電廠發(fā)電機變壓器保護原理及繼電保護方式分析

欒斌

【摘 ?要】我國市場經(jīng)濟在穩(wěn)步、健康發(fā)展的同時，各個行業(yè)的用電需求逐步呈現(xiàn)出多元化特點，且用電量迅猛增加。新時期，發(fā)電廠的工作壓力逐步加大。發(fā)電機與變壓器是電廠安全與穩(wěn)定運營的重要設(shè)備支持。電廠發(fā)電機變壓器在長年累月的運行過程中，難免會出現(xiàn)一些性能故障。為提高電廠發(fā)電質(zhì)量，并為民眾提供優(yōu)質(zhì)的用電服務(wù)等，電廠逐步加大了發(fā)電機變壓器保護力度。論文從理論角度出發(fā)，分析了電廠發(fā)電機變壓器保護原理與繼電保護的重要性，并提出了幾點繼電保護方式，以供參考。

【Abstract】While China's market economy is developing steadily and healthily， the electricity demand of various industries is gradually becoming diversified， and the electricity consumption is increasing rapidly. In the new period， the working pressure of power plants gradually increases. Generator and transformer are the important equipment support for the safe and stable operation of the power plant. During the perennial operation of power plant generator transformer， some performance faults will inevitably occur. In order to improve the quality of power generation and provide quality electricity services for the public， the power plant has gradually increased the protection of generator transformers. From a theoretical point of view， this paper analyzes the protection principle of power plant generator transformer and the importance of relay protection， and proposes several relay protection methods， for reference.

【關(guān)鍵詞】電廠發(fā)電機;變壓器;保護原理;繼電保護

【Keywords】power plant generator; transformer; protection principle; relay protection

【中圖分類號】TM62;TM77 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? 【文獻標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2022）02-0175-03

1 引言

國家整體的用電需求量與日俱增的同時，電力行業(yè)也獲得了良好的發(fā)展空間。新時期，社會大眾對供電穩(wěn)定性與安全性等提出了更高的要求。為順應(yīng)時代發(fā)展趨勢，滿足市場所需，電廠在積極引進先進的發(fā)電機變壓器的基礎(chǔ)上，逐步給予了發(fā)電機變壓器保護工作充分關(guān)注。繼電保護裝置是發(fā)電機變壓器的重要保護部件，其性能與質(zhì)量直接影響到電力系統(tǒng)運行質(zhì)量。為提高發(fā)電機變壓器保護成效，各電廠需結(jié)合電廠發(fā)電機實際運行情況，選擇出科學(xué)完善的繼電保護方式。

2 電廠發(fā)電機變壓器保護原理與保護內(nèi)容

2.1 電廠繼電保護原理

電廠在運營過程中往往會出現(xiàn)多樣化的短路現(xiàn)象，如相間短路、匝間短路、兩點接地短路等不同形式。究其原因，多是發(fā)電機變壓器的定子出現(xiàn)了單相接地問題。短路問題發(fā)生后得不到及時有效的解決，會直接降低電廠供電安全性與穩(wěn)定性，影響到電廠正常運營，且?guī)в行阅芄收系淖儔浩?，其整體的運行安全隱患徒增，提高發(fā)電機變壓器折舊率，縮短了發(fā)電機變壓器使用壽命。

在繼電保護設(shè)置中，工作人員可以在定子接地繼電保護的核心位置合理布置高阻設(shè)置，以此借助變壓器，對暫時狀態(tài)下的過壓現(xiàn)象進行合理限制，并提高保護系統(tǒng)與機制的科學(xué)合理性。在電廠發(fā)電機變壓器實際運行過程中，若變壓器定子單向接地存在問題，可以及時啟動相應(yīng)的保護系統(tǒng)與機制，防止變壓器受到進一步損害，有效規(guī)避電力事故的出現(xiàn)。

2.2 繼電保護的基本內(nèi)容

首先，合理開展轉(zhuǎn)子接地保護與定子接地保護工作。在日常維管工作中，轉(zhuǎn)子接地保護與定子接地保護是變壓器繼電保護中較為常見的保護形式。定子接地保護配置工作開展過程中，多數(shù)發(fā)電機的定子繞組保護依托基波零序電壓實現(xiàn)。對于中性點附近的定子繞組來說，往往需要憑借三次諧波電壓方可達到良好的保護成效。為確保發(fā)電機的運行與保護配置的基本需求相符合，工作者需做好獨立出口分析與研判工作。若電廠勵磁回路中存在接地故障，且相關(guān)故障未在發(fā)電機中有所表現(xiàn)，兩點接地導(dǎo)致發(fā)電機存在問題。此時，工作者需借助轉(zhuǎn)子保護配置，有效研判故障位置，并合理計算故障位置的接地電阻，為后續(xù)工作者提供充分的維保依據(jù)。

