李連尉,陳世鈞,朱龍
(中國水利電力對外有限公司,北京 100120)
隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展,在變電站中,使用繼電保護(hù)設(shè)備較為普遍,由于變電站的磁場較強(qiáng),再加上其高壓設(shè)備較多,若強(qiáng)電磁干擾設(shè)備,極易引發(fā)安全事故。大氣干擾或供電系統(tǒng)的外干擾也會影響弱電設(shè)備,但隨著我國繼電保護(hù)技術(shù)的增強(qiáng),可有效保護(hù)變電站。
一方面,在開展繼電保護(hù)時,其主要的工作原理為當(dāng)變電站在運(yùn)行時發(fā)生故障后,會出現(xiàn)電壓降低或升高、電流突然增加、溫度、瓦斯的溫度同時升高及運(yùn)行頻率降低等現(xiàn)象,且該現(xiàn)象的數(shù)值大于繼電保護(hù)的額定值,進(jìn)而使繼電設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號或跳閘指令。跳閘的方式通常有兩種,即電流值與時間值,若該跳閘的性質(zhì)為電流值,電流值上升速度越快,則跳閘的速度越快;而性質(zhì)為時間值時,當(dāng)故障電流值大于整定值后,在一段時間后,為了更好地保護(hù)變電站,時間發(fā)出跳閘指令,進(jìn)而暫停變電站的運(yùn)行。
另一方面,在運(yùn)用繼電保護(hù)技術(shù)保護(hù)變電站的過程中,其目標(biāo)也較為明確,利用該技術(shù)后,可使變電站供電變得更加可靠。檢修繼電保護(hù)設(shè)備時,可提升該設(shè)備的可用系數(shù)與可靠性,防止出現(xiàn)傳統(tǒng)檢修方式的不足,并使相關(guān)設(shè)備的壽命得以延長,進(jìn)而使用戶用電變得更加安全、可靠。與此同時,保護(hù)用電設(shè)備的安全也能促進(jìn)相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,當(dāng)前,在電力系統(tǒng)行業(yè)內(nèi),正廣泛應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù),且相關(guān)的保護(hù)裝置也可進(jìn)行遠(yuǎn)程輸送,技術(shù)人員可利用其數(shù)字化的特征,盡快實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)搶修。當(dāng)前的搶修方式與過去有所不同,由預(yù)知性檢修替代了計(jì)劃性檢修,使檢修的盲目性有效降低,改變了過去由經(jīng)驗(yàn)來判斷檢修的方式。
通過性質(zhì)可將繼電保護(hù)分為多種類型:其一,技術(shù)人員應(yīng)保護(hù)發(fā)電機(jī),其短路的形式較多,主要為定子繞組,當(dāng)檔子繞組接地時,在相間的過程中會產(chǎn)生短路;發(fā)電機(jī)的外部也會產(chǎn)生短路,若其負(fù)荷過重,定子繞組經(jīng)過電壓時,其勵磁回路會出現(xiàn)兩點(diǎn)或一點(diǎn)接地,也會形成失磁故障。在發(fā)生故障后,大多采用解列、停機(jī)等方式進(jìn)行出口,進(jìn)而使故障范圍縮小,并發(fā)出信號。其二,在線路保護(hù)方面,根據(jù)不同的電壓等級,采用對應(yīng)的保護(hù)措施,架空長線、電纜或輸電線路若長度不同,電網(wǎng)內(nèi)中性點(diǎn)不同的接地方式也會形成繼電保護(hù),進(jìn)而出現(xiàn)過負(fù)荷、單相接地、接地短路及相間短路等。其三,針對母線保護(hù),在多處變電場所與發(fā)電廠都應(yīng)安裝專有的母線保護(hù)設(shè)備。其四,在保護(hù)電力電容器方面,由于其內(nèi)部故障而造成出線短路,若斷路器與電容器組形成連接也會產(chǎn)生短路,其原因在于當(dāng)電容器組內(nèi)部出現(xiàn)故障時,電容被切除后會經(jīng)過電壓,而當(dāng)電容器組再度過電壓時,其母線會產(chǎn)生失壓狀態(tài)。其五,保護(hù)高壓電動機(jī),高壓電動機(jī)會形成多種短路方式,如在同步電動機(jī)中,產(chǎn)生非同步的沖擊電流、電動機(jī)出現(xiàn)失磁效應(yīng)、底子繞組的電壓較低、電子繞組出現(xiàn)單相接地及定子繞組發(fā)生相間短路等,多種方式都會形成電動機(jī)保護(hù)。
