王昭杰

（國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司布連電廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200）

我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，推動了我國電力事業(yè)的不斷發(fā)展和電氣設(shè)備技術(shù)的不斷提升，同時為電力系統(tǒng)中電力設(shè)備的應(yīng)用及其質(zhì)量水平的提升提供了良好的支持。值得注意的是，隨著電力事業(yè)的發(fā)展，人們對電力能源的需求也在不斷增長，因此，為更好地滿足人們?nèi)找嬖鲩L的電力能源需求，就需要具有更高性能的電廠發(fā)電機(jī)和各種變壓器設(shè)備進(jìn)行支持。其中，電廠發(fā)電機(jī)與變壓器的保護(hù)裝置是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定工作和應(yīng)用的重要結(jié)構(gòu)部分，在整個電廠的正常生產(chǎn)和運行中具有十分重要的作用與影響。為此，下文將通過對電廠發(fā)電機(jī)變壓器的繼電保護(hù)重要性分析，結(jié)合其繼電保護(hù)的具體要求和目標(biāo)任務(wù)，從電廠發(fā)電機(jī)變壓器的保護(hù)原理出發(fā)，對其繼電保護(hù)的主要方式及應(yīng)用進(jìn)行研究，以供參考。

1 電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)的重要性分析

電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)，是以發(fā)電機(jī)變壓器等電力設(shè)備的正常工作和運行維持為主要目的，通過對電廠的重要電力設(shè)備安全與穩(wěn)定工作運行的有效維持，來確保電廠電力系統(tǒng)在生產(chǎn)與運行中的正常電力輸出，從而實現(xiàn)整個電網(wǎng)供電運行的安全性和可靠性支持。此外，電廠發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)具有較為突出的安全性、靈敏性、可靠性、選擇性與快速性特征，能夠在電廠生產(chǎn)運行中根據(jù)發(fā)電機(jī)的工作運行狀態(tài)，在發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障的情況下，通過繼電保護(hù)裝置在最短時間內(nèi)實現(xiàn)故障機(jī)組的快速切斷和處理，從而對周圍線路以及電廠發(fā)電機(jī)組的正常運行進(jìn)行支持，為電廠的電力生產(chǎn)和運行提供支持。其中，電廠發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置在對故障發(fā)電機(jī)進(jìn)行運行切斷，并對故障情況進(jìn)行有效處理與恢復(fù)后，還能夠在電廠生產(chǎn)與運行中進(jìn)行運行使用，對電廠生產(chǎn)和運行的經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益提升提供有利的保障。由此可見，電廠發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)不僅能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)變壓器等重要電力設(shè)備的正常運行進(jìn)行維持，而且在實現(xiàn)周圍線路以及電力設(shè)備的安全運行以及確保電力系統(tǒng)的電力正常輸出等方面，均具有十分重要的作用和意義，應(yīng)引起重視。

2 電廠發(fā)電機(jī)變壓器的繼電保護(hù)具體要求和任務(wù)

根據(jù)電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)的重要性，在進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的設(shè)計和應(yīng)用中，需要結(jié)合電廠的實際情況，對發(fā)電機(jī)變壓器的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行合理配備和設(shè)計應(yīng)用，并且確保對繼電保護(hù)及其裝置設(shè)計與我國電力裝置繼電保護(hù)的設(shè)計規(guī)范要求相符合，從電廠繼電保護(hù)設(shè)計的基本原則出發(fā)，對其進(jìn)行合理設(shè)計和布置應(yīng)用，從而確保繼電保護(hù)在電廠生產(chǎn)與電力系統(tǒng)運行中的功能和作用的發(fā)揮。此外，在對電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)的設(shè)計中，根據(jù)當(dāng)前我國電廠繼電保護(hù)設(shè)計的有關(guān)要求和規(guī)定，以220kV 變電站線路的保護(hù)設(shè)計為例，在具體設(shè)計中應(yīng)避免采用單一保護(hù)模式進(jìn)行設(shè)計和應(yīng)用，而是需要通過對多種不同保護(hù)方式的綜合設(shè)計與運用，即電力系統(tǒng)的線路保護(hù)以及母線保護(hù)、開關(guān)保護(hù)等，從而對電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)需求進(jìn)行滿足，并確保其各項保護(hù)設(shè)計與技術(shù)應(yīng)用可靠，能夠在相關(guān)元件受到損壞的情況下，仍能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣設(shè)備與線路運行的有效保護(hù)，從而避免電力系統(tǒng)故障對電網(wǎng)供電運行以及電廠生產(chǎn)的不利影響。對電廠發(fā)電機(jī)變壓器的繼電保護(hù)設(shè)計和應(yīng)用中，還應(yīng)注意在電力系統(tǒng)的電路或設(shè)備出現(xiàn)故障時，能夠通過保護(hù)裝置中的報警提示系統(tǒng)，對其故障情況進(jìn)行及時報警和提示，并確保報警提示信息的準(zhǔn)確性，以滿足電廠發(fā)電機(jī)變壓器的保護(hù)需求。

