關于水電站發電機變壓器繼電保護的探討

匡定學

摘要： 要想實現水電站的穩定運行，最重要的就是維持水電站中發電機變壓器的安全運作，發電機變壓器繼電保護系統對整個水電站的正常運行起到非常關鍵的作用。但是在實際的發電機變壓器的運行中還是存在很多的安全隱患，只有熟知水電站發電機變壓器繼電保護系統的設計原理和容易發生的故障，才能更好地解決問題，有效提高水電站的工作效率。本文將對水電站繼電保護系統的具體要求進行詳細分析，并對水電站發動機保護裝置以及變壓器繼電保護裝置的設計原理和運作程序進行深入探究。

關鍵詞：水電站，發電機，變壓器，繼電保護

水電站發電機在運作的時候常常會受到各種因素的影響發生故障，只有對發電機繼電保護系統充分認識，了解其具體的保護措施和原理，才能更好地促進水電站的安全運行。下面將對水電站繼電保護的具體要求進行分析，對線路繼電保護、變壓器保護進行詳細分析，最后對

發動機保護裝置及變壓器繼電保護裝置的設計原則進行深入探討。

一、水電站繼電保護的要求

水電站發電機在進行繼電保護的設計時，要結合相關的繼電保護安裝設計的規定和水電站的實際情況進行設計，不但要滿足水電站的需要，還應該符合相關的繼電保護設計要求。目前我國水電站繼電保護裝置的設計為220千伏時，不能只設計一種保護措施，應該進行多重保護，不但要保護主線路的安全，還要對一些開關以及支線路進行保護，在進行繼電保護的設計時候，應該注重在配件發生損害時保護系統仍然能起到保護線路的作用，保證繼電保護系統能夠及時發現電路故障并能發出警報，提高水電站整個運行的安全性。

二、線路繼電保護以及變壓器保護的分析

以水電站220千伏線路的繼電保護系統為例，這個線路繼電保護系統包括對多種線路的保護，比如過電壓保護、接地距離保護以及短引線保護等，可以采用母差保護法來保護母線，采用死區保護法及自動重合閘保護開關裝置，無論是哪種保護方式一般都是雙光纖通道，即分為兩種保護方式，一種是專用的光纖通道，另一種是復用2兆的迂回光纖帶路，為了能夠實施遠方信號的故障判別，就要對每條保護線路的遠方安置跳閘裝置，還應該根據實際情況安裝過電壓保護裝置，將線路繼電保護裝置的作用發揮最大化。還可以用母差保護法對繼電保護系統進行主要保護，再加上開關的失靈保護能夠促進開關發生故障時實現聯跳功能。水電站的主變壓器保護系統主要包括三種保護裝置，分別是壓力釋放保護、重瓦斯保護以及縱差保護，變壓器繼電保護裝置的保護方式是由輕瓦斯保護及過負荷保護共同完成。

三、水電站發動機保護裝置的分析

目前我國水電站發電機的故障原因有兩個，分別是定子繞組故障和轉子繞組故障，其中定子繞組故障還具體分為匝間故障，接地故障以及相間短路故障，轉子繞組故障分為轉子繞組匝間短路故障和轉子繞組接地故障。水電站發電機設備發生故障的原因有很多，可能會出現外部短路造成對稱過負荷或者外部出現不對稱短路造成發動機的負序過電流，還有可能出現甩負荷造成轉子繞組超負荷發生故障等等。如果是較大的發動機系統，可以根據發動機的功率進行保護裝置的選擇，超過220千伏低于200兆瓦的變壓器可以采取異常運行保護法，通過其中一個路線的直通電流觸動開古跳閘，在進行保護裝置實施的過程中，如果遇到短路現象，應該及時加設短路保護設置，避免短路給發電機造成不必要的損失。

1.發生短路故障時采取的主保護措施

水電站的發電機在發生相間短路或是接地短路時，很容易造成大面積的短路電流，導致發電機上的很多元件遭到破壞，嚴重影響整個發電機的結構穩定性和運行安全性。這時候需要進行發電機的主保護，可以采用縱差保護法或是橫差保護法有效保護發電機的定子繞組正常進行。

