為什么要對繼電保護裝置改造

【專家解說】：1繼電保護裝置更新的必要性 繼電保護及安全自動裝置在電力系統(tǒng)中擔負著快速切除故障點，減小事故范圍的重要任務，是電力系統(tǒng)不可分割的重要組成部分。由于建站時間早，三門峽水電廠的繼電保護裝置大多為前蘇聯(lián)、阿城繼電器廠和許昌繼電器廠的電磁型保護，雖然在八十年代末九十年代初對部分保護裝置進行過更新改造，例如將110KV線路保護由電磁型保護更新為“四統(tǒng)一”晶體管保護，后來又將三鋁線的晶體管保護更新為南自廠的WXB-01型線路微機保護，但因為大多數(shù)繼電保護裝置運行時間都在十年以上，隨著設備運行時間的增加，設備各項技術性能指標逐步下降，保護拒動、誤動的情況時有發(fā)生，嚴重影響了水電廠的安全、優(yōu)質、高效運行。 進入90年代中后期，隨著國內少人值班水電廠的出現(xiàn)，三門峽水電廠也加快了綜合自動化改造的步伐，這就要求繼電保護裝置在滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動性的前提下，還應具有組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信的能力。因此，做為水電廠綜合自動化改造工程的一部分，也為了要提高繼電保護裝置的安全可靠性，三門峽水電廠從1995年開始有計劃、有步驟地對廠內的繼電保護裝置進行更新改造。 2更新改造的原則 確立正確的改造原則是改造成功的關鍵。三門峽水電廠第一臺微機型保護裝置1991年底應用于三鋁線，1993年又將三高線保護由晶體管保護裝置更新為微機型保護裝置，為繼電保護裝置更新改造積累了經(jīng)驗，逐步確立了繼電保護設備更新改造原則，1995年三門峽水電廠開始綜合自動化改造后，率先建立了機組計算機監(jiān)控系統(tǒng)，使繼電保護裝置的改造原則更加明確。隨著設備更新改造步伐的加快，現(xiàn)在已明確確立了以下改造原則: (1)經(jīng)過改造，提高站內繼電保護裝置的可靠性。 (2)對保護配置不完整的設備，進行保護配置的完善和優(yōu)化。 (3)保護裝置應具有組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通訊的能力。 (4)在保證保護裝置各項技術指標最優(yōu)的前提下，盡可能降低更新成本，即達到最佳性價比。 改造原則的確立使繼電保護裝置更新改造效果良好，例如主變壓器繼電保護設備通過更新改造，增加了零序間隙保護、斷路器失靈起動功能、零序選跳功能后，使保護配置更加完善合理，也進一步提高了保護動作的可靠性。 3繼電保護裝置的選型原則 繼電保護裝置的正確選型，有利于設備的規(guī)范化管理，適應水電廠綜合自動化改造及以后計算機監(jiān)控系統(tǒng)完善的需要。以下是三門峽水電廠繼電保護裝置更新選型的原則: (1)所選保護裝置，應具有成熟的技術和很高的安全可靠性，符合電力系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置反事故措施的有關規(guī)定，經(jīng)現(xiàn)場運行表明其性能指標均達到要求的微機型設備。 (2)保護配置除應滿足實際需要外，還應符合DL400-91《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》中對電力設備保護配置的有關規(guī)定。 (3)所選保護裝置除必須滿足規(guī)程要求并結合現(xiàn)有相關設備的技術要求外，還應兼顧保護技術的發(fā)展、升級、組網(wǎng)功能的需要，在對具有一定技術實力并有完整質量保證體系和完整的售后服務的多個生產(chǎn)廠家進行技術經(jīng)濟對比后，選擇具有較高性價比、便于運行和維護的產(chǎn)品作為選型目標。 (4)同一類設備的保護裝置型號應盡量統(tǒng)一，以利于設備維護和安全運行，也便于綜合管理。 4保護裝置的更新改造 4.1發(fā)電機保護裝置的更新 三門峽水電廠1~5#發(fā)電機繼電保護裝置原為晶體管保護，使用年限已超過10年，裝置老化比較嚴重，維護周期縮短，保護誤動現(xiàn)象時有發(fā)生，例如2#發(fā)電機失磁保護就曾因該保護裝置背板焊接線脫落導致失磁保護誤動。6、7#發(fā)電機保護在1994年和1997年擴裝機組時采用了集成電路保護，經(jīng)過近10年的運行，6#機保護電源掉電后在直流電源恢復時不能自啟動、7#機縱差保護多次發(fā)生因定值撥輪接觸不良而造成速斷閉鎖誤發(fā)信號等問題的存在成為提高保護裝置可靠性的瓶頸。 