電氣系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的探討分析

馮斌

摘要：根據(jù)電氣系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程，為正確反應(yīng)繼電短路故障和確保快速切除故障，配置了發(fā)電機(jī)縱、橫差動保護(hù)，變壓器縱差保護(hù)和發(fā)電機(jī)-變壓器組縱差保護(hù)，對發(fā)電機(jī)-變壓器組構(gòu)成了雙重快速保護(hù)。差動保護(hù)雙重化，降低了拒動的幾率;設(shè)置閉鎖，則降低了誤動的幾率。因此，雙重化加閉鎖，提高了可靠性，有利于大機(jī)組的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);繼電保護(hù);變壓器;電氣系統(tǒng)

一、變壓器縱差保護(hù)

正確反應(yīng)變壓器外部短路故障，為了正確、及時(shí)的反應(yīng)變壓器內(nèi)部短路故障，選擇裝設(shè)瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)分為輕瓦斯保護(hù)和重瓦斯保護(hù)，分別利用開口杯和擋板式原理，反應(yīng)變壓器內(nèi)部的故障程度，確定發(fā)出信號還是將變壓器從系統(tǒng)中切除。在超高壓電網(wǎng)中，單相接地短路故障最多，在各種短路接地故障中，有80%-90%是單相接地故障，為了在某些特殊情況下，不致使電網(wǎng)失去保護(hù)，所以盡管相鄰線路上配置了完善的近后備保護(hù)，一般還是要在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)零序電流保護(hù)，對相鄰線路構(gòu)成遠(yuǎn)后備。

二、發(fā)電機(jī)接地保護(hù)

大型發(fā)電機(jī)變壓器組，都接在220KV及以上的母線上。220KV及以上的線路，一般都有完備的后備保護(hù)。同時(shí)，對于220KV及以上的母線，由于母線保護(hù)一般只有一套，而且有時(shí)不投入運(yùn)行，因此，需要在發(fā)電機(jī)變壓器組上裝設(shè)作為相鄰母線故障的后備保護(hù)，考慮裝設(shè)一套三相全阻抗保護(hù)裝置。

表2 ?發(fā)電機(jī)接地保護(hù)配置依據(jù)及元件選型

發(fā)電機(jī)接地保護(hù)配置依據(jù)所選繼電器發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地保護(hù)2.1.2.3ZB-2537（LD-1A）勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)2.1.2.3ZB-2532（ZBZ-2A）勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)2.1.2.10ZB-2532（LD-2A）三、發(fā)電機(jī)常見故障

定子繞組的單相接地，定子繞組與鐵芯間絕緣破壞，由于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是不接地或經(jīng)高阻接地，所以定子單相接地故障并不引起大的故障電流。但由于大型發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)中的重要地位，造價(jià)昂貴，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢修困難，所以對大型發(fā)電機(jī)的定子接地電流大小和保護(hù)性能提出了嚴(yán)格的要求，特裝設(shè)發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地保護(hù)，根據(jù)接地電流的大小，分別動作于信號或停機(jī)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障，是常見的故障形式之一，兩點(diǎn)接地故障也時(shí)有發(fā)生。勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障，對發(fā)電機(jī)并未造成危害，但若在相繼發(fā)生第二點(diǎn)接地故障，則將嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全，為此，裝設(shè)勵(lì)磁回路一點(diǎn)、兩點(diǎn)接地保護(hù)，分別動作于信號或停機(jī)。

表3 ?異常運(yùn)行保護(hù)配置依據(jù)及元件選型

異常運(yùn)行保護(hù)配置依據(jù)所選繼電器對稱過負(fù)荷保護(hù)2.1.2ZB-1536不對稱過負(fù)荷保護(hù)2.1.2.7ZB-1536勵(lì)磁回路過負(fù)荷保護(hù)2.1.2失磁保護(hù)2.1.2.11ZB-4540（LZ-1）逆功率保護(hù)2.1.2.12LNG-3過電壓保護(hù)2.1.2.5過激磁保護(hù)2.1.2.15對于發(fā)電機(jī)的異常運(yùn)行狀態(tài)，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和采取相應(yīng)措施，將使發(fā)電機(jī)縮短使用壽命，或釀成隱患，甚至給整個(gè)機(jī)組造成直接破壞。因此，針對機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)過的危及機(jī)組安全的各種異常運(yùn)行狀態(tài)，都需要采取有效的保護(hù)措施。發(fā)電機(jī)，定子和轉(zhuǎn)子的材料利用率很高，其熱容量和銅損的比值較小，因而熱時(shí)間常數(shù)也比較小。而且在發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)的熱偶元件不能迅速反應(yīng)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷變化，為防止受到過負(fù)荷的損害，裝設(shè)反應(yīng)定子繞組平均發(fā)熱狀況的過負(fù)荷保護(hù)。而發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組中連熱偶元件都沒有裝設(shè)，所以必須配置勵(lì)磁回路過負(fù)荷保護(hù)，以保護(hù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組。

四、發(fā)電機(jī)其他保護(hù)

1. 過激磁保護(hù)

