继电保护装置在发电厂中的应用分析

田 伦

（贵州乌江水电开发有限责任公司索风营发电厂，贵阳 550000）

1 引言

继电保护装置是发电厂中起安全保护作用的基础设施之一。继电保护装置在发电厂运行时设备出现故障的情况下，可以自动检测故障，并及时发出警报，然后对进行故障隔离。但是，继电保护装置自身在使用的过程中也会出现各种问题。所以，研究并分析继电保护装置的性能和工作原理，并及时对继电保护装置进行故障检测与相应维修，才能更好地将继电保护装置应用于发电厂中，保障发电厂的正常工作。

2 继电保护装置的基本性能与工作原理分析

2.1 继电保护装置的基本性能

继电保护装置具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性等基本特性。其中，选择性是指继电保护装置在识别故障时能进行决策判断，可以根据具体情况判断是先断开故障设备还是先断开故障路线；速动性是指继电保护装置在切除故障时的反应速度很快，能使系统受到的损害降到最小；灵敏性是指电流与电压能在允许的范围内发生变化，但一旦电流超过该范围，则装置会被启动；可靠性是指继电保护装置对故障发出的动作绝对准确，且就不会发出错误的动作。

2.2 继电保护装置的工作原理

继电保护装置的工作原理就是根据电压参数或电流的变化识别故障。继电保护装置由取样单元、比较鉴别单元、处理单元、执行单元、控制单元和操作单元等六大单元组成，如图1所示。其中，取样单元将电力系统参数转化成下一级单元可接收识别的信号，将信号与设定数据进行比较后，将信号传递给比较鉴别单元，比较鉴别单元一旦发现接收到的电流信号达到电流整定值，则将断路器断开的信号传递给处理单元，处理单元根据接收到的指示进行相应的断电等处理，执行单元则负责故障的处理，控制和操作电源。

图1 继电保护装置构成图

3 继电保护装置在发电厂中的应用

继电保护装置在发电厂中的应用实际体现为对发电机变压器的保护、对发电厂电力系统的保护、对发电厂直流系统的保护这三个方面上。

3.1 保护发电机变压器组

运用继电保护装置在保护发电变压器组时，需要根据机组的型号进行继电保护着的选择，并且在安装前，需要结合电厂实际，在确保机组的高配置、灵敏度、选择性、可靠性和安全性的情况下，合理设计继电保护装置方案。此外，还需要考虑继电保护装置的经济性和其维护问题。

3.2 保护发电厂电力系统

运用继电保护装置保护发电厂的电力系统时，需要考虑综合配合性这一问题，即适当减少二次电缆的数量，提高电力网络系统的整体自动化水平。若电厂采用“2低压机组配置+1用电监控系统”模式，应将上层的DCS与电监控系统相连接，然后通过通信网络再对下层的继电保护装置进行连接。除此之外，也可对DCS 或监控系统进行利用，从而采集并传输厂用电系统电度量。

3.3 保护发电厂直流系统

直流系统为发电厂中的保护、开关和自动装置等提供直流电，因此直流系统的可靠稳定性对于发电厂来说至关重要。运用继电保护装置对发电厂的直流系统进行保护时，需要注意电气一次系统的分区配置和直流供电系统的距离。

3.4 黄河拉西瓦水电站继电保护装置的实例分析

黄河拉西瓦水电站总装机容量4200MW，具备6台单机额定容量为700MW的混流式水轮发电机组。发电机出口电压为18kV，设有发电机出口断路器，用容量为800MVA的单相变压器作为主变压器。电设有三回出线，一回作为备用，电压为750kV。发电机与变压器组之间采用联合单元接线，750kV设备采用32混合接线。发电机中性点接地方式为经配电变压器接地。

3.4.1 发电机主保护配置

由于零序电流型横差保护、不完全纵差保护、裂相差动保护可以弥补完全纵差保护不足对定子绕组匝间短路和开焊故障无能为力的不足，对相间短路也能很好地反应，因此，拉西瓦水电站机组保护配置中，发电机的主保护采用“两横一纵”的配置方案。引出3个中性点并装设分之电流互感器，在由“不完全裂相横差+不完全纵差”构成的“一横一纵”格局的基础上，增加一套零序电流型横差保护，形成“两横一纵”格局。该配置方案成本低且有助于提高主保护配置方案的性能。

3.4.2 定子一点接地保护

拉西瓦水电站机组经配电变压器高阻接地，且对地电容大，因此该水电站机组定子接地保护构成方案由以下两套组成：（1）基波零序电压式原理定子接地保护和三次谐波电压式原理定子接地保护；（2）注入20HZ电源式定子接地保护。

3.4.3 过负荷保护

过负荷保护是指发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。

4 继电保护装置的常见故障与维修

4.1 继电保护装置的常见故障

继电保护装置中的常见故障有以下三种：电压互感器（PT）的二次回路故障、电磁系统铆装件的变形、继电器的触点故障。其中，电压互感器（PT）的二次回路故障主要体现为PT二次中性点接地异常、中性点不接地（虚拟存取）或多点接地性能异常和PT开口三角电压回路异常。继电器的触点故障主要集中于触头材料的类型不同，电压和电流的值不同等问题上。电磁系统铆装件的变形会影给下道工序的装配或调整，导致下道工序严重变形甚至报废，从而影响保护设备的正常运行。

4.2 继电保护装置常见故障的维修

继电保护装置常见故障的维修补救措施主要有以下几种：替代法、交叉引用法、短路确认法。

4.2.1 替代法

替代法是一种基于微处理器的继电器保护设备的故障分析而得来的常见故障维修方法，具体是指用相同的元素对继电保护装置进行故障排除。这种方法的优点在于，使用该方法的工作人员可以迅速缩小故障发生范围继而找到故障，其缺点是常用组件需要靠更复杂的电路保护装置和故障排除的数量来确定。

4.2.2 交叉引用法

交叉引用法是指通过正常的同型号同规格的设备技术参数的校准报告，在较大的差异的情况下进行比较故障点，但不能确定故障的原因。该方法的可操作性和实际效率均较低，且由于难以对测试值和设定值时的保护装置进行调整，需要工作人员利用循环恒定奇偶检测仪器来进行维修，从而证实故障。

4.2.3 短路确认法

短路确认法是指利用电路短路来快速确认继电保护系统中故障的所在位置，是一种常用且高效的故障排除手段。运用短路确认法时，需要将第一次级电路的位置依次除去，将其接成回路的状态。这样，一旦出现故障，这个循环也就会随之出现问题。

5 结语

继电保护装置能够及时检测、感知并切除故障，最大程度地降低系统故障的不良影响，在发电厂中起到至关重要的作用。在继电保护装置配置的过程中，不仅要结合电厂的实际情况，根据具体电力网络系统，确保装置性能的可靠性的基础上，设计有效的继电保护方案，更要在后期对其进行自身故障确认和维修，以期能最大效益地发挥继电保护装置的保护作用。

[1] 刘兴光.发电厂继电保护装置的故障探讨[J].山东工业技术，2016（11）：194.

[2] 王楠.浅析继电保护装置在发电厂的应用[J].科技与企业，2013（09）：345.

[3] 陈岩，段俊祥.电力系统继电保护技术的现状与发展[J].硅谷，2010（17）.

[4] 王谦君.火力发电厂中继电保护装置故障的检测与维修分析[J].科技传播，2013，5（14）：162-163.

[5] 热依汉古丽·努尔麦麦提.关于水力发电厂中微机继电保护的应用[J].电子技术与软件工程，2013（13）：92.