此外,針對變電站繼電保護(hù)的溫度保護(hù),當(dāng)其內(nèi)部的電動機(jī)與變壓器發(fā)生內(nèi)部短路或電機(jī)負(fù)載過重時,該保護(hù)裝置的溫度會快速升高,當(dāng)其整體溫度超出整定值后,可及時向系統(tǒng)發(fā)送跳閘指令,會產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號。與從同時,為達(dá)到設(shè)備安全的需求與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定,在繼電保護(hù)裝置中,還會開展主保護(hù),當(dāng)出現(xiàn)短路或產(chǎn)生故障后,通過系統(tǒng)內(nèi)部快速地反應(yīng),可將產(chǎn)生故障的線路或電源直接切除,對變電站中的繼電設(shè)備起到保護(hù)作用。而對于繼電裝置中的后備保護(hù),此保護(hù)產(chǎn)生的背景為斷路器或主保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生拒動,可將產(chǎn)生故障的部分直接切除。當(dāng)裝置中出現(xiàn)主保護(hù)拒動時,電力系統(tǒng)內(nèi)部可緊急啟動另外一套保護(hù)設(shè)備,進(jìn)而引發(fā)后備保護(hù)。為保障主保護(hù)與后備保護(hù)的整體性能,技術(shù)人員在檢修繼電裝置時,可采用輔助保護(hù),該保護(hù)方式可作為多種防護(hù)的補(bǔ)充。
差動保護(hù)也屬一種較為重要的繼電保護(hù)類型,若中性點(diǎn)線路或變壓器中的電流差大于整定值時,該系統(tǒng)會發(fā)出跳閘指令,此保護(hù)方式又叫縱差動保護(hù)。而縱差橫保護(hù)的形式則為兩個繞組間或并行線路間的電流差高于整定值。例如,中國水利電力對外有限公司在實(shí)行變電站繼電保護(hù)的過程中,由于產(chǎn)生故障的電壓值小于整定值,在借助相關(guān)系統(tǒng)后產(chǎn)生低電壓信號與跳閘指令,進(jìn)而對該裝置形成低電壓保護(hù),有效保障了變電站的運(yùn)行安全。
針對繼電設(shè)備的保護(hù)裝置,如圖1所示,設(shè)計(jì)人員可進(jìn)行三方面的保護(hù),首先,針對線路保護(hù),設(shè)計(jì)人員可應(yīng)大力發(fā)展智能變電站,并將測控功能與站內(nèi)保護(hù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,其配置方式采用間隔單套。在開展線路保護(hù)的過程中,可進(jìn)行直接采樣,并將斷路器跳掉,經(jīng)過相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),可開發(fā)出重合閘與斷路器失靈等功能。
圖1 繼電保護(hù)裝置
其次,技術(shù)人員還需保護(hù)變壓器,依照相關(guān)流程,保護(hù)變電壓電量時,一般的配置方式為雙套,并實(shí)行設(shè)備一體化。若兩種設(shè)備分開,其后備裝置需結(jié)合測控裝置。采用雙套配置的過程中,將各側(cè)的單元合并,而各側(cè)的終端最好使用雙套配置。
最后,分段保護(hù)母聯(lián)時,技術(shù)人員應(yīng)將智能終端與分段保護(hù)裝置相連接,在不進(jìn)行交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的情況下,實(shí)現(xiàn)直接采樣與跳閘的功能。與此同時,在保護(hù)智能終端、合并單元時,要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號傳輸。按照配置要求,該類繼電保護(hù)設(shè)備應(yīng)按單套配置進(jìn)行分段保護(hù),從而形成測控與保護(hù)的一體化。當(dāng)分段保護(hù)出現(xiàn)跳閘時,其方式大多為點(diǎn)對點(diǎn)直跳,而網(wǎng)絡(luò)方式則應(yīng)用在其他分段跳上。若分段保護(hù)母線的方式失靈,也可運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)傳輸。