大型變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，工作磁密和飽和磁密相差不大，但當(dāng)電壓頻率比增加時(shí)，工作磁密增加，使勵(lì)磁電流增加，特別是在飽和之后，勵(lì)磁電流要急劇增大，造成過勵(lì)磁。變壓器的鐵芯飽和之后，鐵損增加，使鐵芯溫度升高，鐵芯飽和之后還要使磁場擴(kuò)散到周圍的空間中去，使漏磁場增強(qiáng)。靠近鐵芯的繞組導(dǎo)線、油箱壁以及其他金屬結(jié)構(gòu)件，由于漏磁場而產(chǎn)生渦流損耗，使這些部位發(fā)熱，引起高溫，嚴(yán)重時(shí)要造成局部變形和損傷周圍的絕緣介質(zhì)。所以，必須裝設(shè)變壓器過激磁保護(hù)。

2. 過電壓保護(hù)

發(fā)電機(jī)在突然甩負(fù)荷時(shí)，容易產(chǎn)生不允許的過電壓。特別是對大機(jī)組出現(xiàn)危及絕緣安全的過電壓是比較常見的現(xiàn)象，為此須裝設(shè)過電壓保護(hù)。由于過電壓系統(tǒng)環(huán)節(jié)較多，發(fā)電機(jī)低勵(lì)成為常見的故障形式。發(fā)電機(jī)低勵(lì)或失磁后，將過渡到異步運(yùn)行，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，定子電流增大，定子電壓下降，有功功率下降，無功功率反向并且增大;在轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流;電力系統(tǒng)的電壓下降及某些電源支路過電流，這些變化，在一定條件下，將破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，威脅發(fā)電機(jī)本身的安全。為保證電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的安全，必須裝設(shè)失磁保護(hù)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)低勵(lì)和失磁故障并及時(shí)采取必要的措施。

3.逆功率保護(hù)

逆功率保護(hù)，用于保護(hù)汽輪機(jī)。當(dāng)主汽門誤關(guān)閉，或機(jī)爐保護(hù)動作關(guān)閉主汽門而出口斷路器未跳閘時(shí)，發(fā)電機(jī)變成電動機(jī)運(yùn)行，要從電力系統(tǒng)吸收有功功率，使汽輪機(jī)尾部葉片過熱，因而造成汽輪機(jī)事故。大機(jī)組均不允許在此狀態(tài)下長期運(yùn)行，一般只允許運(yùn)行幾分鐘。為保護(hù)汽輪機(jī)，必須裝設(shè)逆功率保護(hù)。

4. 非全相運(yùn)行保護(hù)

變壓器220KV及以上高壓側(cè)的斷路器，多為分相操作的斷路器，常由于誤操作或機(jī)械方面的原因，使三相不能同時(shí)合閘或跳閘，或在正常運(yùn)行中突然一相跳閘。這種運(yùn)行工況，將在發(fā)電機(jī)中流過負(fù)序電流，對于在系統(tǒng)中占有重要地位的電力變壓器，當(dāng)220KV及以上電壓側(cè)為分相操作的斷路器時(shí)，要求裝設(shè)非全相運(yùn)行保護(hù)。

5. 斷路器失靈保護(hù)

按照遠(yuǎn)后備的原則，升壓變壓器高壓側(cè)斷路器拒動時(shí)，應(yīng)由相鄰元件的后備保護(hù)切除故障，切除故障的時(shí)間長，而且可能把全部電源元件切除。因此，大機(jī)組都應(yīng)當(dāng)裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)，用以在斷路器失靈時(shí)切除故障。每一母線的全部連接元件裝設(shè)一套公用的斷路器失靈保護(hù)。發(fā)電機(jī)大部分采用水冷方式。為防止發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水中斷時(shí)，造成發(fā)電機(jī)定子線圈過熱甚至燒毀定子繞組，必須裝設(shè)反應(yīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水中斷的保護(hù)。

主變壓器由于容量較大，大多采用強(qiáng)油風(fēng)冷的冷卻方式。運(yùn)行中由于某些原因造成冷卻器全停時(shí)，將使變壓器油溫迅速升高，嚴(yán)重威脅變壓器的絕緣和使用壽命。為此必須裝設(shè)主變冷卻器全停保護(hù)，用以監(jiān)視變壓器上層油溫，確保變壓器的安全運(yùn)行。

結(jié)論：

線路發(fā)生故障時(shí)，線路中的電流會增大，電流大于保護(hù)的整定值時(shí)，電流保護(hù)動作切除故障，這種反映電流幅值升高而動作的保護(hù)裝置是電氣系統(tǒng)的主要繼電保護(hù)。電流保護(hù)為電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)，電流三段式保護(hù)，單側(cè)電源供電線路，在每回線路的電源側(cè)均安裝有電流速斷保護(hù)。當(dāng)輸電線路上發(fā)生短路時(shí)，動作電流按躲過被保護(hù)線路末端短路時(shí)的最大短路電流整定，使其保護(hù)范圍限制在被保護(hù)線路的內(nèi)部，保證了選擇性，可以瞬間切除故障，流過保護(hù)安裝地點(diǎn)的短路路電流。

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