水電站發電機變壓器繼電保護研究

鄭冰濤 蘇艷華

摘 要：水電站發電機變壓器的穩定對于水電站的順利發電和穩定運行具有重要的意義，水電站發電機變壓器繼電保護直接影響著水電站的穩定運行，在水電站運行過程中會不可避免地產生一些故障，導致線路短路、元件燒損，影響到水電站的正常運行。為了降低故障發生的概率，就要根據水電站的實際情況，科學的、合理的設置水電站發電機變壓器繼電保護裝置，從而保證水電站發電機穩定的運行。

關鍵詞：水電站;發電機;變壓器;繼電保護

一、 水電站發電機變壓器的常見故障分析

水電站在運行過程中會不可避免產生故障，造成水電站發電機變壓器線路短路甚至元件燒損，影響水電站的穩定運行。變壓器發生故障的位置不同，故障原因也不同，油箱外的故障一般發生在變壓器繞組引出短線和絕緣套管上的故障，包括低壓接地故障、大電流接地故障、相間短路故障，油箱內的故障主要有同向部分繞組匝間短路、大電流系統不同點出現接地短路、各側相間短路，此外，還有系統故障負荷故障，以及由于頻率降低或系統電壓增高產生的激磁現象，變壓器中心點定位上升，油箱內部油位上升，會導致變壓器溫度升高，出現全面停運現象。

二、 水電站發電機變壓器繼電保護裝置

（一）水電站變壓器繼電保護裝置

變壓器一旦短路，就會產生大量的短路電流，導致變壓器溫度升高，溫度過高會導致變壓器繞組和鐵心直接被燒毀，造成變壓器停運。變壓器故障發生在油箱內部時，與電弧緊密相隨的短路電流還會引發火災，短路電流還會形成電動力，導致變壓器形變甚至被損毀，變壓器處于異常運行狀態下也會威脅到變壓器的安全，需要及時發現隱患并及時處理。要保證變壓器的運行安全，就要盡量控制變壓器發生故障的頻率，將變壓器故障損害降到最低。一旦變壓器發生短路，就要立即將變壓器切斷，在發生故障后快速報警并及時處理。大型變壓器一般采用縱差保護方式，保護系統包括短線信號、差動速斷軟件，在具體的縱差保護裝置中，要有效保證內部故障系統的靈敏度，就要依靠比率來進行制訂差動軟件。變壓器外部故障時，流出的電流和流入的電流一般相同，縱差保護系統不會被觸發，變壓器出現內部故障或異常運行時，只存在流入變壓器的電流，在不考慮負荷電流的情況下，一般會觸發縱差保護系統，切除變壓器，有效保證變壓器的安全。

（二）短路故障的主保護

水電站變壓器定子繞組或輸出端發生相間短路或接地短路，會在系統中產生很大的短路電流，損傷變壓器內部零件，除縱差保護法外，還可以利用橫差保護法進行主保護。

（三）短路故障的后備保護

1. 低壓過流保護

低壓過流保護是一種主要針對發電機的保護方法，同時也對周邊其他設備進行保護。

2. 次同步過流保護

次同步過流保護主要針對發電機在進行變頻啟動時出現的短路情況，這種短路情況通常由定子繞組所導致。

3. 定子繞組保護

定子繞組保護主要針對定子繞組過負荷的情況，特別是發電器長期運轉導致過熱的情況。通過定子繞組負荷保護裝置可以有效地防范發電機內部發生的短路故障。

4. 負序電流保護

負序電流保護主要用于防止轉子受到損壞，通常，轉子損壞主要由三項負荷不平衡造成，電力系統短路也可能造成轉子的損壞。

（四）接地故障保護

水電站變壓器定子繞組容量比普通發電機要大很多，變壓器一旦發生接地故障就會發生很大的瞬間電流，影響到變壓器的安全隱形，如果發生間低故障，還會出現弧光過電壓，導致變壓器絕緣位置損壞，產生更大的短路故障。一般變壓器接地故障的保護方式包括定子繞組接地保護和轉子接地保護，我國水電站變壓器機電保護起步比較晚，許多技術還不完善，在電子繞組接地保護中存在一定的盲區，變壓器正常運行的情況下還需要配備完善的預警系統，發生接地故障要及時切斷電源，保護電子系統元件。

（五）增加發電機出口斷路失靈的保護

傳統的水電站主線連線方式都是在發電機和變壓器中間加入出口斷路器，這種裝置可以最大程度上實現保護工作。工作原則具體來說就是當變壓器運行出現故障時，可以通過斷開發電機出口斷路將發電機和變壓器分離開來。為防止長電纜直流接地后電容電流導致保護裝置誤開入，引起誤啟動失靈保護動作，其他屏保護動作接點經大功率重動繼電器后輸入開入回路采用雙開入，2個開入量同時置“1”，才認為該失靈開入有效，外部設計回路如圖1所示。

所以在實際的運行工作中，一定要將發電機出口斷路失靈的保護工作重視起來，結合實際情況進行技術創新。

三、 結語

綜上所述，變壓器的繼電保護工作是水電站正常運行的基礎工作，發揮著不可忽視的重要作用，相關工作人員必須對此引起高度的重視，及時對存在缺陷的機電保護裝置進行改造，以確保繼電保護裝置的重要應用價值能夠得以充分發揮，從而更好地推動水電站的發展。

參考文獻：

[1]王冰冰.并網光伏電站LVRT特性對升壓變壓器繼電保護的影響[J].電工電氣，2019.

[2]楊乾純.發電機勵磁系統保護配置及整定分析[J].石油化工技術與經濟，2019.

作者簡介：

鄭冰濤，國網湖南省電力有限公司鳳灘水力發電廠;

蘇艷華，國網湖南省電力有限公司水電分公司。