其次，變壓器繼電保護。電廠中的變壓器多分為廠用變壓器與主變兩種類型。從主變壓器繼電保護配置來看，往往會涉及溫度升高、重瓦斯、低壓過流等問題。有些電廠還會設(shè)置差動速斷保護與間隙零序過流，以此提高變壓器的運轉(zhuǎn)安全性。在主變壓器與廠變壓器的繼電保護管理工作中，多數(shù)電廠會借助工控機作為單元的主管理機，以此達到優(yōu)化外部接地線路的目的，為后續(xù)維管工作順利進行提供良好條件。

最后，結(jié)合工作所需，將部分配置拆除。有些電廠會結(jié)合切實所需，將常用變電器繼電保護配置中高壓開關(guān)柜的保護配置拆除掉，有效節(jié)約了后續(xù)維管時間。抑或者，部分電廠在主變壓器保護屏附近，安裝上原有的保護片，實現(xiàn)單元管理機間地高效連接，有效節(jié)約發(fā)電成本，并為變壓器的多元化需求提供便捷條件，提高發(fā)電效率與質(zhì)量。

變壓器保護配置內(nèi)容具有繁雜性與專業(yè)性，工作人員需結(jié)合變壓器的規(guī)格等具體參數(shù)變化，制定出富有針對性的保護配置方案，從整體上提高發(fā)電廠變壓器保護配置質(zhì)量與效率。

3 繼電保護的重要性與保護方式

動能與勢能相互轉(zhuǎn)化，繼而產(chǎn)生電能。在電廠建設(shè)前，建設(shè)者往往會將水流狀況、地形地貌等作為重要的考慮因素。對于水電廠而言，常見的發(fā)電設(shè)備為發(fā)電機與變壓器。通過有效連接兩個設(shè)備，推動發(fā)電工作順利進行。從發(fā)電機容量來看，容量范圍則多在20～100 MW。為實現(xiàn)多臺發(fā)電機的連接，在繼電保護工作中，工作者往往會采用擴大單元線的方法，抑或者運用并聯(lián)處理方法，有效解決斷路器與母線間的問題，提高繼電保護成效。

為推動繼電保護工作順利進行，工作人員需合理認知繼電保護的重要性，并選擇出適宜的保護方式。

3.1 發(fā)電機變壓器繼電保護的重要性

發(fā)電機變壓器機電保護工作是將電廠發(fā)電機變壓器等電力設(shè)備等作為重要的保護對象，防止發(fā)電機變壓器存在線路故障，以此推動變壓器正常運行，并提高運行質(zhì)量。相關(guān)電力設(shè)備的正常運行，可以確保電廠電力系統(tǒng)生產(chǎn)質(zhì)量與效率，并源源不斷輸出電力，提高電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性與安全性。電廠發(fā)電機繼電保護配置具有安全性、可靠性、選擇性、快速性等諸多特點。繼電保護裝置可以結(jié)合電廠發(fā)電機的實際工作狀態(tài)以及發(fā)電機故障類型等，在最短時間內(nèi)高效切斷與處理故障機組，有效保證其他線路或機組的正常運行。

電廠發(fā)電機機電保護裝置在及時切斷故障發(fā)電機后，可以對故障問題進行有效分析與處理，待問題解決后，修復(fù)后的故障發(fā)電機可繼續(xù)投身到電廠生產(chǎn)與運營工作中。因此，電廠發(fā)電機變壓器繼電保護工作不僅保證了各項電力設(shè)備的性能正常，使得各項電力設(shè)備能夠有效支撐發(fā)電工作，而且便于保護周圍線路與電力設(shè)備的安全性，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的正常電力輸出，增加電廠經(jīng)濟效益。

3.2 發(fā)電廠變壓器常見故障類型

在電廠運行過程中，發(fā)電機變壓器故障體現(xiàn)為轉(zhuǎn)子繞組故障與定組繞組故障。轉(zhuǎn)子繞組故障又可分為轉(zhuǎn)子繞組兩點接地、一點接地與繞組匝間短路等問題。固定電容超額時變壓器的三相超負荷狀況尤為突出。一旦出現(xiàn)不對稱短路現(xiàn)象，發(fā)電機出現(xiàn)過電流的概率大幅度增加。

通過分析發(fā)電廠繼電保護工作，我們發(fā)現(xiàn)：電廠常用的保護方式具有多樣性，主要有接地保護、異常運行保護與短路保護3種形式。后備保護裝置主保護裝置與異常運行保護裝置均在變壓器內(nèi)，且跳閘線圈出口與直流電源以相互獨立形式存在，可各自發(fā)揮出應(yīng)有的效能。在變壓器出現(xiàn)性能故障時，跳閘線圈與直流電源可以及時啟動保護操作，從整體上提高變壓器運行安全性與可靠性。

