發電廠發變組保護原理及其調試方法

寧龍光

摘 要：繼電保護裝置是發電廠中的重要組成部分，在電力設備發生故障或處于不正常狀態時，繼電保護裝置能夠迅速將故障進行隔離，以保持設備的運行穩定性。與電網相比，發電廠的發電機和變壓器系統所配備的保護非常多。作為電源端的發電機-變壓器組，在運行的過程中可能出現各種異常情況，如短路故障或過負荷等，都會誘發電網發生事故。本文闡述了發電廠中發電機-變壓器組保護的基本原理及其調試方法，給發電廠日常的維護工作提供參考。

關鍵詞：發電廠；發變組；差動保護；逆功率；失磁

發電機-變壓器組的繼電保護裝置在發電過程中，對發生的各種故障做出準確的判斷，發出信號或者出口動作將故障隔離，對維護電廠及電力系統的安全穩定性發揮了重要作用。對于發電廠內的微機保護裝置，調試人員必須了解發電機-變壓器組的各類保護原理及其調試方法，本文對其中部分重要的保護原理及其調試方法進行了闡述和分析。

1 發變組保護原理

1）發電機差動保護。差動保護是發電機的主保護，通過比較機端電流互感器與發電機中性點電流互感器二次同名相電流的大小及相位來實現。發電機中性點一般不直接接地，當發生區內故障時，有差動保護動作，其保護邏輯框圖如下圖所示。

2）發電機逆功率保護。當發電機不是向電網輸送而是從系統中吸收有功功率時，此時發電機運行方式轉換成電動機，這種情況下不會對發電機造成損壞，但是汽輪機鼓的風的摩擦可能導致機尾葉片過熱，對汽輪機造成破壞，因此逆功率保護是用于保護汽輪機。

3）發電機定子過電壓保護。定子繞組過電壓反應發電機機端電壓的大小，以保護發電機定子的絕緣。根據發電機的絕緣情況，其動作值一般取1.5倍額定電壓。

4）定子接地保護。定子發生接地故障后，故障點、對地電容、定子繞組與中性點構成的回路流過接地電流。當接地電流過大時，故障點形成電弧，產生的高溫會破壞絕緣與鐵芯。繞組點接地若沒有及時發現，發展成兩點接地故障時，就會產生匝間或相間短路故障，會導致發電機發生更嚴重的后果。因此發電機需要裝設性能可靠、靈敏度高的接地保護。

5）發電機過負荷保護。發電機過負荷保護反應發電機定子熱積累的過程。發電機過負荷保護還包括定時限保護，一般設定為超過5秒動作于信號。發電機過熱性能較差，承受非對稱運行能力低，需要采取適應發電機的反時限過負荷保護。當電流較小時，保護跳閘時限較長；當電流數值較大時，保護能夠在更短的時間跳閘。

6）發電機失磁保護。發電機勵磁系統非常復雜，失磁概率相對較高，一旦發生發電機失磁，會對系統造成危害。發電機失磁后，發電機定子和轉子發生過熱現象。因此，對于大型發電機都要配置專門的失磁保護。

7）發變組過激磁保護。變壓器過激磁運行時，變壓器鐵芯會趨于飽和，勵磁電流急劇增加，同時波形產生畸變，變壓器內部損耗增大、溫度升高，嚴重時可能發生鐵芯變形和絕緣介質損傷。為確保變壓器的運行安全，配置變壓器過激磁保護。

2 發變組保護調試

2.1 發電機差動保護的調試

在發電機機端側或中性點側加入電流測試啟動電流。在發電機機端側的三相輸入相位相差120°的正序電流，在發電機中性點側三相輸入大小相同的而對應相位相反的電流。差動保護的差動電流為兩側電流的差。使某側電流大小不變，增加另一側電流的大小，此時差流逐漸變大，當差流大于整定值時，發電機差動保護出口動作。對于速斷保護，在發電機其中一側加入單相電流，當電流大于整定定值時，發電機速斷保護動作。

2.2 發電機逆功率保護調試

在發電機加三相對稱電壓以及三相對稱電流，逐漸改變三相電壓相位，直到發電機逆功率保護動作。突然增加電流大于整定值，保護動作，記錄動作時間。

2.3 發電機定子過電壓保護調試

向保護裝置定子電壓采樣端子輸入電壓量，逐漸增加電壓幅值，當過電壓保護動作時記錄數據。突然加1.5倍整定值電壓，記錄過電壓保護動作時間。

2.4 定子接地保護調試

在保護裝置處轉子負極端子與大軸端子之間接一電阻箱，改變電阻箱電阻值，當電阻小于整定值時，定子接地保護動作，將動作電阻值進行記錄。在保護裝置端子排處短接轉子負極端子和大軸端子，記錄保護動作時間。

2.5 發電機過負荷保護調試

加大于定時限整定值的電流，經過整定時間后定時限保護信號動作。突然加入較大的電流，經過一段時間后反時限保護動作，記錄動作時間，并計算是否按照反時限特性動作。

2.6 發變組過激磁保護調試

過激磁保護反應過激磁倍數而動作，過激磁倍數KGJ定義如下：

其中，U、f為電壓、頻率；Ue、fe為額定電壓、額定頻率；U*、f *為電壓標么值、頻率標么值。通過升高電壓或者降低頻率，能夠對發變組過激磁保護進行測試。

3 總結

發電機-變壓器組的繼電保護裝置具有多種保護功能，本文對其中較為重要的差動保護、逆功率保護、定子過電壓保護、定子接地保護、過負荷保護、失磁保護、過激磁保護等功能進行了闡述，并簡要介紹了其調試方法，對發電廠二次設備的維護工作具有指導意義。

參考文獻：

[1] 丁俊健，劉萬斌，李莉.拉西瓦700MW大型水輪機組發變組保護應用[J].電力自動化設備，2012，02：145-149.