牟超

摘要：電力企業(yè)在不斷發(fā)展的過程中，電力設(shè)備的運行效率有了很大的提升， 這也得益于人們對電力能源的大量需求.鑒于社會生產(chǎn)活動對電力能源的需求量在不斷增大， 這為我國的電力企業(yè)發(fā)展提供了動力。面臨這種發(fā)展形勢， 對電力系統(tǒng)的運行帶來較大壓力， 此時就突出了變壓器保護裝置的重要性.在電廠發(fā)電過程中， 變壓器的保護以及繼電保護裝置均是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵內(nèi)容。本文， 就針對電廠發(fā)電機變壓器保護原理以及繼電保護措施進行探討， 希望可以全面提升電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 發(fā)電機;變壓器;繼電保護

1 電廠發(fā)電機繼電保護的必要性

對發(fā)電機進行繼電保護最為根本的目的是為了維持發(fā)電機的正常運作，以保證正常的電力輸出，維持整個電網(wǎng)穩(wěn)定運行。發(fā)電機的繼電保護具有安全性、選擇性、迅速性、可靠性和靈敏性五大性能。當發(fā)電機出現(xiàn)故障時，繼電保護裝置就會在最短的時間內(nèi)盡快切除故障機組，不影響周圍的線路及發(fā)電機運行。在故障排除后，發(fā)電機又可以正常地使用。由此可以看出，繼電保護不僅是為了維持發(fā)電機的正常運行，也是為了保證周圍線路及設(shè)備的安全，為盡快恢復(fù)正常的電力輸出提供良好的條件。

發(fā)電機的繼電保護方式主要有三種，分別是縱差保護、橫差保護和接地保護。

①縱差保護主要針對于發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)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(nèi)的各種短路線路，并同時不影響發(fā)電機的過負荷和系統(tǒng)振蕩，非常適用于容量在1MW以上的發(fā)電機保護中。②橫差保護是利用兩個支路電流差的反應(yīng)，來實現(xiàn)對發(fā)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(xiàn)：一是在每相裝設(shè)兩個電流互感器和一個繼電器，以形成單獨的保護系統(tǒng);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(shè)零序電流互感器的方法，構(gòu)成單元件橫差或多元件橫差保護。③單相接地保護主要有四種實現(xiàn)方式，分別是發(fā)電機定子繞組單相接地、利用零序電流構(gòu)成定子接地保護、利用零序電壓構(gòu)成定子接地保護或利用三次諧波電壓構(gòu)成定子接地保護。

2 電廠發(fā)電機變壓器保護原理

（1）定子接地繼電保護原理。相間短路、匝間短路和兩點接地短路等狀況的發(fā)生，是由于電廠發(fā)動機變壓器定子單相接地引發(fā)的。變壓器甚至整個電廠的運行狀況，都會受到變壓器短路狀況的影響，導(dǎo)致電廠生產(chǎn)效率降低，降低變壓器運行安全性。高阻通常設(shè)置于定子接地繼電保護的中性點，暫態(tài)過電壓會通過變壓器進行有效限制，實現(xiàn)統(tǒng)一保護系統(tǒng)的建立。那么變壓器定子單相接地故障出現(xiàn)時，變壓器就可以受到有效保護，防止故障范圍的擴大引發(fā)的電力事故。

（2）繼電保護的原則。電能由動能和水位能轉(zhuǎn)化而來，水流狀況和地形狀況等因素，會對發(fā)電形式產(chǎn)生影響，這也是導(dǎo)致火電廠和水電廠發(fā)電差異的主要原因。發(fā)電機和變壓器的接線連接，是水電廠發(fā)電的主要形式，20MW-100MW為發(fā)電機的容量范圍，一般比火電廠的發(fā)電機容量小。為了保障一臺變壓器能夠與多臺發(fā)電機進行有效連接，可以在繼電保護中采用擴大單元接線的方式，并由斷路器在母線上進行并聯(lián)處理。

