電廠發電機變壓器保護原理及繼電保護方式研究

宋芝貴

摘 要：伴隨著科技的進步，我們國家的電力設施、設備在設計、制造、維護保養、檢修與使用方面積累了豐富經驗，也取得了相當可喜的成就，這為日后進一步研發、創新、設計和使用電力設施、設備提供了寶貴經驗。為適應各行各業及廣大人民群眾與日俱增的電力需求，各個電廠對電器成套設備的結構和性能提出了更高的要求。本文著重論述了發電機和變壓器的繼電保護原理與保護措施。

關鍵詞：發電機;變壓器;繼電保護及裝置

一：對電廠發電機、變壓器進行繼電保護的必要性和重要性

可靠而有效的繼電保護裝置，才能使發電機、變壓器和電網達到高效、穩定、安全地運行，從而保障了電力系統供電質量的可靠性，為工業、農業、國防、城鄉居民日常生活等方面用電提供了強有力的用電保障。而電廠的發電機、變壓器是確保電力系統為用戶提供高質量電能的關鍵設備，特別是發電機的安全運行對電力系統正常運行、特別是系統中的電網的正常運行和提高供電質量起著關鍵性的決定作用。所以，一切應從實際出發，綜合考量系統設備在運行中可能出現的故障因數，結合電廠的實際情況，選擇滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性要求的繼電保護裝置，特別是選擇微機保護裝置。當發電機、變壓器異常運行時，能及時地被發現，進而提醒運維人員采取措施，消除隱患;一旦發生故障，能夠快速、有效、并有選擇性的切除故障設備，保證其它設備不受此影響。待故障排除后，設備又可以并入系統運行，從而保障了電網有充足的電能提供給用戶。因此，對發電機、變壓器進行繼電保護十分必要，也相當重要。

二：對發電機、變壓器繼電保護裝置的技術要求

隨著科技的不斷進步，電子技術、計算機技術、通訊技術、自動化技術、芯片技術、人工智能等產業的快速發展，進而推動了發電機保護產品、變壓器保護產品及其它繼電保護產品的快速發展，從而加快了繼電保護產品的更行換代的步伐。為各行各業開發出來的繼電保護產品更加適用于用戶的各種需求，像遠程集中控制、智能在線檢查、診斷、維護等技術的運用，很受用戶歡迎。同時，也由于工業、農業、國防、城鄉居民日常生活等方面對電能質量要求的不斷提高，客觀上也促進了繼電保護技術的發展。

發電機、變壓器繼電保護裝置除了具備選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個方面的基本要求外，應盡可能做到高精度、高可靠性、高綜合性和高智能化，靈活、方便、實用。在設計和規劃電力系統繼電保護時，要調查研究，要充分考慮地形地貌等環境因素的影響，要考慮到電廠的實際情況，并結合以往所取得的成功經驗;同時，也要遵循和參考國家關于電力行業的設計文件，依據國家相關行業的規程規范要求，綜合考慮、綜合布局，選擇最優、最經濟、最實用的方案。

在布局發電機、變壓器的繼電保護時，尤其要做到保護措施科學、多樣、務實、高效，設備異常運行能及時預警，設備故障時能精準、快速地進行切除，不干擾、不破壞其它線路和設備。

三：電廠發電機繼電保護的主要方式及原理

如何保證發電機可靠運行，如何保證發電機的出力，如何保證發電機不對電網造成較大的沖擊，這就需要我們對發電機進行繼電保護。也就是說，對發電機進行繼電保護的目的，就是要保證發電機即安全又可靠地運行;就是要保證發電機的出力，為電網提供源源不斷的電能來;就是要保證發電機不受破壞，降低事故率，提高發電機的使用壽命，從而保證電網運行的可靠性，不對電網造成較大的沖擊。所以，對發電機加裝繼電保護，就是為了方便用戶隨時監控發電機的運行工況，根據不同的情況，采取不同的措施。例如，發電機因故障而停機，那么維護人員可以根據保護裝置提供的信息，并結合實際，作出科學的判斷，排除故障。故障排除后，特別是水輪發電機能很快地發出電來，并入電網。

