浅谈电气二次及继电保护
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作者: 骆磊
摘要：文章讨论了发电机内部故障计算分析, 跟着分析了励磁变压器的选择、电气二次设备状态检修、SFC 的谐波问题及对策。
关键词：电气二次；继电保护；励磁变压器；电气二次设备；电磁型保护
中图分类号：TM77文献标识码:A
1 发电机内部故障计算分析
在发电机制造商对发电机绕组结构和电磁参数设计完成后, 针对发电机定子为 5 分支绕组的结构特点, 委托不同的科研单位对发电机在内部各种故障情况下的短路电流进行计算, 并对各种保护方案在不同故障情况下的灵敏度进行分析比较, 为发电机定子分支绕组在中性点侧的引出方式的确定、保护用电流互感器的参数和型式选择以及继电保护方案的正确配置提供科学依据。在保护子系统 A中配置完全纵差保护( 87G) 和裂相保护( 87GUP) ,机端电流互感器 TA变比为 30000/1A, 并对裂相保护( 87GUP) 在发电机定子中性点侧的每相分支按 1-2-3 分支和 4-5 分支进行分组, 在两组引出线上均设 TA, 前者 TA 变比为 18000/1A, 后者 TA 变比为 12000/IA; 在子系统 B 中配置不平衡保护( 60G) , 其电流互感器 TA接于发电机的两个中性点之间, 变比为 500/1A。除上述发电机主保护外, 还包括定子接地故障、机组异常运行状态、主变压器保护、厂用变压器保护、励磁变压器保护以及非电量的保护。发电机一变压器组的绝大多数保护采用了冗余配置,
2 励磁变压器的选择
由于励磁变压器副边可控硅换流原因, 阳极回路会有 3、5、7、9、11 等奇次谐波。为消除 3、9 次谐波的影响, 通常将励磁变压器的副边接成三角形, 以减少谐波对励磁变压器引起的发热、震动等危害。以往在励磁变压器容量选择时, 为了克服上述高次谐波对励磁变压器的影响, 不同的励磁设备生产厂家通常留有不同的容量裕度( 据介绍如 SIE№ NS 公司 15%、ABB 公司为20%) 。另外, 在设计时应考虑采用低损耗矽钢片和设计磁密取低一些等办法来克服不利影响。但磁谐波对变压器容量选择的影响从未做过定量分析, 为此, 通过与国内制造厂和科研单位合作对励磁变压器谐波影响进行定量分析研究, 即考虑谐波影响后, 实际满载时的电流值应按 1.15 倍基波工频电流考虑。另外, 励磁变压器的绝缘等级问题。目前, 国内外通常选用 F 级绝缘、允许温升 80K和 H 级绝缘、允许温升 80K两种。工程设计中如何确定一直是人们争论的热点, 这里主要是一个综合经济比较问题, 如果励磁变压器容量裕度较大, 系统要求的强励顶值倍数不高, 且限制运行温升不超过规定值, 选择前者绝缘等级也是可以的。否则, 应选择后者较为稳妥。在国外进口的产品中曾出现过超规定温升运行的事例。如清江隔河岩电站的励磁变为 H 级绝缘、允许温升 80K。但在实际运行中的温升为 100K左右。
3 电气二次设备状态检修
电气设备根据功能不同, 可分为一次设备和二次设备。电气二次设备主要包括继电保护、自动装置、故障录波、就地监控和远动。它们正常可靠的运行是保障电网稳定和电力设备安全的基本要求。在实际运行中因电气二次设备造成的系统故障时有发生, 保护不正确动作的原因涉及到保护人员、运行人员、设计部门、制造部门、自然灾害, 还有其他不明原因。随着微机在继电保护及自动装置的广泛应用, 继电保护的可靠性、定值整定的灵活性大大提高,依据传统的《继电保护及电网安全自动装置检验条例》来维护电气二次设备,显然不合时宜。而一次设备状态检修的推广、线路不停电检修技术的应用, 因检修设备而导致的停电时间将越来越短。