)保護(hù)，斷路器的失靈保護(hù)，遠(yuǎn)切，聯(lián)切，遠(yuǎn)跳等有關(guān)的二次回路檢修的時(shí)候，要做好安全的隔離措施。

3 小型水電站繼電保護(hù)狀況

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中有可能發(fā)生定子側(cè)的接地短路，定子繞組的相間短路等故障和轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地，失磁，過(guò)負(fù)荷等一些不正常的運(yùn)行情況，在原則上要安裝保護(hù)的裝置，但是考慮到小型水電站的裝機(jī)容量比較小，設(shè)備簡(jiǎn)單，為減少投資，一般情況下，只安裝了一些必要保護(hù)的裝置。當(dāng)前，小型水電站當(dāng)中，最為常見(jiàn)的一種成套的配電裝置是BKSF型和HFS型的配電屏，兩個(gè)配電屏都集保護(hù)，同期，控制等功能為一體。HFS型的配電屏保護(hù)裝置包括過(guò)電壓保護(hù)和定子繞組接地保護(hù)兩種類型，過(guò)電壓保護(hù)是延時(shí)動(dòng)作于跳閘，定子繞組接地保護(hù)是瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘，BKSF型的配電屏保護(hù)裝置包含了過(guò)電壓保護(hù)以及三相過(guò)電流保護(hù)兩種，都是延時(shí)動(dòng)作于跳閘。此外，為了防止機(jī)組在甩負(fù)荷的時(shí)候出現(xiàn)飛車，目前許多小水電站一般還裝有消能電阻自動(dòng)投入裝置及自動(dòng)關(guān)閉導(dǎo)水葉裝置，這兩種保護(hù)大多反應(yīng)于過(guò)電壓及保護(hù)出口繼電器動(dòng)作而動(dòng)作。

4 小型水電站繼電保護(hù)存在問(wèn)題

由于小型水電站發(fā)電機(jī)組的繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的配置相對(duì)簡(jiǎn)單，難免使保護(hù)效果不盡完善，機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中常出現(xiàn)以下兩方面問(wèn)題：

4.1 使同線用戶遭受危險(xiǎn)的過(guò)電壓

由于小型水電站輸電線路一般與10kV農(nóng)村配電線路共用，當(dāng)10kV的線路站網(wǎng)在跳閘之后，假如電站一側(cè)的在線用戶的總負(fù)荷在小于電站即時(shí)出力，并且兩者差值還在一定的范圍之內(nèi)的時(shí)候，發(fā)電機(jī)的輸出電壓就會(huì)大幅度的升高，但是又不足以使過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作，從而會(huì)使用電的設(shè)備儀器長(zhǎng)時(shí)間的處在過(guò)電壓的狀態(tài)而被燒毀。按照有關(guān)規(guī)定，低壓水輪發(fā)電機(jī)的過(guò)電壓保護(hù)整定值是1.5～1.7倍額定的電壓，該電壓值對(duì)于大多數(shù)的用電設(shè)備都是難以接受的。近幾年來(lái)，一些小水電站就發(fā)生了因?yàn)榘l(fā)電機(jī)過(guò)電壓造成同線的用電設(shè)備出現(xiàn)燒毀，引起發(fā)電，供電，用電之間的矛盾。

4.2 用戶電源的頻率出現(xiàn)偏移，機(jī)組飛逸的轉(zhuǎn)速失控

一些小水電站帶有恒壓勵(lì)磁裝置，在10kV的線路站網(wǎng)跳閘之后，只要用戶負(fù)荷的電流達(dá)不到過(guò)電流保護(hù)整定值的，發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置就不能正確動(dòng)作，即使用戶電源電壓是基本恒定的，但是頻率偏離于額定值較大，也會(huì)給用戶造成損失；另一方面，由于反應(yīng)于過(guò)電壓及保護(hù)出口繼電器動(dòng)作而動(dòng)作的防止飛車裝置不能正常投入，使機(jī)組的飛逸轉(zhuǎn)速無(wú)法得到控制。