電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)裝置在電廠生產(chǎn)和運行中，以對供電系統(tǒng)的故障元件進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的識別并進(jìn)行隔離處理為主要目標(biāo)和任務(wù)，從而實現(xiàn)對故障元件的危害和影響控制，降低其在電力系統(tǒng)供電運行中的破壞性作用，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)正常供電與穩(wěn)定運行的有效支持。在電力系統(tǒng)的保護(hù)裝置設(shè)計與應(yīng)用過程中，一旦發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中某一元件或電氣設(shè)備的運行存在異常，就可以利用保護(hù)裝置對工作人員進(jìn)行提醒，并在對故障元件及電氣設(shè)備的正確處理下，減小故障對電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運行的不利影響。除上述功能及作用外，電廠發(fā)電機(jī)變壓器的繼電保護(hù)裝置還能夠在電廠的電力系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障的情況下，根據(jù)實際情況，通過對故障部位的有效保護(hù)和隔斷處理等，對電力系統(tǒng)的正常運行進(jìn)行支持，并促進(jìn)故障電氣設(shè)備或元器件在短時間內(nèi)恢復(fù)供電，從而對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行與電廠正常生產(chǎn)進(jìn)行支持。

3 電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)的原理分析

結(jié)合電廠發(fā)電機(jī)變壓器的繼電保護(hù)設(shè)計與應(yīng)用情況，對其保護(hù)原理和特點，可以從以下幾個方面進(jìn)行分析。

（1）電廠發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)的硬件設(shè)施工藝水平較高，能夠?qū)τ布p壞導(dǎo)致的保護(hù)誤動情況進(jìn)行有效避免，并促進(jìn)繼電保護(hù)裝置的功能和作用充分發(fā)揮。由于電廠發(fā)電機(jī)變壓器的保護(hù)裝置設(shè)計和應(yīng)用中，均進(jìn)行高速數(shù)字信號處理器（DSP）以及32 位高性能的處理器配置應(yīng)用，并且對保護(hù)裝置運行中的各CPU 負(fù)荷率設(shè)定均低于60%；此外，為確保電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)裝置的良好硬件工藝與設(shè)備性能，還對其保護(hù)裝置的人機(jī)交互界面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，使其在必要的參數(shù)監(jiān)視與功能支持下，通過輔助性功能單元與電源裝置對數(shù)字式的繼電保護(hù)運行進(jìn)行支持，以滿足保護(hù)裝置各硬件設(shè)備的基本性能需求。除上述情況外，對電廠發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)的各項硬件設(shè)施均采用標(biāo)準(zhǔn)化組件設(shè)計，并對其保護(hù)裝置中應(yīng)用的各元器件均進(jìn)行了嚴(yán)格的抗老化篩查和選擇，從而在各結(jié)構(gòu)模塊的合理設(shè)置下，對其在電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)中的良好運行進(jìn)行支持。

（2）具有良好的人機(jī)交互界面。電廠發(fā)電機(jī)變壓器的保護(hù)裝置設(shè)計中，需要根據(jù)其保護(hù)原理和人機(jī)交互程序要求，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和計算分析基礎(chǔ)上，對其各項保護(hù)設(shè)備的配置以及電氣參數(shù)設(shè)置進(jìn)行合理控制，從而對電廠發(fā)電機(jī)變壓器的多項保護(hù)需求進(jìn)行滿足，并確保其人機(jī)交互界面的友好性。