為解決這一問題，保護裝置的更新改造隨機組監(jiān)控自動化改造同步進行。3#機保護于1995年更新，當時發(fā)電機微機保護裝置剛開始應用，使用效果不易確定，因而選擇了生產(chǎn)、應用處于主導地位的集成電路保護;隨著發(fā)電機微機保護在國內各使用單位的逐步推廣應用，經(jīng)過市場調研和技術論證，發(fā)電機微機保護裝置首先在4#機運用，其可靠性高、安裝調試簡單、運行維護方便、可與計算機監(jiān)控系統(tǒng)通信等優(yōu)點是集成電路保護無法與之相比的，所以在此后更新的5#、1#、2#、6#、7#機保護也都采用了微機型保護。3#機的集成電路保護也擬于近兩年內更新為微機保護。更新后的保護裝置可靠性大為提高，微機保護還有簡單的事故分析能力，并可通過通訊接口實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的通訊。 4.2變壓器保護裝置的更新 1~4#主變壓器保護是前蘇聯(lián)及阿城繼電器廠的電磁型保護，已運行了二十余年，一方面繼電器的各項性能指標下降，備品、備件短缺，保護裝置的動作可靠性降低，影響了主變壓器的安全運行，另一方面保護配置不完整，落實“反措”困難，也不利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在完善保護配置的思想指導下及市場調研的基礎上，經(jīng)過招標，將3#、4#主變壓器保護更新為微機型變壓器保護裝置。因2#主變壓器于2002年8月遭雷擊，絕緣損壞而予以更新，相應保護裝置的更新隨變壓器的更新同時進行，2#主變壓器保護也選用了微機型保護。1#主變壓器保護裝置更新做為1~3FB更新改造項目的有機組成部分，在1#主變更新、相應電氣主結線更改過程中，已將1#主變、廠用11#和12#變壓器保護由電磁型保護更新為微機保護。3#主變壓器微機保護作為三門峽水電廠第一臺主變壓器微機保護，自2003年1月投運以來，運行情況良好，保護裝置具有較為完善的人機交互界面，可存儲多套保護定值，使運行、維護工作更為便捷。因為在1~3FB更新改造工作中，將由1#主變取代3#主變作為聯(lián)絡變，3#主變退出運行，因此將原3#主變壓器微機保護裝置經(jīng)過改造成為1#主變壓器微機保護裝置。2006年3月，1#主變、廠用11#和12#變壓器微機保護已全部投入運行。 6、7#主變壓器保護采用了當時應用較為廣泛的集成電路保護，隨著運行年限的增加，保護裝置在硬件上的不足多次引發(fā)了保護的誤動，如6#主變保護曾因抗干擾能力差，發(fā)生過兩次差動保護誤動跳閘，7#主變差動保護曾因定值撥輪接觸不良而造成保護誤動跳閘，檢修人員采用將控制電纜更換為屏蔽電纜、短接定值撥輪內部電阻的方法基本解決了差動保護誤動的問題，保證了主保護的安全可靠性。但由于設計、制造上的原因，整套保護裝置的可靠性仍不太高，經(jīng)常出現(xiàn)6號變壓器負序方向保護、7#變壓器非全相保護誤發(fā)信號的情況，無法解決。并且6#、7#發(fā)電機出口開關遮斷容量不足，7#機出口開關曾發(fā)生過爆炸，為徹底解決電氣一、二次設備存在的問題，于2004年對相應單元的一次設備進行改造，將6#發(fā)電機變壓器、7#發(fā)電機變壓器間隔的一次接線方式由單元接線改為發(fā)變組接線，拆除了發(fā)電機出口開關，發(fā)電機和變壓器原來的集成電路保護隨之更新為發(fā)變組微機保護。 4.3線路保護裝置的更新 三門峽水電廠的微機保護最早應用于三鋁線，現(xiàn)在三高線、三虢線、三22旁開關、三鋁線、Ⅰ虢水線、Ⅱ虢水線、及三11旁開關已全部使用了微機保護。微機型線路保護與原來的“四統(tǒng)一”晶體管線路保護相比，具有調試、維護方便，能記錄故障信息便于事故分析，提供故障距離以利于故障點的查找等優(yōu)點，由于微機保護的定檢周期較長，進行定值修改、保護定檢、事故處理等而需要停電的時間縮短，直接提高了發(fā)電經(jīng)濟效益。 4.4母線保護的更新 母線故障是最嚴重的電氣故障之一，母線保護是正確迅速切除母線故障的重要手段，它的拒動或誤動將給電力系統(tǒng)帶來嚴重危害。三門峽水電廠原來的110KV母線保護采用的是前蘇聯(lián)生產(chǎn)的電磁型保護裝置，已運行了二十多年，現(xiàn)已屬淘汰設備，在運行中存在著繼電器元件性能降低，備品、備件短缺，檢修維護困難，裝置動作可靠性差等問題，影響了母線的安全運行，已于2003年底更新為微機型母線保護裝置。 