对水电站继电保护装置分析

摘要：继电保护装置是关系到电网安全稳定运行的重要设备，是电力系统不可缺少的重要组成部分，是电网安全稳定运行的第三道防线，对保证系统安全运行、保障电能质量、防止事故的发生和故障的扩大都有着非常重要的作用。本文对水电站继电保护及自动化装置可靠性特征等进行了初步的研究。

关键词：水电站继电保护装置分析

1概况

继电保护装置是由若干个继电器构成的,当电力系统中的电力原件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时,能够向运行值班人员及时发出警告信号,或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。在水电站中,发电机、变压器输电线路等重要电气设备均装有各种专门的继电保护装置。

2继电保护的基本任务

(1)有选择性地将故障元件从电力系统中快速、自动地切除,使其损坏程度减至最轻,并保证最大限度地迅速恢复无故障部分的正常运行。同时,使故障设备免遭继续破坏,并发出相应的事故音响和光字信号。

(2)当设备出现不正常运行状态时,继电保护装置应发出相应的预告音响和光字信号,引起运行人员注意,使运行人员能及时采取措施,消除不正常运行状态,尽快恢复正常运行。

(3)依据实际情况,尽快自动恢复停电部分的供电。

3继电保护的基本原理

继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化,构成继电保护动作的原理,也有其他的物理量,如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。依据反映的物理量的不同,保护装置可以构成各种原理的保护。

(1)反映电气量的保护。电力系统发生故障时,通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值(阻抗)和它们之间的相位角改变等现象。因此,在被保护元件的一端装设的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数和正常运行时的差别,就可以构成各种不同原理的继电保护装置。

(2)反映非电气量的保护。如反应温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的瓦斯保护、温度保护等。继电保护相当于一种在线的开环的自动控制装置,根据控制过程信号性质的不同,可以分模拟型(它又分为机电型和静态型)和数字型两大类。对于常规的模拟继电保护装置,一般包括测量部件、逻辑部件和执行部件。测量部分从被保护对象输入有关信号,再与给定的整定值比较,以判断是否发生故障或不正常运行状态；逻辑部分依据测量部分输出量的性质、出现的顺序或其组合,进行逻辑判断,以确定保护是否应该动作；执行部分依据前面环节判断得出的结果予以执行:跳闸或发信号。

4继电保护的基本要求

继电保护应能及时、正确地完成所承担的任务,就必须具有可靠性、选择性、灵敏性和速动性,这就是继电保护的基本要求。这四“性”之间紧密联系,既矛盾又统一。

(1)可靠性是继电保护装置在一定条件下及规定时间内完成预定功能的能力。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。为了提高保护装置工作的可靠性,必须注意以下几方面①保护装置应该采用质量高,动作可靠的继电器和元件；②保护装置的接线应尽可能地简化,尽量减少继电器及其串联触点数目；③提高保护装置的安装和调试质量,并加强经常性的运行维护管理。

(2)选择性首先由故障设备或线路本身的保护切除故障,当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时才允许由相临设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相临设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件(如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件)的选择性,其灵敏系数及动作时间,在一般情况下应相互配合。

(3)灵敏、灵敏性是继电保护装置对其保护范围内的电气设备可能发生的故障和不正常运行状态的反应能力。为了使保护装置在系统发生故障时起到保护作用,要求保护装置在电力系统各种运行方式下都应具有足够的灵敏度。一般用灵敏系数来表示继电保护装置的灵敏程度。如果保护装置的灵敏系数达不到要求,则保护装置就不能可靠动作,或使保护范围缩小。

(4)速动性保护装置应尽快地切除短路故障,其目的是提高系统稳定性,减轻故障设备和线路的损坏程度,缩小故障波及范围,提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬间时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。快速切断故障后的好处有: ①可以减轻短路电流对电气设备造成的损失程度；②可以加快电力系统电压的恢复过程,为电动机的自启动创造有利条件；③可以提高发电机并列运行和电力系统并列运行的稳定性；④短路点处的电弧容易熄灭,可以防止故障的扩展,提高自动重合闸的成功率。常用的油断路器的跳闸时间为0.1～0.15s,真空断路器的跳闸时间为0.05～0.08s。保护装置最快的动作时间可达0.02～0.04s。

5继电保护在水电站工程中的应用

继电保护系统由于本身所处工作环境的原因，以及对于水电站系统的重要性，我们应该尽量避免继电保护系统发生故障，但是一旦继电保护系统发生故障时，这时继电保护故障处理系统就开始发挥其再要作用了。

⑴故障信息处理系统的可行性分析

在水电站综合自动化系统中，各种类型的保护装置的故障报告提供了故障发生时保护装置记录的状态信息，包括故障发生时刻、重合闸情况、故障类型、故障时各通道模拟量的有效值、断路器跳闸情况、保护元件启动、返回时间等；而故障录波器提供了故障时的电压、电流波形。电力系统技术人员可以根据装置记录的信息判断发生故障元件，并且通过对故障波形的分析计算，根据整定值和保护原理验证故障报告提供的信息，从而进一步判断保护动作行为的正确性。

⑵故障信息的分层诊断

电力系统为了有效的提高诊断速度和灵敏性，将得到的故障信息进行分层处理：第一层为在任何SCADA系统中都能保证快速且准确的获取开关变位的遥感信息；第二层为保护动作信息：第三层为故障录波信息。先利用开关动作信息来判断故障区域，如果可以确定唯一的故障解则诊断结束。否则，再利用收集到的保护动作信息进行诊断，如果能确定唯一的故障解则诊断结束。否则，利用录波信息来做进一步的分析．并且确定故障类型、故障相别、故障地点等，并结合波形对保护、开关和重合闸动作情况进行分析。

⑶故障信息的处理

当水电站出现故障时，变电站监控系统可以获取到大量的故障信息，包括时间顺序记录、开关动作信息、保护带有的故障录波功能所记录的故障前后电气量波形信息、保护动作信息等。在这些故障信息中先将装置动作的开关、保护继电器作为诊断的依据，通过在提示框中输入这些可能发生故障的设备的编号，利用水电站专家系统的正向推理方法，即在软件知识库中搜索与之相对应的规则来确定发生故障元件和产生故障的原因。当得出多种诊断结果时，再利用信息系统的反向推理方法，在得到的可疑故障电力设备中，利用故障录波信息，根据所采用的微机保护算法和设备所装设的保护原理来判断继电保护是否应该有所动作。从而对诊断结果范围的进一步缩小，并对开关和保护的动作性能进行判断，这样使发现故障线路的几率也大大增加。在诊断完成后。可以根据需要对诊断结果进行保存，便于以后通过对历史数据的分析来不断完善知识库。

6结语

继电保护装置是一种能及时切除事故的电气设备,缩小事故范围或预防事故,以提高水电站运行的可靠性、最大限度地保证连续、安全地发电,它是水电站安全、可靠、经济运行不可缺少的重要设备。

参考文献：

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[2] 万里科 继电保护在变电站中的应用[J] 中固高新技术企业2010年第13期

[3] 邦皓，杨常青．继电保护在智能变电站的应用[J]．水电技术．