大型發(fā)電機變壓器繼電保護研究

謝明宏

中圖分類號：TH

文獻標識碼：A

文章編號：1673-0992(2009)03-0051-01

摘要：由于現(xiàn)代大型發(fā)電機變壓器造價高昂，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生故障時，會造成相當(dāng)大的經(jīng)濟損失。大型發(fā)電機組在電力系統(tǒng)中占有重要地位，大型發(fā)電機組的切除，會給電力系統(tǒng)造成較大的擾動沖擊，所以對大型發(fā)電機組在電力系統(tǒng)保護很重要，本文對發(fā)電機變壓器微機保護電氣實現(xiàn)原理進行了探討，并聯(lián)系當(dāng)今微機保護配置原則及主流設(shè)計思想也對其保護配置方案方面進行探討，以便達到有可靠性、靈敏性、選擇性和快速性好的保護效果。

關(guān)鍵詞：大型發(fā)電機變壓器繼電保護保護研究

一、引言

當(dāng)今的大型發(fā)電機造價比較高昂，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，當(dāng)發(fā)生故障遭到破壞，它的檢修難度大，檢修時間長，這樣造成相當(dāng)大的經(jīng)濟損失。大型發(fā)電機組在電力系統(tǒng)中占有重要地位特別是單機容量占系統(tǒng)容量較大比例的情況下，大型發(fā)電機組的切除，會給電力系統(tǒng)造成較大的擾動沖擊。所以，在考慮大型發(fā)電機組繼電保護的總體配置時，比較強調(diào)最大限度的保證機組安全和最大限度地縮小故障破壞范圍，盡可能避免不必要的突然停機。特別是避免保護裝置誤動和拒動。這樣，在要求有可靠性、靈敏性、選擇性和快速性好的保護裝置的同時，還要求在繼電保護的總體配置上盡量做到完善、合理。

二、大型發(fā)電機組繼電保護總體配置的基本原則

大型發(fā)電機組保護配置可以通常分為短路保護、接地保護和異常運行保護三類。短路保護。用以反映發(fā)電機變壓器的保護區(qū)域內(nèi)發(fā)生的各種類型的短路故障，這些故障將造成機組的直接破壞，這類保護很重要。為防止保護裝置或斷路器拒動，又有主保護和后備保護之分。接地保護，用以反映發(fā)電機變壓器電氣部分全回路接地故障，主要是發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組應(yīng)裝設(shè)一點接地保護和兩點接地保護，定子繞組應(yīng)有100％單相接地保護。異常運行保護，用以反映各種可能給機組造成危害的異常工況，但這些工況不會或不能很快造成機組的直接破壞。這類保護裝置，一般都裝設(shè)一套專用繼電器或保護裝置，不為其另設(shè)后備保護。

大型發(fā)電機變壓器組微機保護的配置與模擬式保護的配置有所不同，因為微機型主保護與后備保護綜合在一起，所以對于200MW的發(fā)電機及接于220KV系統(tǒng)的變壓器，應(yīng)裝設(shè)包括主保護、后備保護和異常運行保護的兩整套微機繼電保護裝置，每套各有單獨的直流電源和電流互感器。獨立的跳閘線圈出口。以確保大型機組的安全，但在每套裝置內(nèi)，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)交直流通道輸入信息的資源共享。通常情況下。在討論并確定大機組繼電保護的配置原則時通常遵循以下幾點：

(1)加強大型發(fā)電機變壓器主保護，保證在保護范圍內(nèi)任一點發(fā)生故障，均有雙重主保護，有選擇的、快速的、靈敏的切除故障，使機組受到的損傷最輕、對電力系統(tǒng)的影響最小。

(2)在加強主保護的前提下注意落實后備保護的簡化。過于復(fù)雜的后備保護配置方案，不僅是不必要的，而且運行實踐證明是有害的。

(3)為慎重確定發(fā)變組內(nèi)部故障主保護配置方案。繼電保護設(shè)計人員應(yīng)確切了解主設(shè)備內(nèi)部故障時的電氣特性，查找原始資料，比如電機生產(chǎn)廠家向繼電保護設(shè)計或運行部門提供發(fā)電機的電磁設(shè)計資料，在充分分析計算內(nèi)部故障的基礎(chǔ)上。提出發(fā)電機一變壓器組的主保護方案和發(fā)電機中性點側(cè)引出方式、分析電流互感器安裝位置及其型號。

