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水力发电中微机继电保护的应用李明佶 摘要：我国电力系统当中应用微型计算机设备开展系统的继电保护工作最早可以追溯至上世纪六七十年代。在这一时期，我国刚刚引入了微信计算机技术，但是受到继电保护系统自身运行特性和计算机技术的限制，电力系统采用的微机、处理机无法在电路集成方面为电力系统提供更有效的帮助。随着技术发展和应用需求，微机技术下继电保护开始得到广泛应用，其中水力发电当中，微机继电保护的应用效果十分明显。 关键词：水力发电；微机继电保护；应用 引言：现阶段广泛应用于水力发电系统当中的微机继电保护系统装置具有高精度和远程操控能力，在实践当中能够结合水力发电系统不同层面的应用需求形成不同的保护方式和故障处理策略，从而提高继电保护的可靠性。相较于常规继电保护方式，更具应用价值。 1.水力发电系统中继电保护的功能要求 1.1故障问题警报功能 在水力发电过程中，一旦管理人员无法做出第一时间的系统内部故障判断，就会造成故障问题的扩大化和持续恶化，除了会造成大面积的设备故障之外，更严重的还会造成对于工作人员的人身安全威胁，酿成悲剧。因此在系统内部设备发生运行故障时，应当由继电保护装置第一时间发出故障警报。与常规火电厂不同，水力发电系统设施受到环境影响严重，内部结构出现异常，就会导致潜在故障威胁。继电保护系统需要能够针对发电系统设备的运行状态进行实时分析，从而完成运行监控。 1.2故障装置跳闸功能 水利发电系统当中出现的系统设备故障，往往表现为突发性的电路故障。这种故障在出现之前和出现之后，系统运行状态会表现显出明显的异常，可被继电保护系统监测获取。为了能够对故障事态进行控制，第一时间遏制故障问题的蔓延，继电保护系统除了需要及时做出报警之外，还需要具备瞬时跳闸功能，利用及时的跳闸，短时间内完成故障隔离，并将已发生故障设备的及时退出隔断，避免其对正常运行设备造成影响，最终实现对于故障范围的有效控制，提高水力发电系统的整体安全。 2.常规水力发电系统级电保护方式存在的问题 2.1经济性不足 水力发电系统当中常规继电保护设备的单套设备价格较为昂贵，同时在具体应用层面，由于需要勘测点数量较多，导致勘测系统数量也需要响应增加，因此在实际采购的设备过程中，缺乏经济性。此外，常规继电保护设备在实际使用过程中，容易出现错误和漏洞，因此运行中还需要增加人工成本和维修成本。 2.2应用价值不高 常规继电保护装置的功能性十分单一，在进行动态数据测量时，需要依靠复杂的表计设备来获取数据，工作人员在进行数据获取需要进行实地抄表，而无法进行远程调试和监控，导致耗时耗力。此外，水力发电系统当中存在体积大、占地空间大等问题，导致水电厂空间资源受限，影响运行效率。 3.水力发电微机继电保护的使用方法 3.1水力发电微机继电保护常见的类型 目前在电力系统当中获得一致认可并能够得到广泛应用的微机继电保护装置主要可以分为主保护和后备保护两种类型。其中主保护方式是国外水力发电厂常见的保护方式，微机继电保护装置在具体应用中主要通过二次谐波制动方式完成电力系统控制，从而借助比率差动实现保护。而在国内，两种保护方式根据具体水电厂建设方式，需进行合理选择。其中主保护方式主要采用间段角保护和二次谐波制动保护相结合的保护方式，在系统之中通过波形对称，完成精准度的提升。部分地区主保护和后备保护同时实现，主要由于其变压器自身的电压标准相对较低，可以采用同时保护措施，而前文所论述的主保护方式并不包含后备保护，后备保护通常集成于独立变压器内部，这种模式应用范围十分广泛[1]。 3.2水力发电微机继电保护的装置构成 目前我国应用于水电厂的主保护微机继电保护装置大部分采用进口装置，这类装置能够满足水电厂发电系统的继电保护精度要求。