（3）電廠發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)的原理較簡單且保護(hù)作用可靠。與電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)裝置的硬件設(shè)施相比，其保護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計是采用模塊化設(shè)計方法，來實現(xiàn)各種不同的配置標(biāo)準(zhǔn)和要求，并為保護(hù)裝置軟件系統(tǒng)的運行和維護(hù)提供相應(yīng)的便利性支持。其中，在進(jìn)行電廠發(fā)電機(jī)變壓器的保護(hù)裝置軟件系統(tǒng)設(shè)計中，需要注意對糾錯與防錯措施的設(shè)置和應(yīng)用，從而滿足保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)運行保護(hù)中的方式多樣性和靈活性，并通過對各項資源設(shè)施的有效整合與利用，促進(jìn)其保護(hù)功能和作用效果提升。比如，針對保護(hù)裝置在運行過程中容易受到多種因素的干擾影響，就需要在具體安裝和調(diào)配應(yīng)用中，做好全面的檢查與防范保護(hù)，從而促進(jìn)其在電廠發(fā)電機(jī)變壓器運行中的保護(hù)功能和作用發(fā)揮。

4 電廠發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)方式研究

4.1 電廠發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)以及主要方式分析

結(jié)合電廠發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的設(shè)計和應(yīng)用，對其繼電保護(hù)方式主要包含電量保護(hù)和非電量保護(hù)兩種不同的保護(hù)功能與類型。其中，在電廠發(fā)電機(jī)的各種繼電保護(hù)中，有差動保護(hù)、裂相橫差保護(hù)、失磁保護(hù)、頻率保護(hù)、定子接地保護(hù)、失步保護(hù)、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)、過電壓保護(hù)、啟停機(jī)保護(hù)、誤上電保護(hù)等保護(hù)類型。下文將以橫差保護(hù)、縱差保護(hù)、逆功率保護(hù)、單相接地保護(hù)等幾種常見的發(fā)電機(jī)保護(hù)類型為主，對其保護(hù)實現(xiàn)的主要方式進(jìn)行分析。

4.1.1 橫差保護(hù)

電廠發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)設(shè)計中，橫差保護(hù)的實現(xiàn)是通過對兩個支路之間的電流差反應(yīng)的有效利用，來進(jìn)行發(fā)電機(jī)定子繞組匝間的短路保護(hù)。一般情況下，橫差保護(hù)在發(fā)電機(jī)保護(hù)設(shè)計中應(yīng)用，是通過在各相間分別進(jìn)行兩個電流互感器與一個繼電器設(shè)備的安裝應(yīng)用，使其形成獨立的保護(hù)系統(tǒng)，以對發(fā)電機(jī)運行進(jìn)行有效保護(hù)；或者是通過對能夠進(jìn)行多個中性點引出定子繞組的中性點引出線位置處進(jìn)行零序電流互感器增設(shè)等方式，使其形成單元件或多元件的橫差保護(hù)，以發(fā)揮其保護(hù)功能和作用。

4.1.2 縱差保護(hù)

該保護(hù)方式是針對發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路的一種有效保護(hù)，它能夠在無延時情況下對保護(hù)范圍內(nèi)的短路線路進(jìn)行有效切斷處理，從而對發(fā)電機(jī)運行進(jìn)行保護(hù)。這種保護(hù)方式在1MW 及以上容量的發(fā)電機(jī)保護(hù)中應(yīng)用，具有較高的適用性。

4.1.3 逆功率保護(hù)

該保護(hù)方式是用于對動作斷路器的跳閘保護(hù)，它在具體設(shè)計和應(yīng)用中，需要通過對三相電壓與二相電流信號進(jìn)行采集，來實現(xiàn)其保護(hù)功能和作用發(fā)揮。以電力系統(tǒng)中并網(wǎng)運行的汽輪發(fā)電機(jī)及其保護(hù)情況為例，在發(fā)電機(jī)的主汽門關(guān)閉后，會在電網(wǎng)運行中作為同步電機(jī)進(jìn)行運行應(yīng)用，即通過對有功功率的吸收對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動進(jìn)行支持，并向系統(tǒng)發(fā)送無功功率信號。值得注意的是，在上述發(fā)電機(jī)的工作運行中，由于汽輪發(fā)電機(jī)的主汽門關(guān)閉，會導(dǎo)致其電機(jī)尾部的葉片和殘留蒸汽之間因相互摩擦形成鼓風(fēng)損耗，在長期過熱運行條件下發(fā)生損傷，而逆功率保護(hù)就是針對汽輪發(fā)電機(jī)運行中的上述損傷情況進(jìn)行有效預(yù)防和保護(hù)。

4.1.4 單相接地保護(hù)

