水力发电站继电保护装置的应用与维护

中国水利水电第十六工程局有限公司 陈剑青

水力发电相较于传统的火力发电来说更加的清洁绿色，且水利发电的效率高达90%以上，单位输出电力的成本较低，使其在我国能源结构中占比仅次于火力发电，同时由于其发电的特殊性，使得水力发电的速度很快，在短短几分钟内就可以开始发电。水力发电由于其环保性和稳定性在各地广为应用。但因其所使用的发电设备功率较大，同时在发电运行的各个阶段会有较大的负荷，在实际的电厂维护中对各种电力设备的日常维护和运行工作提出了更高的要求，尤其是对于水力发电站继电保护装置日常维护提出更高要求。

1 继电保护装置的发展

继电保护装置作为电力系统的重要组成部分，对电力系统的运行安全有着不可磨灭的贡献，继电保护装置的技术到现在为止已经发展了三个阶段。从18世纪末人类就开始为电力的正常运行做出探索，当时为防止电路在使用时发生短路，开始尝试将熔断器用于电力设备，逐步建立了过电保护装置。到19世纪初，对电路稳定的保护装置也由最早的熔断器逐步发展到继电器，使19世纪初是继电器技术的发展起源。20世纪50年代，随着新型晶体管技术的出现和应用，使继电装置由机点是逐步进入到了半导体模式，出现了最早的晶体保护装置，正是这种新型的继电保护装置的出现，凭借其自身体积小、无机械传动部分优势，迅速地走上了历史发展的舞台。与此同时，科学家在20世纪60年代末提出了通过运用小型计算机来达到继电保护的目的，由于当时相关费用高昂的原因这一提议未被采纳，但随着技术的不断演进，微型处理器的价格降低使得70年代后期出现了较为完善的微机保护样机。经过十年发展，在80年代微机保护技术已逐步成熟。进入90年代后微机保护技术彻底应用于继电保护装置中。同时在这一过程中，其主运算器由最早的八位机逐步发展到目前的三十二位机，数据转换的处理器也由最早的A/D转换器发展到如今的数字信号处理器(简称DSP)。随着21世纪出计算机的不断改革和发展，为继电保护技术的发展注入了新的活力。

2 水力发电中继电保护装置的具体应用

针对继电保护装置的具体应用，首先要了解继电保护装置的基本功能[1]。简单来说，继电保护装置在整个电力系统中充当保护神的角色，当电路发生故障时能够第一时间做出准确预警、并能够主动切断电路，最大程度上减少因电路故障所带来的损失，同时保证电力系统在日常运行中具有较高的安全性。继电保护系统在电力系统中的应用还有以下几大优势。装置小，效率高。日常的继电保护装置制造中也更加轻便，依托成熟的生产技术，对装置内部结构可做到按标准统一制造。同时由于技术的成熟，继电保护装置的体积相较于其他保护装置更加小，在具体电力系统日常维护中对于电能的实际消耗减小，提高了电能利用率。技术成熟，方便监测。通过漫长的发展使继电保护技术已日趋成熟，依托现代互联网技术及大数据技术，可对继电保护装置进行远程监控，更有利于日常对电力系统的整体运行情况进行整体了解，方便出现故障时排除。

依托优势，准确处理。继电器能够在电力系统出现故障时第一时间进行安全断电，所以其具备较高的分析和甄别功能，能依据故障线路准确的选择性切除相关故障点。同时其自身还具备有速度快、反应时间短的优势，在电力系统受到损伤时能第一时间及时做出判断、降低损失，减小故障范围、提高装置保护效率。同时还因为其自身具有较高的可靠性和安全性，得后期电厂具体的工作人员能根据继电器所判断出来的故障点在一个安全的环境下进行故障的修理和排除。得益于以上优势，使继电保护广泛应用于水力发电站的日常运行中。在日常水力发电设备运行中，当相关设备由于某些原因突发故障时，所安装的继电保护设备就能立刻报警，并结合继电保护设备中提前设置好的处理预案主动排除故障。同时由于其第一时间报警，有力的提醒了水电站工作人员进行排查，最终达到有效的完成继电保护目的。同时得利于继电保护装置的具体应用，分担了水电站在日常巡检和管理中所承担的压力，使得相关工作人员日常巡检时，由传统的只凭人力或靠经验的判断转变为装置日常自主巡检，减少了多余的工作时间，提高了工作效率。