湖南湘投高灘發電有限公司采用南瑞繼保PCS-985RS發電機保護裝置。高電公司發電機繼電保護方式主要有：發電機差動保護、發電機低壓過流保護、定子過電壓保護、定子過負荷保護、發電機負序過負荷保護、頻率保護、逆功率保護、轉子接地保護、定子接地保護、發電機匝間保護、勵磁過流保護、勵磁過負荷保護。

下面就湖南湘投高灘發電有限公司的發電機差動保護、定子接地保護、轉子接地保護、失磁保護進行介紹：

1、發電機差動保護。

發電機定子繞組發生相間短路，短路電流會很大，處理不及時，還會燒毀其它繞組和鐵芯，引發火災，燒毀電纜。而采用發電機差動保護可以避免事故的擴大，保護了發電機其它繞組、鐵芯和電纜。

發電機差動保護采樣信號的獲取。采樣信號取自發電機機端CT（變比1500：5A）三相電流，以及發電機中性點CT（變比1500：5A）三相電流。

1）：發電機比率制動差動保護原理：

高電公司發電機比率制動差動保護，采用傳統的兩折線比率制動差動保護，是

發電機的主保護。主要反映發電機繞組的相間短路。差動動作，必須要滿足差動動作方程。發電機正常運行時，差動回路無差流。只有發電機內部故障時，任意一相比率差動動作，在其他條件滿足時，都會差動出口，動作于停機，從而保護了發電機，避免了事故進一步地擴大。 這里需要注意的是，發電機差動保護范圍外部短路時，發電機比率制動差動保護是不會動作的。

2）：發電機差動速斷保護原理：

顧名思義，差動回路的任意一相差流值達到了發電機差動速斷整定值時，發電機差動速斷保護瞬間出口，動作于停機。

2、發電機定子接地保護。

如果發電機發生了定子一點接地，那么非接地的兩相對地電壓會升高，中性點電位會升高。由于非接地的兩相對地電壓升高到線電壓，若發電機長時間運行，因而會對繞組和鐵芯的絕緣造成破壞，嚴重時會造成繞組相間短路和繞組匝間短路。

湖南湘投高灘發電有限公司的三次諧波定子接地保護，采樣信號取自發電機機端電壓互感器開口三角形繞組。基波零序電壓定子接地保護采樣信號取自中性點零序電壓。

基波零序電壓定子接地保護，有兩段定值，一個是零序電壓定值，基波零序電壓達到該定值時，基波零序電壓定子接地保護動作于信號;另一個是零序電壓高定值，基波零序電壓達到該定值時，基波零序電壓定子接地保護動作于跳閘（跳發電機出口開關）。

3、發電機轉子一點接地保護。

由于發電機不容許兩點接地。因為，兩點接地將嚴重威脅到發電機的安全。一旦發生兩點接地，保護將跳開發電機斷路器。而轉子一點接地，雖然不會對發電機造成危害，但可以預警，以提示運維人員適當時候采取措施。

4、發電機頻率保護。

發電機頻率過低或過高都會對發電機設備造成破壞，因此，對發電機進行頻率保護十分必要。

湖南湘投高灘發電有限公司，發電機頻率保護信號取自發電機機端電壓互感器三相電壓頻率。過頻設置兩端，可動作于跳閘或發信號;低頻設置三段，也可動作于跳閘或發信號。

四：電廠主變和廠變繼電保護的主要方式及原理

對電廠主變進行繼電保護，其主要目的是為了保證發電機輸出的電能能夠安全、可靠地通過主變輸入到電網中去。電廠主變是聯系發電機與電網的橋梁，是電網得到電能補充的唯一通道。若主變一旦發生故障，將會危害到電網的安全運行，給供電的可靠性帶來嚴重影響。對主變進行繼電保護，就是為了在主變異常運行時，能及時預警;故障時，能快速切除，不影響其它主變的正常運行;故障排除后，又可以恢復供電。

湖南湘投高灘發電有限公司主變保護裝置，采用的是許繼電氣股份有限公司生產的WBH-812A、WBH-818A/H、WBH-818A/L、WBH-819A保護裝置。主變保護方式有變壓器差動保護、變壓器高壓側后備保護、變壓器低壓側后備保護、變壓器非電量保護。變壓器非電量保護有變壓器本體重瓦斯、變壓器本體輕瓦斯、變壓器壓力釋放、繞組溫度等等。變壓器高壓側后備保護有高壓側復壓過流保護、零序過流保護、過負荷等等。變壓器低壓側后備保護有低壓側復壓過流保護、零序過流保護、過負荷等。