5 小型水電站繼電保護(hù)技術(shù)改進(jìn)措施

5.1 適當(dāng)?shù)慕档瓦^(guò)電壓保護(hù)整定值

在小型水電站安裝發(fā)電機(jī)的過(guò)電壓保護(hù)，其目的是為了防止發(fā)電機(jī)的定子繞組絕緣受到破壞，所以，整定值是按照定子繞組絕緣等級(jí)而確定的，通常為發(fā)電機(jī)的額定輸出電壓1.5～1.7倍。但是事實(shí)上，大多數(shù)的低壓水輪的發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁裝置沒(méi)有攜帶滅磁開(kāi)關(guān)，機(jī)組的過(guò)電壓保護(hù)就只能動(dòng)作在跳開(kāi)發(fā)電機(jī)的主開(kāi)關(guān)，不能動(dòng)作于減磁或者滅磁，然而在發(fā)電機(jī)的主開(kāi)關(guān)跳開(kāi)之后，如果定子繞組還不能避免過(guò)電壓危害，那僅動(dòng)作在跳開(kāi)發(fā)電機(jī)的主開(kāi)關(guān)過(guò)電壓保護(hù)，對(duì)于保護(hù)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，就沒(méi)有實(shí)際的意義，但是它可以對(duì)同線的用戶用電的設(shè)備起到作用，只是整定值比較高。如果這樣，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)低過(guò)電壓保護(hù)整定值，使其最大限度的保護(hù)同線的用戶。

5.2 增設(shè)高頻率、低頻率保護(hù)裝置

高頻率、低頻率保護(hù)裝置利用了其中的公共部分回路，高、低頻繼電器接于主開(kāi)關(guān)電網(wǎng)側(cè)是為了防止保護(hù)裝置動(dòng)作在機(jī)組并網(wǎng)之前。

因?yàn)閷?duì)于并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組，正常運(yùn)行的時(shí)候的頻率偏差和電網(wǎng)頻率偏差是相同的，最大的允許值是±0.5Hz，所以低頻率，高頻率的繼電器整定值可以分別設(shè)定為49Hz和51Hz左右，在保護(hù)動(dòng)作的時(shí)候，頻率偏差就只是額定值的1%，此時(shí)，當(dāng)10kV的線路站網(wǎng)在連結(jié)開(kāi)關(guān)跳閘之后，只要用戶用電設(shè)備的負(fù)荷和電站即時(shí)出力有一點(diǎn)差異，低頻率或者高頻率的保護(hù)裝置就能動(dòng)作。當(dāng)發(fā)電機(jī)組出力高于用戶的負(fù)荷的時(shí)候，高頻率的保護(hù)動(dòng)作，反之低頻率的保護(hù)動(dòng)作。對(duì)于克服帶有恒壓勵(lì)磁功能的機(jī)組保護(hù)拒動(dòng)非常有效，對(duì)于非恒壓的勵(lì)磁裝置的機(jī)組來(lái)說(shuō)，保護(hù)的靈敏度也大為提高，因?yàn)槿舭磩?lì)磁裝置的調(diào)差率為5%，高頻率繼電器的整定值為51Hz計(jì)算，高頻率繼電器動(dòng)作時(shí)，發(fā)電機(jī)的電壓值僅升高7%，遠(yuǎn)低于過(guò)電壓保護(hù)的整定值。

6 結(jié)束語(yǔ)

小型水電站的繼電保護(hù)在通過(guò)采取上述技術(shù)的改進(jìn)措施之后，10kV的線路站網(wǎng)在連結(jié)開(kāi)關(guān)跳閘的時(shí)候，對(duì)同線用戶過(guò)電壓有效的進(jìn)行了遏制，并且能夠在短時(shí)間之內(nèi)跳開(kāi)發(fā)電機(jī)的主開(kāi)關(guān)，使用戶的用電設(shè)備擺脫不正常的電源。在水電站安裝消能電阻和自動(dòng)關(guān)閉的導(dǎo)水葉裝置，則發(fā)電機(jī)組的過(guò)電壓和飛逸的轉(zhuǎn)速可以得到有效的控制，就會(huì)大大提高電能質(zhì)量以及電網(wǎng)運(yùn)行安全，避免了發(fā)電，供電，用電之間的矛盾。加強(qiáng)水電站的繼電保護(hù)工作是非常重要的，希望越來(lái)越多的專業(yè)技術(shù)人員可以加入到這方面的研究中來(lái)，給我國(guó)小型水電站的發(fā)展出一份力。這樣就可以提高小型水電站的運(yùn)行質(zhì)量，保證運(yùn)行安全，為地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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TM77

A

2095-2066（2016）05-0083-02

2016-1-26

高 瞻（1986-），男，工程師，本科，主要從事水電站電氣二次設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。