3.3 電廠發(fā)電機繼電保護方式

3.3.1 橫差保護

在電廠發(fā)電機繼電保護設(shè)置工作中，橫差保護方式能否發(fā)揮出最大效能，依托于兩個支路間的電流差情況。在兩個支路間電流差的作用下，從整體上提高對發(fā)電機定子繞組匝的有效保護。在運用橫差保護方式時，工作者可以在各相間安裝兩個電流互感器與一個繼電器設(shè)備，確保保護系統(tǒng)的獨立性，并高效保護運行中的發(fā)電機，提高發(fā)電機運行穩(wěn)定性與安全性。

3.3.2 縱差保護

此種保護方式多用于發(fā)電機內(nèi)部短路保護工作中。依托此種保護配置，可以在無延時的情況下，對保護范圍內(nèi)的短路問題執(zhí)行切斷處理，以此達到保護發(fā)電機的目的。從應(yīng)用實踐來看，此種保護方式多應(yīng)用到1 MW及以上容量的發(fā)電機保護工作中，其整體的適用性較強，且保護效果顯著。

3.3.3 逆功率保護

逆功率保護方式多應(yīng)用到動作斷路器的跳閘保護工作中。在設(shè)計與應(yīng)用環(huán)節(jié)，相關(guān)設(shè)備需高效采集三相電壓與二相電流信號，以此為保護功能的順利發(fā)揮提供充分的數(shù)據(jù)支持。例如，對于并網(wǎng)運行的汽輪發(fā)電機而言，在實際保護工作中，若發(fā)電機的主氣門處于關(guān)閉狀態(tài)，可將發(fā)電機作為同步電機進行使用。通過對有功功率的吸收，以此推動汽輪機高效轉(zhuǎn)動，并及時向系統(tǒng)發(fā)送無功功率信號。并網(wǎng)運行的汽輪發(fā)電機，往往會因主汽門處于關(guān)閉狀態(tài)，致使發(fā)電機機尾葉片與殘留蒸汽間在相互摩擦作用下出現(xiàn)鼓風(fēng)損耗，且長期置身于過熱環(huán)境下，發(fā)電機會出現(xiàn)不同程度的損傷。依托逆功率保護方式，則可以針對汽輪機發(fā)電機運行中的損傷情況展開針對性的防護。

3.3.4 單相接地保護

單相接地保護主要劃分為定子接地保護與轉(zhuǎn)子接地保護兩種類型。在定子繞組接地保護方式下，在設(shè)計與應(yīng)用環(huán)節(jié)，工作者可以憑借零序電路積極開展定子接地保護工作。抑或者，憑借零序電壓、三次諧波電壓等不同形式實現(xiàn)定子接地保護目的。在設(shè)計與應(yīng)用轉(zhuǎn)子接地保護方式時，工作者可以憑借乒乓室開關(guān)切換原理，并在兩個不同接地回路方程基礎(chǔ)上開展求解計算，有效確定轉(zhuǎn)子接地電阻的阻值以及接力位置，從整體上提高轉(zhuǎn)子接地保護成效。

3.4 電廠變壓器繼電保護方式

工作者在選擇電廠變壓器繼電保護設(shè)計與方式時，需要將變壓器與主變壓器的繼電保護設(shè)計現(xiàn)狀充分考慮進去。在設(shè)計與應(yīng)用繼電保護方式時，常見的保護方式被細化為差動保護、重瓦斯保護、零序保護等不同方式。在繼電保護方式設(shè)計應(yīng)用期間，工作者需將差動保護與零序保護靈活地安裝到相關(guān)保護裝置中，以此提高主變壓器維管成效，確保主變壓器高效運行。

在對主變壓器與廠用變壓器開展繼電保護工作時，工作者需將工控機作為單元，發(fā)揮出日常維管工作的最大效能。在維管條件允許的情況下，工作者可以有效完善變壓器外部接線流程。抑或者，在設(shè)計與應(yīng)用變壓器繼電保護配置時，為實現(xiàn)對保護設(shè)置的高效管控，工作者可以將原有的保護屏安裝到主變壓器的保護屏周邊。通過與單元管理的各個方面展開協(xié)調(diào)與配合，確保相關(guān)操作滿足變壓器的實際運行與保護需求。此外，工作者應(yīng)有效把控變壓器繼電保護成本，最大程度上增加發(fā)電廠經(jīng)濟效益。