（3）電廠發(fā)電機變壓器保護配置

①發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子保護配置。轉(zhuǎn)子接地保護和定子接地保護，是發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子保護配置的兩種主要形式。在進行定子接地保護配置時，發(fā)電機大部分定子繞組的接地保護由基波零序電壓實現(xiàn)，中性點附近定子繞組的接地保護由三次諧波電壓實現(xiàn)。為了滿足發(fā)電機對于保護配置的要求，應(yīng)該對定子獨立出口回路進行確定，因此需要對三次諧波和零序電壓進行分析和研究。當一點接地故障出現(xiàn)在勵磁回路當中，故障未發(fā)生在發(fā)電機中，二點接地會導(dǎo)致發(fā)電機故障，此時就應(yīng)該采用轉(zhuǎn)子保護配置。繼電保護裝置能夠?qū)σ稽c接地故障位置進行判斷，并對接地電阻進行計算，以便于工作人員進行及時處理。

②變壓器的繼電保護配置。廠用變壓器和主變壓器是電廠變壓器的兩種主要類型。零序、差動、溫度升高、重瓦斯、低壓側(cè)接地、溫度過高和低壓過流等，是主變壓器繼電保護配置的主要組成。保護配置中設(shè)置差動速斷保護和間隙零序過流，能夠?qū)χ髯儔浩髌鸬搅己玫谋Ｗo作用。在主變壓器繼電保護配置與廠用變壓器繼電保護配置的管理中，以工控機作為單元管理機，能夠?qū)崿F(xiàn)外部接線流程的優(yōu)化。為了便于維護和管理保護裝置，可以拆除廠用變壓器繼電保護中高壓開關(guān)柜中的保護配置。在主變壓器保護屏附近安裝原來的保護屏，實現(xiàn)單元管理機的共用，滿足變壓器運行需求的同時，能夠降低繼電保護配置成本，有利于提升電廠的經(jīng)濟效益。

3 電廠發(fā)電機變壓器繼電保護方式

3.1 水電廠發(fā)電機定子接地繼電保護的原理

當水電廠發(fā)電機中的定子單相接地極有可能會發(fā)展成為匝間短路、相間短路和兩點接地短路。一旦發(fā)生短路，就會影響整個發(fā)電機的正常運轉(zhuǎn)，進而影響整個電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行，所以其繼電保護通常都是在其中性點設(shè)置高阻，即通過接地變壓器來限制暫態(tài)過電壓或以相同的原理建立一個保護系統(tǒng)。當定子繞組單相接地出現(xiàn)故障時，能夠?qū)Πl(fā)電機的系統(tǒng)進行100%的保護，如當故障發(fā)生時，能夠立即反應(yīng)并進行自動跳閘，以實現(xiàn)保護的目的。

3.2 遵循水電廠繼電保護的基本原則

水電廠是將水的位能和動能轉(zhuǎn)化為電能的工廠，因位置、徑流的不同，其具體的形式也是不同的。與火電廠不同，大多數(shù)水電廠是采用發(fā)電機和變壓器接線連接的方式，但需要注意的是，大多水電廠的發(fā)電機容量都以小型為主（容量在25MW）。一般采用擴大單元接線，將幾臺小型的發(fā)電機共用一臺變壓器，然后經(jīng)斷路器后并聯(lián)于母線上。而大型水電廠一般采用單元接線，且大多設(shè)置有發(fā)電機出口斷路器，一般水電廠的發(fā)電機和變壓器的繼電保護配置是分開的，通常采用雙套保護配置。

結(jié)論：隨著電力需求的持續(xù)增長，發(fā)電機變壓器在電廠中的重要性越來越突出，只有加強其繼電保護原理與方式的研究，才能夠逐步提升其保護性能，防止各類故障引發(fā)的電力事故。未來發(fā)電機變壓器繼電保護會朝著微機化、智能化、網(wǎng)絡(luò)信息化和多功能一體化方向發(fā)展，應(yīng)該加強技術(shù)與設(shè)備的引進，逐步提升繼電保護裝置的性能，為電廠生產(chǎn)工作奠定基礎(chǔ)。

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