電廠發(fā)電機變壓器保護(hù)原理及繼電保護(hù)方式研究

宋芝貴

摘 要：伴隨著科技的進(jìn)步，我們國家的電力設(shè)施、設(shè)備在設(shè)計、制造、維護(hù)保養(yǎng)、檢修與使用方面積累了豐富經(jīng)驗，也取得了相當(dāng)可喜的成就，這為日后進(jìn)一步研發(fā)、創(chuàng)新、設(shè)計和使用電力設(shè)施、設(shè)備提供了寶貴經(jīng)驗。為適應(yīng)各行各業(yè)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(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能提出了更高的要求。本文著重論述了發(fā)電機和變壓器的繼電保護(hù)原理與保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機;變壓器;繼電保護(hù)及裝置

一：對電廠發(fā)電機、變壓器進(jìn)行繼電保護(hù)的必要性和重要性

可靠而有效的繼電保護(hù)裝置，才能使發(fā)電機、變壓器和電網(wǎng)達(dá)到高效、穩(wěn)定、安全地運行，從而保障了電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的可靠性，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、城鄉(xiāng)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(fā)電機、變壓器是確保電力系統(tǒng)為用戶提供高質(zhì)量電能的關(guān)鍵設(shè)備，特別是發(fā)電機的安全運行對電力系統(tǒng)正常運行、特別是系統(tǒng)中的電網(wǎng)的正常運行和提高供電質(zhì)量起著關(guān)鍵性的決定作用。所以，一切應(yīng)從實際出發(fā)，綜合考量系統(tǒng)設(shè)備在運行中可能出現(xiàn)的故障因數(shù)，結(jié)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(hù)裝置，特別是選擇微機保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)電機、變壓器異常運行時，能及時地被發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而提醒運維人員采取措施，消除隱患;一旦發(fā)生故障，能夠快速、有效、并有選擇性的切除故障設(shè)備，保證其它設(shè)備不受此影響。待故障排除后，設(shè)備又可以并入系統(tǒng)運行，從而保障了電網(wǎng)有充足的電能提供給用戶。因此，對發(fā)電機、變壓器進(jìn)行繼電保護(hù)十分必要，也相當(dāng)重要。

二：對發(fā)電機、變壓器繼電保護(hù)裝置的技術(shù)要求

隨著科技的不斷進(jìn)步，電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、自動化技術(shù)、芯片技術(shù)、人工智能等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，進(jìn)而推動了發(fā)電機保護(hù)產(chǎn)品、變壓器保護(hù)產(chǎn)品及其它繼電保護(hù)產(chǎn)品的快速發(fā)展，從而加快了繼電保護(hù)產(chǎn)品的更行換代的步伐。為各行各業(yè)開發(fā)出來的繼電保護(hù)產(chǎn)品更加適用于用戶的各種需求，像遠(yuǎn)程集中控制、智能在線檢查、診斷、維護(hù)等技術(shù)的運用，很受用戶歡迎。同時，也由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、城鄉(xiāng)居民日常生活等方面對電能質(zhì)量要求的不斷提高，客觀上也促進(jìn)了繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)電機、變壓器繼電保護(hù)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(yīng)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(shè)計和規(guī)劃電力系統(tǒng)繼電保護(hù)時，要調(diào)查研究，要充分考慮地形地貌等環(huán)境因素的影響，要考慮到電廠的實際情況，并結(jié)合以往所取得的成功經(jīng)驗;同時，也要遵循和參考國家關(guān)于電力行業(yè)的設(shè)計文件，依據(jù)國家相關(guān)行業(yè)的規(guī)程規(guī)范要求，綜合考慮、綜合布局，選擇最優(yōu)、最經(jīng)濟(jì)、最實用的方案。

在布局發(fā)電機、變壓器的繼電保護(hù)時，尤其要做到保護(hù)措施科學(xué)、多樣、務(wù)實、高效，設(shè)備異常運行能及時預(yù)警，設(shè)備故障時能精準(zhǔn)、快速地進(jìn)行切除，不干擾、不破壞其它線路和設(shè)備。

