河曲电厂发变组非电量保护分析

樊静波

摘 要：电气量保护是通过电流互感器、电压互感器的二次采样值反映设备的实际运行情况，当采样值与设定的保护定值有差异时，经过逻辑换算并动作于跳閘的保护模式；而非电量保护是更直接地反映设备正常运行与异常运行有关的非电气量，即非电气量保护是通过干接点的位置变化来实现跳闸的保护模式。经常接触到的非电气量保护有瓦斯保护和发电机断冷却水保护等，本文简要分析这几种保护的工作原理、实际遇到的问题。

关键词：非电量保护；瓦斯保护；发电机断冷却水保护

中图分类号：TM772 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）03-0122-03

Abstract： The electric quantity protection is through two sampling value of the current transformer， the voltage transformer to reflect the actual operation situation of the equipment， when the sampling value is different from the setting value， logic conversion and action in trip protection mode； The non electricity protection is non electrical quantity that more directly reflect the normal operation of the equipment and abnormal operation， that is， the protection of non electrical quantity is achieved by the change of the position of the dry contact to achieve the trip protection mode. The non electric quantity protection which is frequently exposed to has the gas protection and generator cooling water protection and so on， this paper briefly analyzed the working principle of these protections， the problems in practice.

Keywords： non electricity protection；gas protection；generator cooling water protection

变压器最重要的保护是瓦斯保护，通过瓦斯继电器触点的变化来实现对变压器本体的保护。瓦斯继电器又称气体继电器，当在变压器油箱内部发生轻微的匝间、层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化引起的经电弧电阻的接地短路和油面下降等故障，由于故障点电流和电弧的作用，将使得变压器油及其他绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，他们将从油箱流向油枕的上部。当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。利用变压器油箱内部故障的这一特点，可以构成反应轻瓦斯和重瓦斯动作的保护装置，称为瓦斯保护。

气体继电器是构成变压器瓦斯保护的主要保护元件，安装在油箱与油枕之间的连接管道上，这样当变压器内部发生故障时，所产生的气体必须通过气体继电器才能流向油枕。为了保证气体的正常流通，变压器的安装应使得顶盖沿气体继电器的方向与水平有1.0%～1.5%的升高坡度，并且要使得通往气体继电器的连接管有2%～4%的升高坡度[1]。

1 变压器瓦斯继电器介绍

河曲电厂使用的是QJ-80型开口杯挡板式气体继电器，其内部结构见图1。

1.1 QJ-80型开口杯挡板式气体继电器工作原理

正常运行时，开口杯都浸在变压器油中，开口杯和附

件在油中的重力所产生的力矩小于重锤所产生的力矩，

因此开口杯向上倾，干簧触点断开。当油箱内部发生轻微故障时，少量的气体上升后逐渐聚集在继电器的上部，迫使油面下降。而使上开口杯露出油面，此时由于浮力的减小，开口杯和附件在空气中的重力加上杯内油重所产生的力矩大于平衡锤所产生的力矩，于是开口杯顺时针方向转动，带动永久磁铁靠近干簧触点，使得触点闭合，发出“轻瓦斯”保护动作信号。当变压器油箱内部发生严重故障时，大量气体和油流直接冲击挡板，带动永久磁铁靠近下部干簧的触点使之闭合，发出跳闸脉冲，表示“重瓦斯”保护动作。变压器瓦斯保护作为变压器的主保护之一，与变压器差动保护相互配合、相互补充，能够实现快速、灵敏地切除变压器油箱内部、外部及引出线上发生的各种故障。

河曲电厂QJ-80型瓦斯继电器的保护定值设定为：轻瓦斯保护250cm3，重瓦斯保护1.5m/s，而压力释放保护定值为55kPa，这些保护都是有关变压器的主要保护。同时，根据其他电厂的运行经验和河曲电厂的实际运行情况，在1号机组小修期间，河曲电厂将一部分非电量保护定值的出口方式进行了更改，其中包括压力释放保护、绕组温高跳闸保护和油温高跳闸保护等。经过仔细分析不难发现，更改定值提高了机组的安全稳定运行。压力释放保护是通过压力释放阀的开启来实现对变压器本体的保护。当变压器内部有大量气体积聚或者油温过高导致变压器内部压力高于压力释放阀的开启压力（河曲电厂压力释放定值为55kPa），此时压力释放阀将开启并释放变压器内部压力。当内部压力恢复到压力释放启动值的30%～45%时，关闭压力释放阀。而此时在55kPa的压力作用下，变压器内部油流已经通过连接管撞击气体继电器的挡板使得重瓦斯保护动作，发出跳闸指令。可以这样说，在压力释放阀没有开启的时候，变压器油流已经撞击了气体继电器的挡板，使得变压器重瓦斯保护动作，可见瓦斯保护比压力释放保护更快、更灵敏地反映了变压器的异常运行，从而保护了设备的安全稳定运行。