(4)應(yīng)裝設(shè)必要的異常工況保護和有足夠靈敏度的長延時遠后備保護，但應(yīng)力求簡化。

三、繼電保護配置的常見問題

(1)三相定子繞組的結(jié)構(gòu)對主保護配置的影響

三相定子繞組的結(jié)構(gòu)問題，主要指的是發(fā)電機中性點側(cè)的引出方式，因為它與發(fā)變組內(nèi)部短路主保護方案密切相關(guān)，同時也與定子繞組每相并聯(lián)分支數(shù)有關(guān)。

目前國內(nèi)200MW及以上的汽輪發(fā)電機大多為每相兩并聯(lián)分支，中性點僅引出三相的三個端子。作為發(fā)變組內(nèi)部短路主保護，普遍采用發(fā)電機傳統(tǒng)縱差保護和發(fā)變組縱差保護，這兩種保護方案對發(fā)電機定子繞組同相的匝間或?qū)娱g短路和開焊f斷線故障均無保護作用，因此必須予以改進。一種改進方案是改變發(fā)電機中性點側(cè)的引出方式，將三相六個分支繞組分成兩組同時引出，這樣可以裝設(shè)單元件零序電流橫差保護。高靈敏橫差保護具有發(fā)電機相問短路、匝間短路和定子繞組開焊的保護功能、構(gòu)成簡單、靈敏度高。可以作為發(fā)電機的第一主保護。

(2)定子繞組單相接地保護問題

為解決好定子單相接地故障的保護問題。首先應(yīng)注意發(fā)電機中性點接地方式，使之滿足單相接地電流小于GB-14285-93《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》2.2.4條所規(guī)定的故障電流允許值(即安全電流)。即對于200MW發(fā)電機組定子繞組單相接地電流應(yīng)小于2A。同時必須注意的是，所配置的保護應(yīng)包括發(fā)電機定子繞組100％的保護區(qū)，即基波零序電壓和三次諧波零序電壓的定子接地保護。當(dāng)單相接地電流小于安全電流時，保護裝置帶時限動作于信號，反之則應(yīng)動作于跳閘。如果發(fā)電機絕緣狀況不良或超期服役絕緣老化嚴重，保護可帶時限作用于跳閘停機。

(3)轉(zhuǎn)子繞組兩點接地若干保護問題

當(dāng)汽輪發(fā)電機的勵磁回路兩點接地故障，即使兩點接地保護正確動作并跳閘。也可能發(fā)生軸系和汽機部件的磁化現(xiàn)象，給機組盡快恢復(fù)正常運行帶來很大困難。對于轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷的汽輪發(fā)電機，由于轉(zhuǎn)子繞組漏水，造成勵磁回路的接地故障，不再是從一點接地開始。隨后繼發(fā)第二點接地，而是一開始就是多點或一片勵磁繞組接地。

對于200MW汽輪發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)一點接地保護。當(dāng)一點接地保護動作后，應(yīng)及時發(fā)出報警信號，盡快轉(zhuǎn)移負荷。實現(xiàn)機組的平穩(wěn)停機，切勿認為一點接地?zé)o甚危害。不加處理，一旦再發(fā)生第二點接地故障，將釀成大患，對大型汽輪發(fā)電機極為不利?；谶@種考慮?，F(xiàn)代微機繼電保護裝置雖然在判斷發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地保護動作時，自動投入轉(zhuǎn)子兩點接地保護，但要求運行檢修人員在發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點接地時仍應(yīng)盡快查明原因，立即處理，在第一時間內(nèi)消除接地故障點。

四、結(jié)束語

現(xiàn)階段的微機保護作為現(xiàn)今大型發(fā)電機變壓器組的主流保護，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用并得到了一致認可，從每年電力系統(tǒng)火力發(fā)電廠的繼電保護實際運行和動作情況統(tǒng)計來看，都證明了各生產(chǎn)廠家對繼電保護硬件和軟件設(shè)計模式不斷探索，標志著繼電保護的未來發(fā)展方向；同時，各發(fā)電企業(yè)不斷的完善保護功能配置，繼電保護工作者在生產(chǎn)實踐過程中不斷交流經(jīng)驗、總結(jié)教訓(xùn)，逐漸形成了一整套的標準化配置方案，確保了電力系統(tǒng)及發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。