本文在对某水电厂进行调研中，总结了常见的微机继电保护装置的构成规律和装置类型。为了能够满足微机装置人机交互功能，微机继电保护通常具备大屏幕液晶显示屏幕，屏幕一般可以进行按键操作，工作人员可以借助八个按键对屏幕当中15×8的菜单式汉字显示进行操作。装置系统当中的显示信息和打印信息内容则由单独的CPU进行控制。该CPU独立于主运算CPU之外，只进行数据信息的展示，因此可以大幅度提升主运算CPU的处理速度。内容显示要求CPU需要进行代码通讯，从而达到更快的速度和更全面的显示内容。系统内部的跳闸装置，由系统内部的控制整定来完成操控，为了保证保护配置具有灵活性，整定操作中的整定值以十进制制度进行显示，而在上电时，则利用三取二的方式进行校验，并完成自我修改。而在正常运行状态之下，整定值需要进行随机的自我检查，并通过复制、永久保存的方式，进行日志统计。 3.3水力发电微机继电保护处理的故障类型 目前应用于水电厂的微机继电保护系统装置，在进行系统保护时，面临的故障来源主要来自于发电机系统故障和母线装置故障了两个方面。首先，水力发电厂所采用的发电机，在进行水电生产和运作当中容易发生诸如短路、停机等故障。微机继电保护系统需要在故障发生之前，对发电机运行状态是否存在异常进行判断，并根据故障特征和异常方式，实现保护动作。常见的保护动作包括解列灭磁、减出力以及程序跳闸、光信号等。其中解列灭磁要求继电保护装置能够第一时间完成发电机断路器的断开，同时完成水轮导水翼的关闭，实现瞬时灭磁；减出力则是通过系统控制手段，对原发电机的出力范围进行限制，将其出力大小缩减至给定值范围之内，避免故障问题和故障态势的进一步扩大[2]；程序跳闸则要求继电保护装置能够对水轮发电机进行迅速的关闭出力，并将导水翼停靠于空载位置之上。随后断路器开关的跳开，完成快速灭磁；则是系统报警装置的应用策略，要求继电保护装置能够在第一时间完成快速的信号报警。其次，母线装置作为水电厂的电能分配枢纽，其故障问题的产生影响更为剧烈。在故障发生之后，发电厂中的电气设备将会受到严重损坏，连接于母线的元件修复周期十分漫长，并且会导致大范围的停电。因此微机继电保护系统需要为母线装置安装单独的保护设备，以保证故障发生时，能够完成及时的故障隔离处理。微机继电保护系统之中，水电厂母线保护措施根据母线出线状态的不同，可以分为单母线保护和双母线保护两种类型。其中单母线保护由于出线回路较少，一般借助差动保护模式对其进行保护，这种保护方式需要进行三相式连接，并且保证继电器能够充当起动元件，利用符合电压闭锁，在回路出口完成故障隔离；双母线接线方式主要应用于地区枢纽变电所当中，用以进行与多回路出线发电厂的连接，因此在微机继电保护装置方面，通常设置为固定连接方式下的差动保护。其中母线相位比较保护、相位比较差保护两种方式，是目前固定连接差动保护中主要应用策略[3]。 结论： 简而言之，借助微型计算机技术对水力发电进行级电保护，是目前发电系统当中主要采取的继电保护方案，相较于以往常规继电保护措施，更符合水力发电运行特征。本文首先对水利发电当中微机继电保护的主要应用策略进行了综合分析，同时总结了常规继电保护方式存在的问题，最后对具体的水力发电系统中微机继电保护的应用方式进行归纳。 参考文献： [1]邓天涛.微机继电保护在水力发电中的应用[J].科学技术创新,2018(26). [2]孙金丽.微机继电保护在水力发电中的应用[J].大科技,2018(28). 本文来源：https://www.dywdw.cn/0789928981c4bb4cf7ec4afe04a1b0717fd5b3b3.html
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2022-03-25
