探析火电厂大型发电机组继电保护整定设计与故障

华电国际十里泉发电厂 刘 攀

在火电厂发电机组运行的过程当中，受到其运行环境、运行流程等不同因素的影响，可能会导致运行故障与安全风险的出现，不仅给火电厂的正常工作带来一定的负面影响，还可能会对人员及设备的安全造成一定威胁。相关技术人员以及工作人员应当明确继电保护对风险和故障管控的重要作用，采取合理措施对其进行整定和设计的优化，进而推动火电厂运行效能的不断进步。

1 火力发电机组继电保护整定设计的意义与原则

1.1 主要意义

1.1.1 减少短路带来的风险

通过对火力发电机组中继电保护装置的运行进行准确有效地整定计算和设计，能够使发电机组实现高压侧三相短路保护及相间短路保护，一旦发生短路现象能在最短时间中切断故障部位线路，避免对机组整体的运行状态造成影响。另外，在现阶段的火电厂发电机组运行过程当中，常使用信号通讯方式对机组发生的接地故障以及短路故障进行预警，为进一步提升机组线路整体的稳定性与安全性，需要针对继电保护装置的整定进行全面优化，从而减少短路现象对发电机组运行产生的破坏，确保火电厂工作效率的不断进步。

1.1.2 避免机组运行异常

作为能源基础设施当中的重要组成部分，火力发电机组的安全运行对社会发展具有关键性作用，然而在其运行过程当中，内部自动调压器、励磁整流柜、发电机定子与转子、调压仪表等结构均可能会发生一定的异常或故障，从而影响机组的正常发电流程[1]。通过针对火电厂大型发电机组内部结构进行全面排查和梳理，结合机组各方面结构构建完善的继电保护措施，能够使技术人员针对机组内部元件发生的异常工况进行及时处理，有效减少机组异常运行产生的负面影响，从而进一步提高火电厂大型发电机组的运行效率。

1.2 基本原则

1.2.1 全面性原则

在火电厂机组内部所进行的整定计算与设计工作，不仅与火力发电系统的运行状态息息相关，同时还能够为火力发电机组后期的管理和维护提供关键性的信息参考与保障。另外，完备的继电保护措施还能够有效降低系统管理与运行过程当中产生的故障和问题，有效减少管理成本以及维护成本，从而使火电厂大型发电机组的工作与运行得以落到实处。在进行火电厂大型发电机组的整定设计与计算的过程当中，相关技术人员还应当认识到，由于机组内部的结构与元件较为复杂，相互之间的配合流程也存在着一定的差异，因此设计人员以及技术人员应当从更加宏观的角度针对继电保护的整定工作进行明确，慎重对待相应的改变措施，确保继电保护装置运行的安全有效。

1.2.2 连续性原则

在针对火电厂继电保护装置的运行进行整定的过程中还需遵循连续性的整定原则。火电厂大型发电机组的运行流程是相对固定的，因此在构建继电保护方案时也应明确梳理其基本运行流程和内容，从而确保发电机组运行的连续性，使继电保护整定值与相应的环节与流程进一步适应，使继电保护的价值和意义得到更加显著地展现。

1.2.3 针对性原则

不同的继电保护方案能应对的相关故障与异常也存在一定差异，因此应采取针对性的设计方案、针对差异化的故障内容进行处理，使继电保护措施与火电厂大型发电机组的运行过程相适应，提升机组整体的运行安全性与可靠性。

2 火力发电机组继电保护装置的常见故障

2.1 外部故障

是当前火电厂大型发电机组运行过程当中形成的首要故障类型，常见表现可能包括继电保护装置未进行及时复位、故障指示灯出现问题、继电保护器超过预定负荷出现过载现象以及绝缘器件失效等几种类型，这种故障受外界环境以及人为操作影响较为显著，因此需要针对性进行定期地保养和维护，确保火电厂大型发电设备运行的安全稳定。

2.2 内部故障

同样也是发电机组运行当中的关键性影响因素，在火电厂发电机组的运行过程当中，可能出现的内部故障类型分别包括因线路接触不良产生的熔敷现象、继电保护装置与发电机组运行不匹配产生的差拍现象、基本功能器件故障导致的功能障碍等，这类故障相较于外部故障产生原因更加复杂、解决难度更大、产生的后果也更加严重[2]。因此技术人员应当积极关注对继电保护装置的设计和利用，进一步降低内部故障造成的损失和影响。

2.3 干扰性故障

随着通信技术以及电子技术的快速发展，现代社会当中的电磁辐射环境愈加复杂，可能会给发电机组的运行产生一定的干扰现象，一些火电厂发电机组的继电保护装置受电磁干扰较为严重，导致产生信号误判甚至失去联系等故障现象，制约了继电保护装置的运行效率，同时还可能会给发电厂大型发电机组的运行产生一定的阻碍和影响。

3 优化继电保护整定设计并减少故障的措施

3.1 针对低压变压器继电保护进行分析与计算

要针对火电厂继电保护装置进行更加完善地整定与设计，有效减少故障产生的损失和威胁，设计人员以及技术人员需要针对发电厂内部低压变压器的继电保护过程进行整定分析与计算，进而确保定值计算的准确性以及有效性，提升继电保护流程的价值和意义。具体来说，相关设计人员以及技术人员可针对以下几方面内容采取措施。

首先是针对高压侧过电流保护进行整定和计算。在火电厂发电设备的运行过程当中，可能会出现一定的过流现象，不仅给发电线路当中的设备带来严重的威胁与负面影响，还可能会使继电保护装置产生越级和交叉现象，影响保护效果以及保护质量。因此针对高压侧过电流进行测算，能够为继电保护装置的设计与布置提供更加完善合理的信息参考，同时也能够推进热电厂大型发电机组运行效率的全方位提升[3]。