三：電廠發(fā)電機繼電保護(hù)的主要方式及原理

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

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

下面就湖南湘投高灘發(fā)電有限公司的發(fā)電機差動保護(hù)、定子接地保護(hù)、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)、失磁保護(hù)進(jìn)行介紹：

1、發(fā)電機差動保護(hù)。

發(fā)電機定子繞組發(fā)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(fā)火災(zāi)，燒毀電纜。而采用發(fā)電機差動保護(hù)可以避免事故的擴(kuò)大，保護(hù)了發(fā)電機其它繞組、鐵芯和電纜。

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

1）：發(fā)電機比率制動差動保護(hù)原理：

高電公司發(fā)電機比率制動差動保護(hù)，采用傳統(tǒng)的兩折線比率制動差動保護(hù)，是

發(fā)電機的主保護(hù)。主要反映發(fā)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(fā)電機正常運行時，差動回路無差流。只有發(fā)電機內(nèi)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(hù)了發(fā)電機，避免了事故進(jìn)一步地擴(kuò)大。 這里需要注意的是，發(fā)電機差動保護(hù)范圍外部短路時，發(fā)電機比率制動差動保護(hù)是不會動作的。

2）：發(fā)電機差動速斷保護(hù)原理：

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

2、發(fā)電機定子接地保護(hù)。

如果發(fā)電機發(fā)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(fā)電機長時間運行，因而會對繞組和鐵芯的絕緣造成破壞，嚴(yán)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(fā)電有限公司的三次諧波定子接地保護(hù)，采樣信號取自發(fā)電機機端電壓互感器開口三角形繞組?；阈螂妷憾ㄗ咏拥乇Ｗo(hù)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(hù)，有兩段定值，一個是零序電壓定值，基波零序電壓達(dá)到該定值時，基波零序電壓定子接地保護(hù)動作于信號;另一個是零序電壓高定值，基波零序電壓達(dá)到該定值時，基波零序電壓定子接地保護(hù)動作于跳閘（跳發(fā)電機出口開關(guān)）。

3、發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)。

由于發(fā)電機不容許兩點接地。因為，兩點接地將嚴(yán)重威脅到發(fā)電機的安全。一旦發(fā)生兩點接地，保護(hù)將跳開發(fā)電機斷路器。而轉(zhuǎn)子一點接地，雖然不會對發(fā)電機造成危害，但可以預(yù)警，以提示運維人員適當(dāng)時候采取措施。

4、發(fā)電機頻率保護(hù)。

發(fā)電機頻率過低或過高都會對發(fā)電機設(shè)備造成破壞，因此，對發(fā)電機進(jìn)行頻率保護(hù)十分必要。

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

四：電廠主變和廠變繼電保護(hù)的主要方式及原理

對電廠主變進(jìn)行繼電保護(hù)，其主要目的是為了保證發(fā)電機輸出的電能能夠安全、可靠地通過主變輸入到電網(wǎng)中去。電廠主變是聯(lián)系發(fā)電機與電網(wǎng)的橋梁，是電網(wǎng)得到電能補充的唯一通道。若主變一旦發(fā)生故障，將會危害到電網(wǎng)的安全運行，給供電的可靠性帶來嚴(yán)重影響。對主變進(jìn)行繼電保護(hù)，就是為了在主變異常運行時，能及時預(yù)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(fù)供電。

湖南湘投高灘發(fā)電有限公司主變保護(hù)裝置，采用的是許繼電氣股份有限公司生產(chǎn)的WBH-812A、WBH-818A/H、WBH-818A/L、WBH-819A保護(hù)裝置。主變保護(hù)方式有變壓器差動保護(hù)、變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)、變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)、變壓器非電量保護(hù)。變壓器非電量保護(hù)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(cè)后備保護(hù)有高壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)、零序過流保護(hù)、過負(fù)荷等等。變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)有低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)、零序過流保護(hù)、過負(fù)荷等。