對電廠廠變進行繼電保護，湖南湘投沅陵高電公司廠變為干式變壓器，繼電保護配置有過流保護、接地保護、低電壓保護等，繼電保護的主要目的在于，保證400V低壓系統供電的可靠性，主要確保線路、機組相關設備的可靠用電。

下面就湖南湘投高灘發電有限公司變壓器差動保護、變壓器非電量保護進行介紹：

1、變壓器差動保護。

WBH-812A微機變壓器保護裝置，是許繼電氣股份有限公司生產的變壓器差動保護裝置。本裝置中主保護由比率差動、差動速斷、差動越限告警、TA斷線告警組成。

變壓器差動保護采樣信號的獲取。采樣信號取自高壓室變壓器低壓側電流互感器三相電流，以及開關站變壓器高壓側電流互感器三相電流。

變壓器高壓側和低壓側電流互感器的接線方式。均采用星形接法。因為變壓器差動保護采用的是微機保護，采樣電流輸入到微機保護裝置后，在進行差動計算時，由微機軟件對相應側電流進行相位校準及電流補償。

1）：變壓器比率制動差動保護。

變壓器差動保護是變壓器的主保護。主要反映變壓器的相間短路故障。差動動作，必須滿足差動動作方程。變壓器正常運行時，差動回路無差流。只有變壓器內部短路時，任意一相比率差動·動作，在其它條件滿足時，都會差動出口，跳變壓器各側開關，從而保護了變壓器，避免了故障進一步擴大。這里需要注意的是，變壓器差動保護范圍外部短路時，變壓器比率制動差動保護是不會動作的。

2）：變壓器差動速斷保護。顧名思義，差動回路的任意一相差流值達到了變壓器差動速斷整定值時，變壓器差動保護快速出口，動作于跳變壓器各側開關。

2、變壓器非電量保護

WBH-819A微機變壓器保護裝置，是許繼電氣股份有限公司生產的變壓器非電量保護裝置。

1）：變壓器本體輕瓦斯。變壓器油箱里面若發生輕微性的故障時，變壓器本體輕瓦斯會動作。發出“輕瓦斯”信號。這里需要說明的是，若給變壓器加油有時也會造成變壓器本體輕瓦斯動作。所以，運維人員應根據實際情況作出科學判斷。

2）：變壓器本體重瓦斯。變壓器油箱里面（變壓器內部）若發生較大性、甚至是重大性故障時，變壓器本體重瓦斯會動作，發出“重瓦斯”信號，并跳開變壓器高壓側和低壓側斷路器（若有中壓側，還要跳開中壓側斷路器），將故障變壓器從系統中切除。

3）：變壓器壓力釋放。湖南湘投高灘發電有限公司兩臺主變采用的是全密封式。若變壓器油箱內發生故障時，特別是大故障時，油溫升高快，油氣及其他氣體快速增多，油箱內部壓力迅速增大，當壓力達到壓力釋放閥整定值時，壓力釋放閥打開，泄壓，從而保護了變壓器油箱不炸裂、不變形。同時，發信并動作于跳變壓器各側開關。壓力釋放閥動作后，能可靠關閉。

五：結束語。

改革開放后，特別是近年來，在黨中央的正確領導下，無論農業、工業、國防、教育、科研等行業都得到了很好的發展，因而對電力需求越來越大，對供電質量也提出了新的要求。作為電力生產企業，如何保證電廠發電機、變壓器等主設備安全、可靠、長時間運行就愈發顯得十分重要。電力生產企業除了要保證主設備本身的質量外，還希望得到、用到先進、可靠、綜合智能的繼電保護裝置。這就要求電力科研部門加大經費投入、人才培養和引進、整合和優化資源，將新材料、新理論、新工藝、新方法運用到對繼電保護技術的開發中，加快對繼電保護技術的研究、改進和創興，盡快地向社會所需行業提供能適用各種環境要求的和高質量的產品來，為國民經濟的發展保駕護航。