3 水力发电装置出现的问题

3.1 水力发电保护设备老化

伴随着经济的高速发展，城市化和工业化的不断推进，使得人们对于资源的需求越来越高，无论是生活用电还是生产用电都比以往更加迫切。导致在我国很多地方出现了一种严重的能源矛盾，为了化解这一矛盾只有不断提高能源的供给率，由于长时间的高负荷运转，使得向水电站等发电设备的运行效率不知不觉的降低，而且在长时间的高负荷的运行下导致过程中产生的高温、高热等环境使得设备老化，无形之中增添了许多故障点。

同时，由于电力设备在实际供应时没有合理规划，尤其是像水电站的选址主要是根据当地的水量及地形地貌作为选址的基本条件，并没有考虑到后期的水电站维护，从而导致在日常对于电力设备的维护方面并没有做到全方面的检查维护，这也加快了继电设备老化的速度。所以要求在平常的维护中加大对水力发电装置中重点部分的检查，尤其是对使用年限较长或使用次数频繁的装置进行定点定时检查，出现问题或可能存在隐患的故障点进行及时的更换处理，避免后期造成不必要的事故。

3.2 供电线路设计不合理

水电站前期投入大且设计使用年限时间长，常会出现供电线路设计不合理的情况，尤其是随着经济的不断发展，许多企业为了自身利益在规划电网时往往不会做长远打算，没有合理的计划好供电的功率及后期的维护，导致在企业不断发展壮大中电力需求上去了、但电网功率不满足要求，尤其体现在用电高峰期。由于这一类老化的电网设计使得电网的负荷过重，从而对其他正常用户的用电造成严重的影响，也使得继电保护器在这过程中高负荷运转，长期来看不利于继电保护器的稳定运行[2]。针对这一问题，要求在新的水电站选址和施工过程中，要合理的选址同时考虑到后期维护，要合理的规划相关线路，对于之前的老旧电网要做到及时的检查和扩容，对于出现问题的继电器或相关设备要及时更换。

4 水力发电中继电保护装置使用的关键点

4.1 熟练操作继电保护装置

由于科技的不断发展，继电保护装置也在不断的更新换代。在实际的运用操作中，继电保护装置也变得越来越科学和高效。与此同时，就要求相关操作人员应积极提高自身知识水平和了解继电保护装置方面的最新思想，努力学习继电保护装置的相关专业知识，提高自身技能，确保在任何情况下都够熟练地操纵继电保护装置，当遇到故障时能够及时、科学的有效排除。

4.2 树立安全思想，完善日常监督机制

继电保护装置是水力发电站在应对电力故障时最有效的解决措施之一。因此关于继电保护装置的日常维护和安全检查就显得尤为重要。在实际情况中，一些水电站对于继电保护装置的日常维护和检查浮于表面，没有在真正意义上的做到安全检查目的，这样不利于故障出现时的及时排除。对此要求在日常的水电站工作安排中，切实落实安全第一的原则，抓紧建设全面的检查、维护和修理机制，及时保护继电系统的正常。因此，在日常的维护中首先要根据继电器的实际功效做到科学合理的检查。与此同时，由于继电保护器的特殊工作性质，在人员的安排上要将检查的任务与巡检人员的责任相挂钩。将继电保护工作的日常维护安排到个人头上，科学严谨的对待日常巡检。这样即使继电设备出现故障，也能够根据巡检安排找到实际的负责人。