對電廠廠變進(jìn)行繼電保護(hù)，湖南湘投沅陵高電公司廠變?yōu)楦墒阶儔浩鳎^電保護(hù)配置有過流保護(hù)、接地保護(hù)、低電壓保護(hù)等，繼電保護(hù)的主要目的在于，保證400V低壓系統(tǒng)供電的可靠性，主要確保線路、機組相關(guān)設(shè)備的可靠用電。

下面就湖南湘投高灘發(fā)電有限公司變壓器差動保護(hù)、變壓器非電量保護(hù)進(jìn)行介紹：

1、變壓器差動保護(hù)。

WBH-812A微機變壓器保護(hù)裝置，是許繼電氣股份有限公司生產(chǎn)的變壓器差動保護(hù)裝置。本裝置中主保護(hù)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(hù)采樣信號的獲取。采樣信號取自高壓室變壓器低壓側(cè)電流互感器三相電流，以及開關(guān)站變壓器高壓側(cè)電流互感器三相電流。

變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)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(hù)采用的是微機保護(hù)，采樣電流輸入到微機保護(hù)裝置后，在進(jìn)行差動計算時，由微機軟件對相應(yīng)側(cè)電流進(jìn)行相位校準(zhǔn)及電流補償。

1）：變壓器比率制動差動保護(hù)。

變壓器差動保護(hù)是變壓器的主保護(hù)。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(nèi)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(cè)開關(guān)，從而保護(hù)了變壓器，避免了故障進(jìn)一步擴(kuò)大。這里需要注意的是，變壓器差動保護(hù)范圍外部短路時，變壓器比率制動差動保護(hù)是不會動作的。

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

2、變壓器非電量保護(hù)

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

1）：變壓器本體輕瓦斯。變壓器油箱里面若發(fā)生輕微性的故障時，變壓器本體輕瓦斯會動作。發(fā)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(yīng)根據(jù)實際情況作出科學(xué)判斷。

2）：變壓器本體重瓦斯。變壓器油箱里面（變壓器內(nèi)部）若發(fā)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(fā)出“重瓦斯”信號，并跳開變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)斷路器（若有中壓側(cè)，還要跳開中壓側(cè)斷路器），將故障變壓器從系統(tǒng)中切除。

3）：變壓器壓力釋放。湖南湘投高灘發(fā)電有限公司兩臺主變采用的是全密封式。若變壓器油箱內(nèi)發(fā)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(nèi)部壓力迅速增大，當(dāng)壓力達(dá)到壓力釋放閥整定值時，壓力釋放閥打開，泄壓，從而保護(hù)了變壓器油箱不炸裂、不變形。同時，發(fā)信并動作于跳變壓器各側(cè)開關(guān)。壓力釋放閥動作后，能可靠關(guān)閉。

五：結(jié)束語。

改革開放后，特別是近年來，在黨中央的正確領(lǐng)導(dǎo)下，無論農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、教育、科研等行業(yè)都得到了很好的發(fā)展，因而對電力需求越來越大，對供電質(zhì)量也提出了新的要求。作為電力生產(chǎn)企業(yè)，如何保證電廠發(fā)電機、變壓器等主設(shè)備安全、可靠、長時間運行就愈發(fā)顯得十分重要。電力生產(chǎn)企業(yè)除了要保證主設(shè)備本身的質(zhì)量外，還希望得到、用到先進(jìn)、可靠、綜合智能的繼電保護(hù)裝置。這就要求電力科研部門加大經(jīng)費投入、人才培養(yǎng)和引進(jìn)、整合和優(yōu)化資源，將新材料、新理論、新工藝、新方法運用到對繼電保護(hù)技術(shù)的開發(fā)中，加快對繼電保護(hù)技術(shù)的研究、改進(jìn)和創(chuàng)興，盡快地向社會所需行業(yè)提供能適用各種環(huán)境要求的和高質(zhì)量的產(chǎn)品來，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展保駕護(hù)航。