淺析發變組系統保護

河北西柏坡發電有限責任公司 河北省 050400

摘要：發變組是現代電力系統最重要的組成部分之一，它結構復雜，一旦故障，檢修期長，會給電廠和國民經濟造成直接和間接經濟損失。由于發變組不可避免地存在一些故障及不正常運行方式的可能，迅速地切除或隔離故障點，是繼電保護的主要任務。本文主要介紹了發電機差動保護和變壓器差動保護原理，并根據實際工作情況和多年對電廠發變組的運行狀況，對常見的故障做簡單的分析和介紹，最后對發電機組保護方案的特點進行闡述。

關鍵詞：發變組；電壓互感器

引言

電力系統的安全穩定運行和不斷發展給國民經濟和社會發展帶來了巨大動力和效益。而在電力系統中最為主要的設備就是發電機組設備，其中大容量機組在系統中占據著舉足輕重的地位，如何保障發電機在電力系統中的安全穩定運行，就顯得至關重要。由于大容量機組一般采用直接冷卻技術，體積和質量并不隨容量成比例增大，從而使得大型發電機各參數與中小型發電機已經大不相同，因此故障和不正常運行時的特性也與中小型機組有了較大差異，給保護帶來復雜性。

一、發電機差動保護

1、比率制動式差動保護

差動電流、制動電流計算公式：

差動電流：Iop=|IT+IN| 制動電流：Ires=|（IT-IN）/2|

式中IT、IN分別為發電機機端和中性點二次電流，Iop為差動電流，Ires為制動電流；

當發電機正常運行或外部故障時，可以計算得出差動電流。

Iop=0（不考慮不平衡電流）；而制動電流Ires=Id，此時保護不動作；

當發電機內部發生故障時，Iop=Id，而Ires=0，此時保護可靠動作；

動作方程：Iop>=Iop.0（Ires<=Ires.0時）

Iop>=Iop.0+S（Ires-Ires.0）（Ires>Ires.0時）

式中：Iop.0為最小動作電流；Ires.0為最小制動電流；S為比率制動斜率。

2、變斜率比率制動式差動保護

變斜率比率制動式差動的動作特點如下圖：

縱差保護的動作方程：

Id>Kb1 XIr + Icdqd（Ir

Kbl=Kb/l + Kblr X（Ir/Ie）

Id>Kbl2 X（Ir-nIe）+ b+Icdqd（Ir>=nIe）

Kblr=（kbl2-Kbl1）/（2X n）

B=（Kbl1+Kblr X n）X nIe

差動電流、制動電流的計算公式：差動電流：Id=|IT+IN| 制動電流：Ir=|IT+IN|

其中：Id為差動電流；Ir為制動電流；Icdqd為差動電流起動定值；Ie為額定電流；IT和IN分別為發電機機端和中性點CT二次電流；Kbl為比率差動制動系數；Kblr為比率差動制動系數增量；Kbl1為起始比率差動斜率；Kbl2為最大比率差動斜率；n為最大斜率時的制動電流倍數，固定取6。

二、變壓器差動保護

變壓器差動保護的動作特性同發電機差動相同，但由于變壓器差動存在多側差動，所以其差動電流和制動電流的計算公式也有所不同，如下式：

Ir =（|I1|+|I2|+|I3|+|I4|+|I5|）/2

式中：Id為差動電流；Ir為制動電流；I1、I2、I3、I4、I5分別為變壓器各側電流二次值。

三、常見的故障分析

1、外部回路故障

（1）電流互感器常見問題：電流互感器的誤差必然造成獲取電流的點位降低或突然升高，不利于微機信號采集的準確性。發生這方面的問題，一是繞組問題，二是極性反向，三是設備老化，四是二次回路發生短路或斷開，造成瞬間釋放磁感應電流劇增，發生一系列的誤動作；

（2）電壓互感器常見問題：檢查二次回路是否發生斷線和接地，經常性的進行繞組、極性、老化的故障診斷，保證電壓互感器的正常穩定運行；

（3）其他二次回路問題：二次回路絕緣降低：施工結束后幾年后，由于電纜下沉與盤柜摩擦、電纜屏蔽層接地不合格等原因，部分電纜的絕緣層出現破損現象，這些問題可能直接導致保護裝置不正確動作；

（4）二次回路接線錯誤：施工及檢修過程中，由于工作人員失誤，造成二次回路接線錯位，接線松動等，如不能及時發現，可能造成設備損壞和保護不正確動作的問題。如曾多次發生的交流電源串入直流回路中，導致機組停運等嚴重后果。

2、裝置電源故障

目前的繼電保護裝置多為微機式單片機保護，或小型芯片整合的電磁式繼電保護，為其提供電源的穩定，是我們必須預防的重點，經常性的檢測電源供電的質量，保證繼電保護出口的正確動作，當發現不合格或已經發生故障的板子，盡快更換，保證保護設備的正確動作，不發生誤動。

四、發變組保護配置方案

1、發電機比率制動差動保護

發電機比率制動差動保護是以非穿越性電流作為動作指標、以穿越性電流作為制動指標，來區分被保護元件的正常運行狀態、發生故障的狀態和非正常運行狀態。正常運行狀態，穿越性電流又被稱為負荷電流，非穿越性電流從理論上講是零的。內部相間短路運行狀態，造成非穿越性電流劇增。當外部故障時，穿越性電流劇增。

2、發電機過負荷保護

發電機長時間超過額定負荷運行時作用于繼電信號的保護。中小型發電機只裝設定子過負荷保護；大型發電機應分別裝設定子過負荷和勵磁繞組過負荷保護。保護由定時限和反時限兩部分組成，延時動作于程序化跳閘和沒有啟動的情況。

3、發電機失磁保護

作為發電機勵磁電流異常下降或完全消失的失磁故障的保護，并具備PT斷線閉鎖功能，PT斷線發信號。一種情況是滿足定子阻抗靜穩和轉子低電壓判據，但系統母線電壓未低于允許值，經t0動作于減出力，當機端電壓低于允許值時，t1動作于切換廠用電；其次滿足定子阻抗靜穩和低電壓判據，母線電壓低于允許值，當機端電壓低于允許值時，經延時t2動作于解列；再者滿足定子阻抗靜穩判據，轉子低電壓判據，靜長延時t3動作于解列。

4、低勵、失磁保護

為防止大型發電機低勵（勵磁電流低于靜穩極限所對應的勵磁電流）或失去勵磁（勵磁電流為零）后，從系統中吸收大量無功功率而對系統產生不利影響，100MW及以上容量的發電機都裝設這種保護。

5、主變差動保護

變壓器差動保護是變壓器的主保護，一般較大型變壓器都裝有差動保護。差動保護主要保護變壓器內部線圈匝間短路，它的動作原理是利用變壓器高低壓兩側的兩組差動保護專用電流互干器完成。差動保護的保護范圍就是兩組互感器之間電流差或電壓差達到整定值的部分。

6、主變瓦斯保護

主變重瓦斯保護，瞬時動作于全停，不啟動失靈。重瓦斯保護能切換至信號；主變壓器輕瓦斯保護，動作于信號，它是主變內部故障的主保護，其中輕瓦斯反應油面下降或空氣進入，重瓦斯反應內部故障。但是，主變差動保護與主變瓦斯保護不能同時退出運行。

參考文獻：

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