電廠發(fā)電機(jī)的單相接地保護(hù)包含定子接地保護(hù)和轉(zhuǎn)子接地保護(hù)兩種情況。其中，定子繞組接地保護(hù)，在具體設(shè)計和應(yīng)用中可通過零序電流實現(xiàn)定子接地保護(hù)或者是通過零序電壓、利用三次諧波電壓等不同方式實現(xiàn)；而轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的設(shè)計和應(yīng)用，多是利用乒乓式開關(guān)切換的原理實現(xiàn)，在對兩個不同的接地回路方程進(jìn)行求解計算基礎(chǔ)上，對轉(zhuǎn)子接地電阻的阻值以及接地位置進(jìn)行確定，以滿足其接地保護(hù)的需求。

4.2 電廠變壓器的繼電保護(hù)及主要方式分析

在電廠變壓器的繼電保護(hù)設(shè)計和保護(hù)方式選擇中，根據(jù)實際情況主要包含對廠用變壓器與主變壓器的繼電保護(hù)設(shè)計和應(yīng)用。其中，在電廠變壓器的繼電保護(hù)設(shè)計中，其保護(hù)方式一般包含差動保護(hù)以及重瓦斯保護(hù)、零序保護(hù)、低壓側(cè)接地保護(hù)、溫度升高保護(hù)、低壓過流保護(hù)等不同的保護(hù)組成。對電廠變壓器繼電保護(hù)的設(shè)計和應(yīng)用中，通過在保護(hù)裝置中配備差動保護(hù)與零序保護(hù)（如圖1 所示，為變壓器差動保護(hù)的結(jié)構(gòu)原理示意圖），能夠?qū)χ髯儔浩鞯牧己眠\行實現(xiàn)較好的保護(hù)和支持；而對主變壓器的繼電保護(hù)設(shè)置和廠用變壓器繼電保護(hù)的管理中，則是以工控機(jī)作為單元進(jìn)行管理實現(xiàn)，并且能夠?qū)ζ渫獠拷泳€流程進(jìn)行優(yōu)化。此外，值得注意的是對變壓器繼電保護(hù)的設(shè)計和應(yīng)用。為實現(xiàn)對保護(hù)裝置的有效管理和維護(hù)，在具體設(shè)置中還可以通過對廠用變壓器繼電保護(hù)裝置中高壓開關(guān)柜保護(hù)設(shè)施的拆除，來滿足其有關(guān)要求；對主變壓器的保護(hù)屏周圍進(jìn)行原有的保護(hù)屏安裝和應(yīng)用，在和單元管理相互配合下，也能夠?qū)ψ儔浩鞯倪\行及其保護(hù)需求進(jìn)行滿足，同時實現(xiàn)變壓器繼電保護(hù)裝置的成本控制，提升電廠生產(chǎn)與運行的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 變壓器差動保護(hù)

以電廠變壓器繼電保護(hù)中的速動油壓繼電器保護(hù)為例，該保護(hù)裝置是通過對特定故障下變壓器油箱內(nèi)部壓力的瞬時升高變化進(jìn)行感應(yīng)，以結(jié)合油箱內(nèi)事故引起的動態(tài)壓力增長進(jìn)行保護(hù)動作開展。即在變壓器運行故障發(fā)生后，會導(dǎo)致油箱內(nèi)的壓力快速上升，在壓力升高到繼電器的保護(hù)動作限定范圍時，就會通過繼電器的壓力開關(guān)動作，對變壓器運行進(jìn)行控制，從而避免故障及問題對變壓器的安全與可靠運行產(chǎn)生的不利影響。需要注意的是，速動油壓繼電器保護(hù)在實際應(yīng)用中，雖然其動作速度與壓力釋放閥相比較快，但并不能實現(xiàn)油箱內(nèi)壓力的完全釋放，因此，在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行合理選擇。

5 結(jié)束語

總之，發(fā)電機(jī)與變壓器作為電廠生產(chǎn)運行中兩個重要設(shè)備和電力系統(tǒng)的核心部件，對電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)原理及其繼電保護(hù)方式進(jìn)行研究，有利于促進(jìn)電廠發(fā)電機(jī)變壓器的安全與穩(wěn)定工作運行，從而對電廠的正常生產(chǎn)以及電力系統(tǒng)可靠運行進(jìn)行支持。需要注意的是，在進(jìn)行電廠發(fā)電機(jī)變壓器的繼電保護(hù)設(shè)置與應(yīng)用中，應(yīng)嚴(yán)格按照其繼電保護(hù)的配置與設(shè)計原則進(jìn)行合理的保護(hù)方式選擇和應(yīng)用，從而滿足其在電廠發(fā)電機(jī)變壓器運行的保護(hù)需求，為電廠的生產(chǎn)運行及其效益提升提供支持。