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非电量保护在水电站的应用

发表时间：2020/8/4 来源：《电力设备》2020年第8期作者：饶伯轩

[导读] 摘要：水电站属于基础设施的重要组成部分，具有运行时间长、负荷大的特点，如果不注重保护，很容易在运行阶段出现故障。

        (国家能源集团大渡河瀑布沟水力发电总厂四川雅安)
        摘要：水电站属于基础设施的重要组成部分，具有运行时间长、负荷大的特点，如果不注重保护，很容易在运行阶段出现故障。本文以非电量保护在水电站中的应用为题，结合某水电站非电量保护应用实例，对非电量保护的应用措施进行分析，希望为相关行业提供借鉴。
        关键词：非电量保护；水电站；主变压器
        引言：所谓的非电量保护就是指对温度、气体压力以及流体速度变化等非电量因素进行反应，与传统保护方式相比，二者在原理上存在显著的差别，非电量保护能够通过对温度、压力和流速的使用，保护变压器的安全。因此对此项课题进行研究，其意义十分重大。
        一、非电量保护在水电站应用中存在的问题
        某水电站为保护主变电站的安全，在其中应用了非电量保护的措施，主要包括轻重瓦斯、温度过高、冷却器全停等保护，在设计过程中，将微机和集成双重设计作为思路。但在一些因素的影响下，采集元件被排除在双重设计之外，故导致非电量保护的应用价值下降。为解决问题，由设计人员对非电量保护设计进行调整，在调整过后，非电量保护的作用得以实现。考虑到主变高压侧开关的失灵保护，其实现需要依靠主变保护出口，故在检修阶段，技术人员需要注重保护出口的检查，以此来保护主变电站的运行安全[1]。
        二、非电量保护应用措施
        （一）重瓦斯保护更改和运行分析
        在运行正常的情况下，气体继电器中油会保持在充满的状态，其中开口杯被油液完全浸泡，并略微上浮，同时干簧触点始终处于分开的状态。但在非正常运行状态下，故障点的温度会持续上升，导致附近油液不断膨胀，其内部溶解的空气总量减少，并以气泡的形式上升，同时在受到电弧和放电现象的影响后，油液和其他材料会发生电离反应，瓦斯就此形成。如果故障严重程度较小，瓦斯气体进入气体继电器的过程则较为缓慢，油面会同时下降，此时，开口杯产生支点的方向会变为逆时针方向，促使簧触点接通，完成信号的发出动作。如果变压器故障十分严重，所产生的瓦斯气体具有非常高的强度，导致变压器内部压力骤然加大，油流向油枕方向的冲击力会显著上升，由于油流被挡板阻隔，因此会在挡板克服弹簧阻力之后，驱动磁铁移动至干黄触点的方向，使其接通，此时所产生的保护动作为跳闸。
        以某水电站为例，该水电站应用的非电量保护措施为瓦斯保护，通过瓦斯继电器的应用，达成保护主变运行安全的目的，但由于采集元件应用效果有限，故技术人员对瓦斯保护进行了重新设计，在保留重瓦斯作用的同时，将主变压器压力释放保护作为了保护措施，究其原因，主要是这种保护措施在具备跳闸动作的同时，还能在主变压器释放压力时发出信号。据了解得知，主变压器在运行过程中会出现诸多方面的故障，其中油箱内的故障主要包括油面下降、铁芯热量过高等，传统的差动保护对此类故障并无明显的动作，究其原因，主要是这些故障不会产生过大的电流表现，而差动保护无法捕捉异常电流，故无法产生反应。而瓦斯保护这种非电流保护，对于上述故障的敏感性较强，与电流保护相比，更具应用优势和价值。

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        在应用瓦斯保护时，技术人员应该将保护原理作为依据，在注入或过滤油液、更换硅胶或畅通呼吸器、放气阀放气、放油、关闭和开启瓦斯继电器连接管阀门时，使重瓦斯保护退出运行[2]。值得注意的是，在上述工作结束后，不能直接运行重瓦斯保护，需要试运行一段时间，通常不超过60分钟。
        据了解得知，上述水电站变压器检修后所采取的加油方式为热滤，导致瓦斯保护动作的影响因素会在热滤的作用下消除，因此在变压器检修完成后瓦斯保护无需退出运行。
        （二）主变温保护的组成
        在查阅资料后得知，油温和线圈温度过高是水电站主变温度的重要组成，如果线圈的温度超过115℃，主变压器保护装置就会产生跳闸动作，以保护变压器的安全。油温超过75℃，且20分钟内没有下降，保护装置同样会产生跳闸动作。以某水电站为例，该水电站的温度过高和线圈过高保护均处于正常运行的状态。在温度接近或超过55℃时，冷却系统辅助油泵会产生动作，其目的在于控制变压器的温度，以某水电站为例，每台变压器对应的冷却器数量超过5台。其中至少有一台冷却器在变压器投入运行后开始工作（具体台数根据主变所带的负荷及主变高压侧电流为依据），剩余几台作为辅助和备用。导致变压器温度上升的原因如果是冷却效果不佳或负荷过载，则由辅助油泵控制温度，辅助油泵停止工作的标准为变压器温度低于50℃。但在实际控制过程中，温控效果容易受到变压器自身缺陷的影响，比如：夹件松动、铁芯与地面互相接触等缺陷，与温控效果存在密切的关联，只有在消除这些缺陷后，冷却器的保护作用才能得以实现。
        （三）主变冷却器故障设置情况分析
        全停和断水是某水电站冷却器事故的主要形式，该水电站的全停保护由多个部分构成，具体如下所述：第一，在冷却器全部停止运行60s后，主变微机保护装置的动作为发出保护信号；第二，如果全停故障的持续时间超过20分钟，且主变油温超过75℃，主变微机保护装置的动作为跳闸；第三，如果全停故障持续时间超过1小时，主变微机保护装置的动作为跳闸。
        主变冷却水断保护由以下部分构成：在发生断水故障后，主变微机保护装置会在1分钟发出保护信号，如果故障持续时间超过1小时，主变微机保护作用为跳闸。
        （四）注意要点
        （1）由于水电站同时应用了非电量保护和电量保护，故在主变压器维修过程中，必须保证其中一种保护措施正常运行；
        （2）水电站非电量保护装置的信号动作不会在保护出口连片退出状态下丧失，故退出出口连片就可以实现信号发出的目的。
        结论：综上所述，在科学技术高速发展的背景下，众多先进的科学技术被应用于变电保护领域，促进了变电保护技术的发展，其中非电量保护就是变电保护技术的一种，应用优势极为显著，故建议水电站重视这种保护的应用，以此来保障水电站的运行安全。
        参考文献：
        [1]余春宏,李洪涛,廖程远.某大型电厂励磁变超温报警、跳闸回路优化分析[J].机电信息,2020(05):8-9.
        [2]张强.高速铁路牵引变电所主变非电量保护优化设计[J].电气化铁道,2019,30(S1):97-101+106.