例如,某電力公司在開展繼電設(shè)備的保護(hù)時,在保護(hù)母線時,其設(shè)備出現(xiàn)故障,維修人員在檢修后,按照配置要求,對設(shè)備實(shí)行雙配置保護(hù),從而增強(qiáng)了繼電設(shè)備的保護(hù)效果。
為使電網(wǎng)更安全穩(wěn)定地運(yùn)行,合理地在變電站開展繼電保護(hù)極為必要,在此過程中,技術(shù)人員需嚴(yán)格遵守靈敏性、速動性、選擇性及可靠性原則。當(dāng)前電網(wǎng)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大,其電壓等級也相應(yīng)升高,針對繼電保護(hù)的需求也有了較大改變。在發(fā)展智能變電站的過程中,不但要保障原有的繼電保護(hù)功能,還需不斷改善繼電保護(hù)內(nèi)部信息交換的方法,即相互操作、信息共享。在智能變電站內(nèi)部,電子互感器已替代了電磁互感器,多種一次設(shè)備也擁有了智能單元,如斷路器與變壓器等,徹底改變了保護(hù)裝置中的連接介質(zhì),當(dāng)前多數(shù)已采用光纖,而信息傳遞則由網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備擔(dān)任。基于此變化,技術(shù)人員需開展變電站繼電保護(hù)的測試試驗(yàn),相較于過去,當(dāng)前設(shè)備內(nèi)部信息傳遞的方式發(fā)生了改變,但其保護(hù)裝置并未產(chǎn)生任何變化,在開展試驗(yàn)的過程中,其邏輯功能的檢測方式可與過去一致,而傳遞方式可改用其他測試方法以檢驗(yàn)變電站內(nèi)繼電保護(hù)的價值與作用。
技術(shù)人員在試驗(yàn)前,需仔細(xì)檢測繼電保護(hù)裝置內(nèi)部的電流與電壓值,其方式可選用合并器內(nèi)部的光數(shù)字信號,傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的測試儀器只能將模擬量輸出,而當(dāng)前的新型測試儀,即光數(shù)字信號儀器,在開展測試的過程中,該儀器可借助保護(hù)裝置內(nèi)部的光纖進(jìn)行直接輸入測試,此方式有效避免了相應(yīng)誤差,減少了多種傳統(tǒng)式檢驗(yàn)步驟,如采樣精度或零漂等,節(jié)約保護(hù)成本的同時,也改善了保護(hù)裝置的使用效率與效果。為滿足繼電保護(hù)裝置的實(shí)際需求,工作人員還需嚴(yán)格保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間間隔,若其傳輸時間差距較大或并未同步,應(yīng)合理選擇保護(hù)裝置,并對母線保護(hù)或變壓器保護(hù)等實(shí)行科學(xué)的測試與管理。
針對一二次設(shè)備的具體情況,相較于傳統(tǒng)保護(hù)方式中的直接跳閘,當(dāng)前變電站在應(yīng)用繼電保護(hù)時選用了GOOSE網(wǎng)絡(luò),運(yùn)用該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可實(shí)時發(fā)布跳閘指令,若想更加便捷,可改用智能型開關(guān)。借助網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的跳閘指令與啟動關(guān)閉信號,相比傳統(tǒng)式保護(hù)回路,新式繼電保護(hù)更加可靠。與此同時,GOOSE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信號傳輸與原繼電保護(hù)裝置內(nèi)信號輸出的方式相同,當(dāng)前開入或開出量已轉(zhuǎn)化為差異化的GOOSE報(bào)文,而非24V、220V的信號。對于繼電保護(hù)裝置的輸出或輸入信號,為保證其實(shí)時性和正確性,試驗(yàn)人員可利用整套傳動試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
綜上所述,當(dāng)前我國電網(wǎng)的基礎(chǔ)即為變電站,為了使變電站更好地工作,管理人員積極開展變電站技術(shù),在開展的過程中,引入繼電保護(hù),從而使變電站運(yùn)轉(zhuǎn)正常。依據(jù)繼電保護(hù)的工作原理,應(yīng)主要保護(hù)變電站的線路與母線,可有效加強(qiáng)變電站的穩(wěn)定。