關于200MW發電機變壓器繼電保護配置方案的研究

摘 要：在大型機電中，繼電保護是對機電的一種自動保護裝置，在電力系統中主要是負責電力系統安全、可靠地運行。本文闡述了電機變壓器中的繼電保護配置方案的基本原理并提出配置方案，以及對其未來發展趨勢的探究。

關鍵詞：繼電保護；發電機；變壓器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.159

現在的大型發電機構建原理復雜，成本高昂，一旦發生了故障，不但維修困難，且所花的金錢成本也是需要考慮的重要問題。就電力系統而言，大型發電機所占比較重大，特別是在容量比較下，若是單機容量在系統容量中的比重過大，大型發電機一旦發生移除，對整個電力系統所造的沖擊相對較大。由此，在考慮大型發電機的繼電保護配置時，需要盡量保證機組在故障時所造成的破壞能夠被壓制到最小，即盡可能保證機器整體安全，不被停機，尤其是需要保護配置的非常規型啟動。這樣就要對保護配置的可靠性、靈敏性和高速率都有特殊的要求，同時還需要繼電保護在整體的配置上要能夠被安置合理，去繁從簡。

1 關于繼電保護總體配置的基本原則

就大型機電機組而言，總體可以分為三類，分別是接地保護、短路保護以及異常運行保護。

接地保護，主要是反映發電機變壓器部分在全回路中發生的接地故障，體現在應該在發電機轉子繞組上分別裝設一點接地保護和兩點接地保護。

短路保護，主要是針對老保護變壓器裝置內的零件發生短路，這樣的短路對整體機型的運轉會造成最直接的破壞，所以短路保護顯得尤為重要。通常在短路保護中，分別會有主保護和后備保護兩種方式，這是為了防止保護裝置或短路或突然拒動。

異常運行保護，這種保護是針對各種類型的機器發生異常運行的情況，這些運行情況將會對整個機器造成傷害，這種傷害未必是立刻的，卻仍舊不容忽視。像這樣的保護裝置，通常都用一套專門的繼電器或者保護裝置來裝設，而不裝設額外的后備保護裝置。

與模糊類型的保護配置有所不同，大型電機變壓器組的微機保護裝置因為與后備保護放置在一起，應該在裝設了包括主保護、后備保護以及異常運行保護的兩套機電保護裝置后，再將200mW的發相機接于同樣電壓的系統變壓器，同時在繼電保護裝置中，每套裝置都要有單獨的直流電源和電流互感器，以及獨立的跳閘線圈出口，這種做法是為了保證整個大型機組的電壓安全。同時，為了保證處于各個裝置內電源信息的資源共享，每個裝置內應該要實現交直流通道。

一般情況下，在確保大型機組繼電保護配置是否安置得當，需要考慮以下幾點：（1）為了保證機器在任一處發生故障都能夠有雙重保護，大型發電組必須要加強主保護，這使機器在故障時能夠迅速處理故障，使機組受到盡可能小的傷害；（2）在加強發電組主保護的同時簡化后備保護，比如在機組變低壓處不再裝設后備保護，盡量在變高壓處裝設后備保護，實踐證明過于復雜的保護是對機組是有害的；（3）為了保障機組的整體保護配置裝設正確，繼電保護的設計人員應該對設備及其了解，在設備排故障測試時，參考原始資料，例如令機電原生產廠家提供機電設計圖，在多次分析和了解之后，對機電做出保護方案，這其中要注意分析電流互感器的型號和位置；（4）在后備保護及異常工作保護的裝設上，雖然力求簡化，也需要注意其靈敏度。

2 關于保護配置的常見問題

（1）三相定子繞組的結構對主保護配置的影響。發電機中心點測的引出方式與變組內部主保護方案有著密切的關系，這是三相電子的繞組問題，同時也與每相并聯的分支數有關。

以200MW的汽輪發電機為例，大多數是每相兩并聯分支，作為發電組內部主保護，僅是中性點引出的三相的三個端子。通常這種保護是采用發電機的傳統縱差和發電組縱差保護。而這兩種保護都需要改進，因為它們對發電機定子繞組發生的故障都無法起到作用。

還有一種方法是利用單元件的恒差保護，將發電機中性電測的引出方式改變，這種保護功能將三相六個分支變成兩相同時引出，這種保護方法可以作為發電機的第一主保護。如果在設計安裝上采用不完全縱差保護，是從根本上解決了短路問題，成為發電機內部的第二保護，實現了大型機組雙重化保護的要求，提高了機組的使用壽命和性能。但需要注意的是，它們對機組的定子繞組短路和分支開焊是沒有保護作用的，為了實現對機組內部短路的保護，需要配置縱向零序電壓。

（2）定子繞組單相接地保護問題。在解決機組故障問題中，首先應該注意發電機中性點接地方式，滿足相關規程規范電流，這也是為了更好地解決定子單相接地故障問題，及在發電機組200MW的定子繞組中單相接地電流應小于2A。

（3） 轉子繞組兩點接地保護問題。以汽輪發電機為例，當其發生勵磁回路兩點接地故障時，即使第一時間跳閘啟動保護作用，也可能發生磁化現象，這不利于機組的運行恢復。而若是發生繞組漏水，轉子水內冷的汽輪發電機勵磁回路接地故障則會發生多點或者一點勵磁繞組接地，而不是從一點開始，隨后繼發第二點。

對于200MW汽輪發電機應裝設一點接地保護。當一點保護出現故障之后會立即發生警報，此時需要先平穩停機，在第一時間轉移負荷。如果忽視其警報，不去處理，一點故障之后使致二點故障，將對整個機組造成較大傷害，甚至釀成大患。考慮到這方面因素，都會要求檢修人員在檢修微機繼電保護裝置時，無論其是否在發生故障后在一點接地保護作用下自動頭轉兩點接地保護，都要盡快查明故障原因并及時處理，第一時間消除故障點。

3 結束語

作為大型電機變壓器組的主要保護裝置，微機保護在全國被統一廣泛使用并被一致認可。每年電力系統火力發電廠的繼電保護實際運行情況數據，都能證明各家生產廠家對繼電保護在硬件上不斷探索，同時對軟件的探索也沒有停止，這對機電保護的未來發展和方向都有很好的指引作用，同時，各個生產商在繼電保護配置上不斷改進、完善、創新，已經有了一套完整的、標準化的配置方案，這對機電的穩定運轉和安全使用提供了寶貴的科學依據和實際經驗。

參考文獻：

[1]王維儉，劉俊宏.大型發電機變壓器繼電保護的現狀與發展[J].電力系統自動化，1997（06）：7-12.

[2]吳篤貴，楊恢宏.發電機變壓器組保護雙重化配置方案的再討論[J].電氣應用，2005（07）：29-35+39.

作者簡介：劉坤（1995-），男，武漢人，學生，研究方向：高壓電、輸電線。