水電站發電機變壓器繼電保護研究

普窮

摘要：在我國社會科技高速發展的背景下，電力設備在各方面都有了更廣的應用范圍，其中在制造原理、運轉規律和維修保養等方面都取得了十分大的進步，大大提高了我國電力設備的運行質量和作用。為了滿足人們對電力日益增長的需求，水電站對于發電機和變壓器的功能要求也越來越高。文章對發電機變壓器的繼電保護進行了分析與研究。

關鍵詞：水電站;變壓器;繼電保護

1發電機變壓器繼電保護的必要性與方式

1.1發電機繼電保護的必要性與方式

對發電機進行繼電保護最為基礎的目的是為了保持發電機的正常運作，以確保正常的電力輸出，保持整個電網穩定運行。發電機的繼電維護具有安全性、選擇性、敏捷性、可靠性和靈敏性五大功能。當發電機出現故障時，繼電維護設備就會在最短的時間內及時切除故障機組，不影響周圍的線路及發電機運行。在故障排除后，發電機又能夠正常地使用。由此能夠看出，繼電保護不但是為了保持發電機的正常運轉，也是為了確保周圍線路及設備的安全，為盡快恢復正常的電力輸出提供良好的條件。發電機的繼電保護方法主要有三種，分別是縱差保護、橫差保護和接地保護。縱差保護主要針對于發電機內部出現短路的情況。這種保護方式能夠在無延時的情況切斷保護范圍內的各種短路線路，并同時不影響發電機的過負荷和系統振蕩，非常適用于容量在1MW以上的發電機保護中。橫差保護是利用兩個支路電流差的反應，來實現對發電機定子繞組匝間短路的情況。該方式主要通過兩種接線方式實現：一是在每相裝設兩個電流互感器和一個繼電器，以形成單獨的保護系統;二是對于可以引出多個中性點的定子繞組，通過在各中性點引出線處增設零序電流互感器的方法，構成單元件橫差或多元件橫差保護。單相接地保護主要有四種實現方式，分別是發電機定子繞組單相接地、利用零序電流構成定子接地保護、利用零序電壓構成定子接地保護或利用三次諧波電壓構成定子接地保護。

1.2變壓器繼電保護的必要性與方式

變壓器是電力系統中一個重要的元件，對維持整個電力系統的正常運行有著非常重要的影響。不同地區對于用電的要求不同，變壓器能夠將從發電機發出的統一的電壓變成不同的電壓輸出，以滿足不同用戶對電力的需求，所以當變壓器發生故障，將無法按照各用戶的需求提供相應電壓的電力，故而造成整個電力使用情況的混亂，甚至是癱瘓。變壓器的繼電保護方法主要分為瓦斯保護、電流速斷保護、外部相間短路所選用的保護方式、外部接地短路所選用的保護方式、過負荷保護及過勵磁保護。外部相間短路通常所用的保護方式為過電流保護、復合電壓、負序電流及低電壓啟動的過電流保護和阻抗保護。

2發電機、變壓器組內部短路保護配置方案

2.1內部短路包括的內容

通常情況下，內部短路包括的內容如下：變壓器繞組和其引線的相間短路、定子繞組相間短路、變壓器YN側各種接地短路、變壓器繞組匝間短路和發電機機端引線相間短路等，對于定子繞組匝間短路而言，定子繞組同相同槽的情況十分少見，一旦發生了定子繞組分支開焊故障，需要考慮到保護的要求。

2.2發電機、變壓器內部短路保護優選的配置方案

假設發電機和變壓器之間無斷路器，并且對于發電機機端廠采用的變壓器，其分支不設斷路器。

3高靈敏單元件橫差保護

一般來講，高靈敏單元件橫差保護是發電機、變壓器繼電保護的主要發展方向，其也是發電機定子繞組內部故障第一主保護，該方式不僅能夠實現對定子繞組的匝間短路的有效保護，也對定子繞組內部故障的保護，具體的故障保護分支開焊和匝間短路等。當前，一些發電機都采用了此種保護方式，但發電機一定要具有兩組或者是三組中性點，進而有效防止出現不完全縱差保護與裝設高靈敏單元件橫差保護等問題。

4發電機內部故障主保護方案存在的問題以及改進

現階段，在對發電機內部故障主保護方案進行研究過程中，主要從如下幾個方面加以討論。

4.1傳統縱差保護

針對如此，所存在的問題是保護功能不全，在一定程度上只是對相見的短路有效，在實際情況上，發電機在運行期間，正確的操作率并不是很高，其與元件質量產和設備維護、管理水平等有密切聯系。基于此，必須加大對工作人員的培訓力度，從而提升其綜合素質。

4.2基波縱向零序電壓保護

對于該保護方案而言，將基波零序電壓為保護動作參量，而且配合專門的電壓互感器，但應當注意的是，發電機中性點和一次中性點直接連接過程中，一定不要接地，一旦接地，導致發電機發生故障。因此，應該進行發電機常規短路試驗測定，進而達到對不平衡電壓保護的目的，在線性外推法的作用下，從而正確的估算外部短路期間存在的不平衡電壓，因而明確保護的合理整定值。同時，設置三次諧波的阻波環節，實現降低不平衡電壓的效果，通過采取該方法避免在外部短路時存在誤動作。在加強三次諧波濾波的前提下，與單元件橫差保護一致，并且在開展發電機的常規短路試驗期間，對三次諧波零序電壓與基波和三次諧波零序電壓進行測定，再利用線性外推法，能夠正確的估算出外部短路期間最大不平衡電壓Uunb1max與Uunb3max，具體的計算動作電壓公式為其中，K3是三次諧波濾過比。

4.3傳統橫差保護

對于老式的橫差繼電器而言，其三次諧波濾過比要小于15，因而應當對過濾電路進行改進，使得濾過比增強超過30。在改進過程中需要充分利用有關條件，通過采取更換互感器的方式，將傳統橫差保護改進為高靈敏橫差保護，使得變比能夠最大程度的降低，繼而再次將三次諧波濾比提高為80之上。同時，大力實施常規發電機短路試驗，對三次諧波電流與橫差保護不平衡基波進行實測，從而調整動作電流。

4.4轉子繞組接地保護

目前，對于發電機、變壓器繼電保護發展而言，轉子繞組接地保護是主要的方向，如果轉子繞組存在一點接地故障不會有很大的危險，然而，一旦發生第二點接地，會導致部分轉子繞組經大軸出現短路現象。

結束語

綜上所述，總結出水電站發電機變壓器繼電保護設備起著關鍵性的作用，是水電站的正常運行過程中的基礎設備。故對繼電保護設備的不斷改進能夠非常好的保證水電站的運行安全。我國信息技術的不斷發展，硬件水平也在不斷提高，這是繼電保護設備能夠進行發展的保障。

參考文獻

[1]郭杰華.基于水電廠發電機變壓器繼電保護方式[J].中國科技信息，2015，11：158-159.