4 電廠發(fā)電機變壓器繼電保護的發(fā)展趨勢

隨著我國電力資源需求量的與日俱增，發(fā)電廠也獲得了良好的發(fā)展空間。與此同時，發(fā)電廠面臨著較大的發(fā)電壓力。為增加企業(yè)經(jīng)濟效益，確保發(fā)電過程的安全性與穩(wěn)定性，發(fā)電廠逐步給予了發(fā)電機變壓器保護工作充分關(guān)注。從未來發(fā)展趨勢來看，繼電保護的微機化、網(wǎng)絡(luò)信息化、智能化水平將會大幅度提升，這不僅有效順應(yīng)了信息化時代發(fā)展趨勢，也將大幅度提升繼電保護成效。以下內(nèi)容對具體發(fā)展趨勢展開了相應(yīng)分析。

4.1 微機化

計算機技術(shù)的快速發(fā)展，為微機系統(tǒng)硬件性能優(yōu)化與提升奠定了堅實基礎(chǔ)。從外形來看，繼電設(shè)備各個配件的體積與重量均有所減少，芯片的功能則日趨增多。尤其，CPU在變壓器繼電保護裝置中的作用將會逐步凸顯，并成為繼電保護配置的核心構(gòu)件。在使用空間日趨優(yōu)化的大背景下，借助信息處理技術(shù)，便于高效開展信息處理工作，大幅度提高繼電保護成效，維護發(fā)電廠正常的生產(chǎn)秩序。在配置繼電保護裝置時，工作者需加大后期維管力度，確保電廠設(shè)備性能良好與使用安全性。

4.2 網(wǎng)絡(luò)信息化

信息化時代背景下，各行各業(yè)逐步加大了信息化建設(shè)力度。將信息化技術(shù)與各項生產(chǎn)活動、管理活動等相融合，大幅度提高了生產(chǎn)管理成效。通過將現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與機電保護工作相融合，從整體上提高了用電安全性與穩(wěn)定性。此外，依托網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，可以大幅度提高電廠運行穩(wěn)定性，進而為各個行業(yè)提供充分的電力資源，推動各個行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。依托網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，可以及時篩查出變壓器故障位置，并分析出故障引發(fā)原因。此外，在數(shù)據(jù)采集過程中，憑借網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)可以大幅度提高信息采集精準性，并實時動態(tài)化監(jiān)管與掌握變壓器工作情況。結(jié)合所收集到的數(shù)據(jù)信息，組建完善的數(shù)據(jù)管理體系，從整體上提高電廠資源的配置效率。

4.3 智能化

智能化時代背景下，電廠發(fā)電機變壓器繼電保護智能化與自動化水平將會得到不同程度的提升。憑借非線性映射工作原理，快速精準找出繼電保護配置故障位置，并制定出完善的整改方案。此外，借助專家系統(tǒng)，建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，在出現(xiàn)故障時，可以及時開展檢測工作?？傊悄芑降奶嵘?，將會再次提升發(fā)電機變壓器繼電保護工作質(zhì)量與效率。

4.4 多功能一體化

隨著發(fā)電機變壓器繼電保護配置微機化、網(wǎng)絡(luò)信息化、智能化水平的大幅度提升，可以為繼電保護多功能一體化發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。通過將多功能于一體的計算機管理系統(tǒng)高效地應(yīng)用到電廠發(fā)電機變壓器繼電保護工作中，大幅度提高了繼電保護質(zhì)量與效率。在實際使用過程中，該系統(tǒng)可以動態(tài)化監(jiān)測與研判電廠發(fā)電機與變壓器的實際運行情況，并結(jié)合運行技術(shù)以及相關(guān)故障信息等展開維管處理，及時將故障消除，確保發(fā)電機變壓器正常運行。

5 結(jié)語

總之，新時期，發(fā)電廠面臨著較大的轉(zhuǎn)型發(fā)展壓力。為增加企業(yè)經(jīng)濟效益，有效管控電廠運行成本，推動發(fā)電工作持續(xù)性開展，發(fā)電廠逐步給予了發(fā)電機變壓器維管工作充分關(guān)注。在工作實踐中，繼電保護方式具有多樣性。為滿足新時期的繼電保護工作所需，工作人員需不斷提高自身的綜合素養(yǎng)，有效掌握電廠發(fā)電機變壓器保護原理，并結(jié)合發(fā)電廠現(xiàn)實運行情況等，選擇出適宜的繼電保護方式。通過加大機電保護力度，可以及時發(fā)現(xiàn)發(fā)電機變壓器運行中存在的性能故障，找出故障位置，結(jié)合故障原因，制定出富有針對性的繼電保護方案。以上內(nèi)容分別對發(fā)電機繼電保護方式與變壓器繼電保護方式展開了分析，希望相關(guān)工作者可以從中得到一定的啟發(fā)或者幫助。

【參考文獻】

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