水电厂继电保护装置的影响因素及改进研究

2021-04-12

智能城市 2021年2期

（国家能源集团云南电力有限公司大寨分公司，云南曲靖 655800）

1 水电厂继电保护装置概述

1.1 水电厂继电保护装置的工作原理

水电厂继电保护装置是监督和保护电力系统中各电力设备正常运行的装置，该装置与电厂运行的安全稳定性有关。在出现电流或电压异常波动时，继电保护装置可及时切断电路控制故障的范围。该装置具体工作原理是根据电压和电流参数的变化进行故障判断，当电压和电流的运行参数超出既定值后，该装置会切断电路以保护其他设备及其整个电力系统。继电保护装置由比较鉴别单元、取样单元、执行单元、处理单元和控制操作单元构成，其中取样单元由电流和电压互感器构成，可将电力系统中的电流电压参数转为比较鉴别单元可以识别的信号。

比较鉴别单元进行信号识别后，取样单元根据事先设置的数据对接收的信号做出比较分析，再将信号传输给处理单元。比较鉴别单元包括过电流保护的电流继电器和速断保护的电流继电器，电流继电器在接收取样单元的电流信号后，可与给定单元对比分析，电流信号达到电流整定值，电流继电器接点会将断路器断开，将信号向执行单元传输。当电流的信号没有到达整定值时，电流继电器不发生动作，信号传递路径不变。处理单元对经过鉴别比较后的信号，按照命令指示完成处理操作，如果电流超出了额定电流中间继电器会发生动作。执行单元其本质是专属电源，可以实现电源的开断，可对故障进行处理。

1.2 水电厂继电保护装置的作用和要求

（1）实现对电力系统的全面监督检查。

在水电厂的电力系统运行中，系统中各种电力设备及其零配件易在长期运行中产生故障，包括老化、腐蚀、受潮故障以及其他可能会影响系统运行和安全的故障。设置继电保护装置，其主要目的是及时、快速发现设备运行中存在的细微故障，正确反应并采取相应的解决措施。在提高电气系统运行水平和效率的基础上，快速断开故障设备及其元件，可减少因电力设备及其元器件故障带来的运行安全问题，确保整个电力系统能正常稳定运行。

（2）快速对电气机械设备故障做出反应。

水电厂的电气机械设备是重点生产结构，当出现故障时，会影响各系统的运转。在设置继电保护装置后，可开展针对电气机械设备的针对性检查，发现异常及时提供正确的反应，再根据采集的信息为检修维护提供数据参考。设置好继电保护装置后，再进行自动化的调节，发挥自动化技术的优势，可实现对电气机械设备全过程运行及其状态的监督控制，提升了系统运行管理的水平。

（3）电力系统自动化运行。

在水电厂电力系统运行中，通过继电保护装置的设置可实现对系统运行全过程的监督控制，且充分利用了自动化技术的优势，发挥其灵活性和可靠性的特点，确保电力系统在运行过程中开展工作状态科学检查。在发现问题后可快速给出警示信息，再利用自动化远程技术开展检查和处理工作，在故障问题出现前及时解决安全隐患。若已出现了故障，可以通过自动化跳闸操作将故障元器件断开，避免故障蔓延引起二次伤害。

1.3 水电厂继电保护装置的应用和调试

水电厂在运行过程中电力系统比较复杂，各种电力设备、电缆电线布置错综复杂，易出现线路烧毁、设备故障、短路断路等问题。若某个元器件或设备出现了故障会影响其他元器件和设备的运行，使整个电力机组陷入瘫痪，影响电力系统的正常工作，降低发电的效率。在电力系统发生故障时，能自动启动保护装置，自动分析系统可承受的最大负荷电流，确保线路正常。水电厂在发电中本身线路复杂，易出现单相故障，影响电流电压的稳定，采用继电保护装置可以结合电力系统实际运行情况，对电流电压值进行合理调整。继电保护在应用时可实现电气量的主保护，即零序电流保护、差动保护；可实现对电气量的后备保护，即高压侧复压闭锁过流保护、开入闭锁过流保护、过激磁保护和低压零压保护等。非电量保护是对压力高跳闸、油温高跳闸、冷却器全停跳闸、绕组温度高跳闸、油位高或低发信等进行保护。

继电保护系统的调试较为重要，确保继电保护系统的安全，可为电力系统的正常运行奠定基础。技术人员可根据系统运行的情况选择有效的继电保护系统配置，在继电保护运行前做好各元器件的调试，检验其对故障的响应能力，确保该装置能及时发出故障警报，自动采取断开故障电路等动作，以确保系统供电的持续和稳定。