2.發生短路故障時采取的后備保護措施

除了對發電機進行必要的主保護，后備保護也是非常必要的，后備保護法可以通過低壓保流法、定子繞組保護法、負序電流保護法等進行有效保護。其中最常見的是釘子繞組過負荷保護法，利用定子繞組負荷裝置保護定子繞組，避免發電機長期運作導致的發熱現象，從根本上減少發電機因過熱導致的短路現象，低壓保流法主要是針對發電機周邊的配件及設備的后備保護。

3.接地故障保護措施

發電機的接地故障會導致大量的電容影響電發電機的正常運行，還會引起接地弧光過電壓，連接的其他配件也會遭到破壞，利用轉子接地保護法和定子繞組接地法能夠有效防止接地故障的發生。

四、水電站變壓器繼電保護裝置的分析

1.水電站變壓器故障種類

水電站變壓器發生故障的種類有很多，按照位置進行分類可以分為油箱內故障和油箱外故障，油箱外故障主要是由于變壓器繞組導致短路發生的故障或是引出絕緣套管發生故障，包含了低壓側接地故障或是大電流側接地故障等;油箱內故障主要是指由于同向線路繞組導致的短路，大電流側會出現多個點接地的短路。水電站變壓器故障除了以上兩種外，還很容易出現系統故障，由于各種外界因素的影響導致系統中發生負荷現象，系統頻率降低，系統電壓急劇升高產生激磁，導致油箱的油位超過正常指標，變壓器溫度升高最終導致整個系統癱瘓。

2.水電站變壓器保護裝置

水電站變壓器系統一旦出現短路故障，就會導致線路中產生超大電流，變壓器的溫度急劇上升，溫度過高導致變壓器的繞組相關設備被破壞，造成非常嚴重的損失;如果水電站變壓器油箱內部出現故障，很容易導致電流過大，燒壞電線，引發火災;水電站變壓器形成短路電流還可能轉化成為電動力，導致變壓器變形最終被損壞。所以應該對變壓器相關的設備進行監督和定期檢測，發現問題立即修整，避免安全事故的發生。可以通過控制變壓器的頻率來監測變壓器的運行狀況，如果變壓器運行發生異常立即切斷并迅速處理。大型的變壓器的保護方法最常見的是縱差保護法，包括很多的元件，有斷線信號元件以及分項差動元件等，為了保證整個變壓器內部各個元件的靈敏度，在發生故障時及時作出反應，可以將所有元件換成比率制定的配件進行安裝;如果變壓器外部發生故障時，變壓器內外的電流還是會正常運行，這種情況下縱差保護法是不管用的，只有變壓器內部發生故障，才會導致有電流進入而無電流流出，這種情況會即刻觸發縱差保護裝置，切除變壓器，保證水電站變壓器的安全。水電站變壓器保護裝置存在很多的形式，都能夠有效切斷變壓器，避免變壓器勵磁涌出。

結論

綜上所述，是本人對水電站發電機裝置的設計原則的分析，并對發電機變壓器繼電保護設置進行主要敘述，只有保證變壓器繼電保護系統的有效性，才能更好地維持水電站發電機的正常運行，應該根據水電站的實際情況設置多個變壓器后備保護裝置，保證繼電保護的有效實施，促進水電站運行的穩定性。希望本文對相關的水電站變壓器保護部門有所裨益，加強對繼電保護系統的認識，找到合理的方式對發電機變壓器進行有效的保護，促進水電站變壓器的長期穩定運行，讓水電站的工作更加高效進行。

參考文獻：

[1]黃毓瑄.基于Matlab軟件的水電站繼電保護仿真研究[J].黑龍江水利科技，2019，4706：61-64.

[2]李澤學.水電廠發電機變壓器保護原理及繼電保護措施[J].科技風，2019，27：161.

[3]姜樹德.抽水蓄能電站繼電保護的幾個常見問題[J].水電與抽水蓄能，2018，403：16-22.

[4]黃旭.水電廠發電機變壓器保護原理及繼電保護措施[J].通訊世界，2018，10：210-211.