1.2 QJ-80型开口杯挡板式气体继电器的维护

为了保证气体继电器的正确动作，应对投入運行的气体继电器经过一段时间的运行后进行定期和不定期的检查和维护，针对气体继电器对变压器保护的不同方式进行不同的检查与校正。对于轻瓦斯保护来说，要对气体继电器的气体容积量进行调整。通过改变轻瓦斯保护的干簧触点的不同位置，就可以调节信号触点动作的气体容积，气体继电器的干簧触点向上移动使得气体容积量减少，向下移动则使得气体容积量增大。调整好干簧触点后一定要拧紧锁牢螺钉。对于重瓦斯保护来说，要调整气体继电器的油速调整和挡板旋转角。通过调节与弹簧连接的调节杆，可以改变挡板弹簧的拉力，从而可以改变跳闸接点动作的油流速度，调整后应锁牢螺母。但是，动作油流速度的整定工作应由厂家或者有资质的专业人员在专用流速校验设备上进行；通过调节止挡板螺钉才可以对挡板的旋转角进行调节，也就是通过调节磁铁与干簧触点间的距离（可以调节到0.5～1.0mm），借以保证干簧触点的可靠开闭。

对于变压器的定期维护已有明确的规定：①变压器的气体继电器应每年进行一次外观检查以及信号回路的可靠性和跳闸回路的可靠性检查；②对于已经运行的变压器气体继电器应每2年开盖一次，进行气体继电器内部结构和动作可靠性的检查；③对于已经运行的变压器气体继电器应每5年进行一次工频耐压试验。在检修变压器气体继电器时，主要是检查油杯是否灵活，干簧触点闭合和断开是否正确；观察触点开断时触点处的火花是否正常，触点有无黏住现象；接线板的绝缘是否良好；接线板、放油口、试验顶杆和两端法兰等处是否有渗油现象。特别要注意的是，平衡锤和挡板的位置是可以调节的，但是不在检修时不可以随意进行调节。装复气体继电器时，要注意外壳上的箭头方向应从油箱指向油枕，不允许装反。当安装完毕后，应用试验顶杆试验上下油杯的动作是否灵活。这样就完成了油浸式变压器气体继电器的检修和维护。

2 发电机断冷却水保护

除了变压器瓦斯保护外，还有一种重要的非电量保护就是发电机断冷却水保护。

河曲电厂发电机采用的是定子水内冷、定子铁芯氢冷和转子绕组氢内冷方式。对于水冷机组来说，要注意以下基本要求：①额定的定子绕组的冷却水流量；②控制进入定子绕组的冷却水温度达到要求值；③保证冷却水的水质，一般要求冷却水的电导率低于5μs/cm（μs：西门子），最高不大于10μs/cm（25℃时）。而发电机断冷却水保护是否启动，主要取决于额定的定子绕组的冷却水流量。当冷却水流量发生变化时，就会启动发电机断冷却水保护。河曲电厂定子冷却水的流量定值为63t/h，通过安装在定子冷却水泵管路上的3个流量检测装置，进行三取二的判断后，启动压差开关使得发电机断冷却水保护启动。在启动的同时非电量保护又对发电机断冷却水保护有一个30s延时的判断，若在30s延时内定子冷却水的流量可以恢复，则不会通过发电机断冷却水保护进行程序跳闸；若在30s延时内定子冷却水的流量还未恢复到流量设定值，则会通过发电机断冷却水保护进行程序跳闸，从而实现对发电机定子绕组及其他运行设备的保护[2]。

提到发电机断冷却水保护就要提到程序跳闸，所谓程序跳闸，就是在关闭汽机主汽门，待确认没有蒸汽通过汽机后再动作于“发电机全停”，而“发电机全停”还是需要通过电气量逆功率保护来实现的。真正对非电量保护和程序跳闸有更深的认识是通过1号机组小修时，热控专业的机炉电大联锁试验。在试验做到电跳机再跳炉的联锁时，试验结果没有按照联锁预定的方式跳闸。由于当时对整个系统的保护联系还不是很熟悉，没有很快地分析出问题的关键点，没有作出正确的判断。通过这件事情有以下的认识，联锁试验措施虽然模拟机组带15%的负荷，也通过停掉定子冷却水泵启动了发电机断冷却水保护，并延时30s启动了程序跳闸，就是不能够出口跳闸。首先，发电机断冷却水保护启动了程序跳闸，并且闭锁了热工保护，无法通过热工保护实现出口跳闸；其次，虽然模拟了机组带15%的负荷，但是程序跳闸并且动作于出口还需电气量的配合才能够实现，而实现出口跳闸的前提是机组在并网带负荷运行状态下并启动逆功率保护才可以跳闸。通过这件事情学会了很多如何分析问题的方式和解决问题的方法，同时也看到了试验方式下保护启动跳闸方式与机组正常运行情况下保护启动跳闸方式的不同。

3 结语

发变组非电量保护在电力安全生产中起到非常重要的作用，为确保河曲电厂机组的安全稳定生产，需要从各个环节对发变组非电量保护进行掌握。即深入学习发变组非电量启动元件的原理、结构和实现方式以及回路的组成，加强对发变组非电量启动元件的日常维护和定期维护，以便发现问题及时处理，为机组安全稳定运行保驾护航。

参考文献：

[1]华东六省一市电机工程学会.电气设备及其系统[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]刘志青.火力发电职业技能培训教材：电气设备检修[M].北京：中国电力出版社，2005.