2 影响水电厂继电保护的因素分析

2.1 雷击因素

水电厂电力设备运行时易受到雷电的影响，使设备安全性下降，出现严重的损坏现象，影响整个电力系统的正常运行以及水电厂的正常运转。水电厂一般会设置高阻抗的地网，接地元件在受到雷击后，会出现大量高频电流，使继电保护装置暂停运行或错误运行，无法真正发挥继电保护装置的作用。

2.2 高频类型的影响因素

水电厂电力设备的开关动作较慢、花费时间较长，使隔离开关触电间出现电弧闪络现象，出现电压、高频等问题，影响设备运行。电压和高频等问题会给电力系统的安全运行埋下隐患，当出现高频问题时易形成电厂和磁场，降低电力系统运行的质量，使得二次设备运行受到干扰。继电保护装置在受到高频因素影响后出现异常动作，使其逻辑单元和电磁场不符。

2.3 辐射类型的影响因素

目前，部分水电厂在电能调控时，存在移动通信设备装置问题影响系统的正常运行，比如，在通信设备运行时出现电场和磁场，水电厂电力系统运行过程中，受到通信设备引起的电磁场的影响无法保证安全运行。通信设备会产生一定的辐射，继电保护装置运行时会受到辐射的影响获得错误的数据或发生错误动作，无法发挥继电保护装置对电力设备和电力系统的保护作用。

2.4 静电类型的影响因素

水电厂继电保护装置在运行时，受到各种静电因素的影响，不会直接影响设备使用，但在人员和装置接触后会放电破坏装置的元器件，降低元器件使用的质量和寿命。在实际应有中，静电影响是无法避免的，应尽量减少静电因子的产生，以提高系统的整体运行水平。

2.5 设备自身因素

设备本身数据采集系统、设备电压等出现异常或继电保护装置的电源出现问题，无法确保继电保护装置的正常工作。其中，数据采集系统需要对电气物理参数进行采集和识别，再发送给微机系统进行分析处理，若采集系统出现问题会影响继电保护装置功能的发挥。若设备电压发生异常或充电源发生异常，会强制暂停系统运行。

2.6 人为操作因素

由于操作人员自身专业技术能力不足或责任心不够，在操作中没有严格按照规范进行，会引起继电保护装置失灵。

3 水电厂继电保护装置改进优化措施

3.1 针对外界因素的解决措施

对雷击、高频、辐射和静电等因素引起的继电保护装置故障问题，首先，对于雷击因素应结合电力系统实际情况改变传统的安全管控方式，针对装置进行调试，明确应采用具体的预防措施。对于高频现象，应从技术的角度首先对装置进行运行调试，在调试合格后再运行，在运行时可通过监控设备及时发现运行问题并改正。联合测试管理方式加强对各个环节的监督控制，在电路管理中，建设模拟分析机制对继电保护装置进行测试，明确运行情况，确保装置动作的准确性和反应的速度。对于辐射和静电的问题，采取巡回检查的方式加强高辐射和静电管理，明确交流电运行情况，做好对装置电流的严格检查。采用自动化和智能化技术，合理设计二次回路和设备图纸，在工作中加强管理，提高整体系统管理水平。

3.2 加大资金和技术的投入

继电保护装置对于安全可靠性的要求较高，须定期进行零配件性能的检测和更换，这一工作需要一定的人力、物力，应得到水电厂的资金支持，以完善继电保护装置性能，确保设备的稳定运行。电厂在进行继电保护装置更新改造时须处理技术先进性的问题，应积极引入先进的科学技术应用于继电保护装置，提高继电保护装置的可靠性和灵活性、高精确性。一方面，要求单位须持续关注和引入先进的技术，如智能技术、信息化技术等；另一方面，应重视专业技术人员的培养，提高水电厂继电保护整体技术水平。

随着人们对计算机网络技术依赖性的提高，将其应用到水电厂继电保护装置中，可及时有效地分析相关数据，再采取协调、保护等措施，使整个继电保护系统的稳定性和安全性得到提升。

3.3 强化继电保护装置的检查和维护

水电厂应加强对继电保护装置的定期检查和维修，尤其应强化对设备紧密位置和隐秘位置的检查。在定期检查保护装置的过程中，应对不符合性能要求和使用安全性要求的零配件及时进行更换。对经常高负荷工作的零配件须重点检查，须经常定期更换，做好防控防范，可降低设备故障概率。检查人员应加强自身修养，增强自主更新知识和技能的意识，通过培训和训练专业能力，强化自身的安全意识和责任意识，使得工作人员在实际工作中能够严格按照标准规范开展工作。