这对电气二次设备检修提出了新的要求, 因此, 电气二次设备在检修体制、检修方法及检验项目、制定检修周期等方面需要改变, 实行电气二次设备状态检修, 可保证二次设备的可靠运行,以适应电力发展的需要。电气二次设备状态检修是通过设备状态监测技术和设备自诊断技术, 结合二次设备运行和检修历史资料, 对二次设备状态作出正确评价, 根据状态评价结果, 科学安排检修时间和检修项目。由于大量微电子元件、高集成电路在电气二次设备中的广泛应用, 电气二次设备对电磁干扰越来越敏感, 极易受到电磁干扰。电磁波对二次设备干扰造成采样信号失真、自动装置异常、保护误动或拒动, 甚至元件损坏。
国际电工委员会( IEC) 及国内有关部门对继电保护制定了电磁兼容( EMC) 标准。但目前, 对现场电磁环境的监测、管理没有纳入检修范围。也没有合适的监测手段。对二次设备进行电磁兼容性考核试验是二次设备状态检修的一项很重要的工作。对不同厂站的干扰源、耦合途径、敏感器件要进行监测、管理。
4 SFC的谐波问题及对策
变频起动装置作为电网的非线性负荷, 必然产生高次谐波, 对系统造成一定的污染, 对厂用电也有一些影响。但是, 变频起动装置是一种短时工作的设备, 它对系统的污染和对厂用电的影响是短时的, 不应该按照对连续运行的谐波源的限制条件来对它提出要求。近几年来, 由于对电能质量国家标准的错误理解, 国内在确定变频起动装置的技术条件时往往提出过于苛刻的要求, 造成大部分国内电站的 SFC均设置 5、7、11、13、15、17 次等高次谐波滤波器, 不仅增加了成本, 而且增加了地下洞室的开挖量。深入的研究已经证明,电站消除谐波污染的关键是合理选择接线方式, 只要接线合理( 增大高压厂用变压器与 SFC的电气距离、设置输入变压器或隔离变压器等) 就不会对系统和厂用电造成影响, 高次谐波滤波器完全不必装设。
5 电磁型保护和集成型保护
5.1 电磁型保护。电磁型保护是模拟式保护的一种, 主要用于中小型机组、变压器、低压线路等, 其保护构成以单元件继电器为主( 如过流继电器, 它直接反映电流互感器二次电流有效值的大小而动作) , 故而保护简单、可靠。其磁动系统经多年实际运行, 在现场实际运行中, 积累了丰富的经验。只要坚持定期校验, 严把整定、调度关, 其动作性能就能够满足设计和整定要求。
5.2 集成型保护。集成型保护也是模拟式保护的一种, 并随着系统容量的增大对保护提出了更高的要求, 构成电路也趋于复杂, 以实现复杂的保护逻辑。由于集成电路保护其构成逻辑靠硬件电路来实现, 对构成元件的质量要求很高.抗干扰性能、电源质量都要经受住现场复杂电磁环境的考验。实践证明,尽管集成电路保护依据的原理十分先进, 功能比较齐全。但由于元器件本身质量不过关。抗干扰性能差, 尤其是国产化工艺水平低, 注定了它在一投入生产就出现频繁误动、发异常信号等现象。又由于其调试复杂, 要求现场人员理论、操作水平相对较高。
总结
安全生产是电力企业的永恒主题, 继电保护是确保电网安全运行的关键环节。如何防止和杜绝继电保护及安全自动装置的不正确动作, 防止事故发生和扩大, 确保电网安全运行, 是继电保护专业人员为之努力的工作目标, 也是各单位所面临的、时刻不容掉以轻心的一项重要工作。随着电力科技含量不断提高, 保护装置不断地更新换代, 要保证电网安全稳定运行, 必须不断提高管理水平, 完善继电保护相关管理制度, 加大人员培训力度, 增强继保人员的工作责任心, 变被动管理为主动管理, 才能防患于未然。
参考文献
[1] 吴刚，涂宁，周强，邹来勇.构皮滩水电站电气二次设计.人民长江，2006年3期.
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