其次，应针对高压侧电流速断保护进行整定计算，为进一步降低线路短路给机组运行产生的影响，采用速断保护模式对整个高压侧电路进行保护同样也是继电保护装置的关键性组成部分，在采用速断保护模式针对电路进行防护的过程当中，其结构更加简单、保护成本更低，但很难针对整条线路进行全面防护，因此现阶段热电厂大型发电机组的继电保护装置与系统当中常见的速断保护机制多带有一定的时间限制，即在短路发生后的一定时长内采取速断措施，因此如何计算电流的动作时限已成为当下技术人员以及设计人员面对的关键性挑战。应结合低压侧三相短路故障、励磁涌流故障等多方面参数，针对动作电流的时限与灵敏度进行测算，并将其代入到计算公式当中，使电流速断保护模式与热电厂大型发电机组的运行保护需求得到进一步适应，提升机组继电保护系统的整体整定效果。

再次，需要针对机组运行过程当中的高压侧单相接地进行保护。在火电厂大型发电机组的运行过程中一旦出现短路，其低压侧母线即会出现大量级的不平衡电流，这些电流将会对整个发电系统以及火电厂电路造成严重的威胁和破坏，因此技术人员应当结合一次动作电流的整定值对二次保护过程当中所需求的相关参数进行换算和分析，使继电保护装置的灵敏度更加完善，从而为火电厂高压侧单相接地提供更加便捷有效地保护。

最后是针对线路低压侧中性点零序过电流进行继电保护整定值的测算。由于该系统流程中需特定断路器或脱扣器进行辅助，因此技术人员还应当针对相关元件当中的整定值进行核算，并结合整定时间明确动作电流的相关时间参数，从而使电路零序保护流程更加完善，避免继电保护系统出现交叉或冲突等现象。

3.2 对动力中心PC 以及电机控制中心MCC 进行整定计算

在热电厂的发电机组当中，需要按照差异化的机组负荷参数对电动机进行分类，并采用动力中心以及电机控制中心进行分别供电和管理，使热力发电厂内部发电机组的运行状态更加完善，从而有效提升机组管理和运行效率。而在动力中心以及电机控制中心的供电运行过程当中，同样也需要继电保护装置进行针对性地保护，避免因电流负荷给供电过程带来更加严重的威胁与隐患。

首先，技术人员应当针对PCA、PCB 段进线的延时保护过程进行整定计算，结合其线路内部的正常工作电流，能够得出PCA、PCB 段进线的额定电流，使继电保护装置能够根据额定电流对断路器的报警阈值进行设计，一旦线路负荷超出继电保护装置的阈值，则能够自动联动断路器将供电切断，从而确保整个发电机组得到更加高质量地保护。在此基础上，技术人员以及设计人员还应当认识到，即时的断路保护可能会对线路运行以及相关发电设备产生一定的危害，因此技术人员应当在整定过程当中对断路延时进行确定，从而避免电动机受到额外的负担与威胁。

另外，基于电机控制中心MCC 供电模块的继电保护装置，设计人员同样也应当结合MCC 的额定电压、额定容量、TA 变比以及额定电流对其正常工作电流以及断路保护阈值进行测算，使断路器能够更加快速地对线路当中可能产生的隐患和风险进行有效处置，提升继电保护装置对火电厂大型发电机组整体线路的保护力度[4]。在针对动力中心PC以及电机控制中心MCC 进行继电保护的优化设计与计算过程当中，相关设计人员以及技术人员还应当遵循以下方面技术原则。

首先是因地制宜的原则。由于不同类型发电机组以及发电设备的运行规程以及要求具有一定的差异与不同，因此技术人员应当在了解设备运行要求后再行针对继电保护系统进行优化与整定，从而使不同类型的发电装置以及发电设备都能够得到更加全面的保护；其次是分情况讨论原则。在针对火电厂发电机组进行继电保护的设计过程当中，需要结合动作时限对长延时保护以及短延时保护两种情况进行具体分析，使保护效果得到进一步展现。

3.3 对低压电动机负荷进行整定计算

在火电厂大型发电机组的运行工作过程当中，由于其涉及到的设备内容较为丰富，因此其用电负荷类型极为多元，相互之间的差异也极为显著，如何确保继电保护机制的可行性与合理性也是技术人员应当关注的重点问题。现阶段火力发电厂当中常见的低压电动机负荷类型包括高压泵、淡水泵、过滤器、加酸装置、配电箱、计量泵、起重机等，这些负荷设备大多由电动机控制中心也即MCC 进行控制和管理，在传统的继电保护模式下，为有效降低系统运行风险，缩减电动机负荷管理成本，大多采用一次性断路设备进行保护，然而这种保护装置的保护效果较为有限。

随着技术水平的逐渐发展与突破，针对火力发电厂大型发电机组的继电保护措施逐渐转向了智能保护方向，采用电流、电压传感器针对发电机组的运行状态进行立体化监控和测量，并依据技术人员预先设定的相关阈值智能化采取措施对整个系统进行控制与保护，使发电机组继电保护流程更加完善。在采用智能化继电保护模式对线路进行保护的过程当中，技术人员同样需要针对其动作电流额度、动作延时时长进行整定和计算，使智能化继电保护网络与发电机组之间的适应性得到充分提升，推动继电保护效果的进一步显现。

作为当下我国能源结构当中的关键性组成部分，如何确保火电厂大型发电设备的运行安全性与稳定性已成为技术人员关注的焦点。相关技术人员应当结合发电机组的运行特点以及风险故障类型进行系统性分析，从而使继电保护装置的整定方案与机组运行更加匹配，推动火力发电领域的快速发展。