最后也是最重要的一点，在日常巡检过程中一定要注重设备的日常清理工作。日常巡检人员要严格遵照相关规定和工作流程，按时按点清理好工作环境。在保证工作环境干净整洁的同时，要注意和设备间的安全距离，减少一些不必要的事故发生。同时在日常也要落实好巡检任务，根据电力的实际情况，依据以下的重点事项定期进行安全排查，提高相关线路的稳定性。做到有问题及时上报，杜绝因为小的问题慢慢的积累造成重大安全事故：

检查各类继电器的完整性及继电器清洁度和继电器整定值指示是否正确；检查继电器在长时间带电负荷运行下是否出现磨损或接触点抖动；针对电磁型继电器要查看是否存在卡住、倾斜、烧伤、脱焊等情况的发生；对于感应型继电器要检查圆盘是否转动，机械信号指示位置是否反映实际的运行状态；查看继电器的回路压板、转换开关所处的位置是否与运行的具体要求一致。

5 提高水力发电站继电保护装置工作效率的措施

5.1 加大相关人员的培训力度

针对于水力发电站的工作性质和继电保护装置的发展速度，对于巡检人员日常水平就有了更高要求[3]。在实际情况中，一部分水力发电站对于员工日常的培训没有到位，导致在某些故障突发时，虽然继电保护装置报警且进行处理、但由于检查人员自身能力水平不够，无法及时配合继电保护装置进行故障处理，最终造成不必要的损失。因此应抽出时间，通过学习讲座、网上培训等途径加大对于日常巡检人员的专业性培训[4]，强化巡检人员的自身安全意识和对于巡检质量的苛刻要求，且为了检查学习质量还应定期举行相关的培训和考核，一方面能激发相关巡检人员对自身水平提高的激情和自身日常工作的积极性，另一方面也能提升巡检人员工作能力和工作水平，及时补充全新的继电保护装置维护和检修知识，为以后长期的水电站继电保护装置的稳定运行打下了坚实技术基础。

5.2 引进新技术，使用新设备

许多发达国家在水力发电站的投资和设计上越来越注重技术的创新和设备的引进，在日常的水力发电站建设和后期维护上，可以深化与先进的国家间的交流合作，派遣相关工作人员进行学习，利用一切机会尽可能学习到相关的先进技术。同时对于相关领域先进设备可以积极引进，对于技术操作方面可结合员工自身水平积极的培训教育，使得在水力发电站的后期运行和维护上跟上世界先进的潮流，避免因自身知识的缺乏和技术的落后，导致对新设备有也不会使用的窘迫情况发生。同时要结合继电保护装置的特殊性，针对日常选购相关设备时要提高鉴别能力。联合政府部门对相关设备加大品控力度，避免一些设备以次充好，确保后期在使用时不会出现因设备本身问题而导致发生不安全事故的情况。

5.3 完善技术，提高抗干扰能力

由于继电装置在实际运行中容易受到所处工作环境中的各类干扰，尤其是对于恶劣天气像闪电、雷击等天气状况的影响。所以对于继电器的日常维护中，要注意检查继电器的接地装置及在平常的研发中加大对于抗干扰装置设备的研发，避免因为恶劣的天气情况导致继电器感应到电流异常增加，进而进行错误的判断。

6 结语

总而言之，水力发电是我国目前能源结构中不可缺少的一部分。随着经济的不断发展对于能源需求的不断提高，同时结合绿色可持续发展的原则，像水力发电这种相较其他污染较大的发电方式来说在未来能源结构占比更多。同时，由于水利发电站的不断发展也为继电保护装置的安全应用出了更高的要求，如何在水力发电的过程中，更加有效的保证水力发电电路的各个环节中更加可靠、平稳、安全的运行，对此必须不断地深化对于继电保护相关领域的研究，加强研究成果的转换，并结合相关领域的专家根据我国实际发展情况做出更符合实际要求的各类继电设备。同时，要在日常的工作安排中抽出固定的时间加大对相关工作人员的技术培训，提高他们对于继电保护装置的检查能力和维护水平，积极的派遣相关人员出国学习，了解国外的新思想、新动态，最终使得在具体的故障出现时能够及时的发现和解决，保证继电装置的平稳运行，最终促进水电站的长期稳定、高质量的运行。