三門峽水電廠在擴裝了6、7號機之后，220KV系統(tǒng)增加了兩臺變壓器(6、7#主變壓器)和一條出線(三虢線)，原有的電磁型母線保護已不能很好地滿足使用要求且存在死區(qū)，而于1997年更新為南自廠的JCMZ-101型中阻抗集成電路母線保護。中阻抗母線保護具有對電流互感器無特殊要求，220KV系統(tǒng)變比不同的電流互感器均可接入該裝置;安全可靠性較高，速動性較好等優(yōu)點，它與220KV斷路器失靈保護有機結合較好地解決了母線保護存在死區(qū)的問題。但隨著該套保護裝置運行時間的延長，集成電路保護固有的硬件問題也不斷暴露，在2005年5月220KV母線保護定檢工作中，發(fā)現(xiàn)定值撥輪接觸電阻阻值增大導致保護定值有較大偏差，母差電流回路切換繼電器接電接觸不良造成母差保護拒動。這些問題的存在，將直接導致繼電保護裝置正確動作率的大幅度下降，威脅電力系統(tǒng)的安全，因此，220KV母線保護擬于2006年更新。 4.5故障錄波器的更新 110KV及220KV故障錄波器均在1994年進行過更新改造，但因為是微機型故障錄波器的早期產(chǎn)品，在運行過程中存在的問題較多:如實時時鐘計時系統(tǒng)誤差過大，不利于事故分析;打印故障信息報告的繪圖機不能長期通電進行故障信息報告的實時打印，否則極易損壞;存儲錄波數(shù)據(jù)的5吋低密軟盤現(xiàn)在無處購買，設備維護困難;裝置不具有數(shù)據(jù)遠傳功能，且錄波通道的數(shù)量不足等，嚴重影響了對電力系統(tǒng)事故的正確、及時分析。為此經(jīng)過技術論證，于2001年將220KV故障錄波器由一臺煙臺奧特公司生產(chǎn)的GLQ-2型微機故障錄波器更新為兩臺南京銀山電子有限公司生產(chǎn)的YS-8A型微機故障錄波器，2004年底將110KV故障錄波器由一臺GLQ-2型微機故障錄波器更新為一臺武漢中元華電科技有限公司的ZH-2型微機故障錄波器，裝置投運后，經(jīng)過多次電力系統(tǒng)沖擊、7號主變壓器保護誤動、5號發(fā)電機保護動作、三鋁線線保護動作等的考驗，新錄波器數(shù)據(jù)記錄完整，錄波正確率達到100，為迅速判斷事故原因、分析保護裝置的動作行為提供了依據(jù)，證明故障錄波器的更新是成功的。 4.6廠用電6KV保護裝置的更新 廠用電6KV系統(tǒng)一方面為水電廠電力生產(chǎn)提供廠用電電源，另一方面還是三門峽水利樞紐防汛設施的主要電源，其開關柜系前蘇聯(lián)六十年代生產(chǎn)的抽出式小車開關，斷路器采用少油斷路器，保護裝置屬于電磁型保護。由于開關柜內開關連桿轉動部分軸承磨損嚴重導致開關經(jīng)常出現(xiàn)慢分現(xiàn)象，SK接點過度磨損造成斷路器輔助觸點接觸不良影響斷路器的正常分合，加上開關柜沒有完善的“五防”閉鎖措施，備品備件極難購買，嚴重影響設備的安全運行與維護，因此，廠用電6KV系統(tǒng)開關柜于2003年全部更新，并完善了6KV系統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)，更新后的開關柜采用了SEL型微機保護綜合裝置。該微機型保護裝置可準確記錄斷路器動作時間、故障類型及短路電流，便于運行人員準確、快速判斷故障原因，及時采取應對措施。 4.7專業(yè)人員的技術培訓 原有的電磁型保護、晶體管保護更新為微機型保護后，保護邏輯功能越來越多是由軟件編程來實現(xiàn)的，整個保護裝置可以看作是一套終端，一套綜合裝置，其數(shù)據(jù)采集、延時、邏輯、出口已不再象電磁型保護、晶體管保護那樣由單個的繼電器組成，因此繼電保護裝置的調試、維護方法有了很大改變。而保護裝置正確動作率的提高與保護人員技術水平的提高是成正比例的，所以專業(yè)人員的技術培訓有必要與設備更新改造工作同步進行。我們采用外派人員參與設備的出廠調試、請生產(chǎn)廠家的技術人員到現(xiàn)場結合實際設備進行技術講解、參加生產(chǎn)廠家舉辦的新設備、新產(chǎn)品技術培訓班、購買錄像帶等方法進行專業(yè)人員的技術培訓，以老帶新，注重專業(yè)人才的梯隊培養(yǎng)，經(jīng)過實踐證明，對專業(yè)人員的業(yè)務水平提高有很大的促進作用，也為電廠的持續(xù)發(fā)展儲備了人才。