關于水電站發電機變壓器繼電保護的探討

羅文雄

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣州 510000)

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關于水電站發電機變壓器繼電保護的探討

羅文雄

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣州 510000)

水電站發電機變壓器的穩定運行直接影響著整個水電站的穩定運行，有效的做好水電站發電機變壓器繼電保護工作對維持水電站的穩定有著非常重要的意義。文章結合海南瓊中抽水蓄能電站(3×200MW)的電氣專業監理工作經驗及可行性研究報告資料，主要講述了水電站繼電保護的一些具體要求，以及發電機變壓器繼電保護的具體設計原則以及配置方案。

水電站；發電機；變壓器；繼電保護；探討

水電站發電機變壓器在運行過程中不可避免的會出現一些故障，因此需要我們根據水電站繼電保護的實際情況，對水電站發電機變壓器繼電保護進行科學合理的設置，從而使水電站在投入使用之后可以實現穩定的運行。

1 水電站繼電保護的具體要求

1.1 設計原則

水電站在進行繼電保護設計時，要根據變電站實際情況來進行合理的配置，在進行具體的設計時需要在《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》以及《水電廠繼電保護設計導則》等一些相關的設計文件的基礎上進行設計，需要滿足繼電保護設計規范提出的設計要求。

1.2 技術保障

現階段我國的水電站繼電保護相關法規規定，對220kV的線路進行保護時，不能采用單一保護法，而是應該采用多種不同的保護方式，其中包括線路保護，開關保護以及母線保護等。一定注意保護裝置需要在即使相關元件發生損害的情況下也可以發揮作用，在發現電路出現問題的時候能夠在最快速的時間內發生報警，并且要保證保護裝置報警的準確性。

2 線路繼電保護，變壓器以及發電機

對水電站220kV線路繼電保護裝置的功能應該包含有短引線保護，過電壓保護，零序過流保護，相間距離保護，接地距離保護以及光纖差動保護，對于母線的保護裝置需要采取母差保護的方法，對于開關的保護裝置功能需要包括死區保護，充電保護，失靈保護以及自動重合閘。其中具體的保護措施為，主保護為光纖電流差動保護，同時并不需要進行獨立后備距離保護的配置。保護措施采用的通道是雙光纖通道，任何一套保護都需要分為兩路，一路是復用2M的迂回光纖帶路，另一路是專用光纖通道。每條線路的兩側都需要配備有兩套遠方的跳閘就地判斷裝置，其中需要包含有過電壓保護，這樣就可以對遠跳回路及時的判別，還可以實現對過電壓進行及時的遠方發信。用母線差動保護作為水電站發動機繼電保護的主保護，同時母線差動保護需要和開關失靈保護裝置相互配合共同實現失靈聯跳的功能。

水電站的主變壓保護裝置應該具備有壓力釋放保護，重瓦斯保護，縱差保護這3項，后備保護裝置則需要由零序過電流保護以及低壓過流保護這兩種保護，變壓器繼電保護的異常運行保護裝置則需要由輕瓦斯保護，過激磁保護以及過負荷保護。

以海南瓊中抽水蓄能電站為例，其保護裝置就是按照異常運行保護，接地保護以及短路保護這3種保護裝置的配置原則進行保護裝置的設置，其中短路保護裝置的主要保護甚至包括有繞組匝間橫差保護以及縱差保護。接地保護裝置包含有轉子一點的接地保護，100%的定子接地保護以及95%的定子接地保護。異常保護裝置則包括軸電流保護，過電壓保護以及失磁保護。

3 水電站發動機保護的裝置及設計原則

現階段我國的大部分水電站發電機經常遇到的一些運行故障主要為2種，①定子繞組故障，具體包括有匝間故障，接地故障以及相間短路故障。②轉子繞組故障，具體包括有轉子繞組匝間出現短路故障，轉子繞組出現一點接地或者是兩點接地故障。水電站發電機處在異常狀態時的表現為，由于外部出現短路造成三項對稱過負荷，由于外部出現不對稱短路或者出現不對稱負荷造成水電站發動機發生負序過電流，由于突然發生的甩負荷導致轉子繞組超過負荷，由于水輪機球閥發生突然性的關閉造成發電機出現逆功率等[1]。

一般情況下如果是大機組，保護裝置會包含有異常運行保護，接地保護以及短路保護這3項部分。對于發電機功率在200MW之上以及不低于220kV的變壓器，應該采用的最合適的保護裝置為異常運行保護，后備保護以及主保護三位一體的微機繼電保護裝置，其中任何一套保護裝置都需要有獨立的電流互感器以及直流電源，同時還需要有單獨分開的跳閘線圈出口。另外，如果短路故障是發生在保護區域以內，還需要加設短路保護措施，這樣可以有效的降低由于短路故障帶來機組帶來的損害[2]。

3.1 發生短路故障需要采取的主保護

水電站發電機發生定子繞組短路，輸出端由于相間發生相間短路或者是發生接地短路，這些故障都會產生非常大的短路電流，從而將發電機線圈以及一些其他的零件燒壞，從而導致發電機的整個內部結構遭到嚴重的破壞。因此對于這種短路故障采取的保護方法一般為縱差保護法或者是橫差保護法，橫差保護法需要在定子繞組匝間進行[3]。

3.2 發電機發生短路故障需要采取的后備保護

一般情況下，后備保護方法包含有低壓過流保護法、次同步過流保護法，定子繞組保護以及負序電流保護這4種方法。其中轉子負序電流保護法主要保護的是三項負荷不平衡的原因導致轉子發生傷損以及電力系統發生短路這兩種故障情況。定子繞組過負荷保護主要負責的是因為發電器長期處于運作發生過熱情況的保護，通過定子繞組負荷保護裝置可以有效的防范發電機內部發生的短路故障。次同步電流保護主要負責的是發電機在進行變頻啟動時由于定子繞組出現的短路情況。低壓過流保護則主要負責發電機和發電機周邊其他設備的一些具體后備保護[4]。

3.3 接地故障的保護

發電機接地故障不僅會產生較大的電容電流給發電機的運行帶來隱患，同時還會導致出現接地弧光過電壓，從而導致發電器其他部位的損壞?，F階段接地故障的保護措施注意包含有轉子接地保護方式以及定子繞組接地保護方式。

4 變壓器繼電保護的裝置以及設計原則

4.1 變壓器經常遇到的故障

變壓器經常發生的故障按照發生位置的不同，可以分為油箱內故障以及油箱外故障。①油箱外故障具體是指，變壓器繞組的引出短線以及引出絕緣套管上發生的故障，包含有低壓側的接地故障，大電流側的接地故障以及相間的短路故障。②油箱內故障具體是指同向部分繞組出現匝間短路，大電流系統側不同的點相出現接地短路現象以及各側相間短路。變壓器不僅僅包含有油箱內故障以及油箱外故障，在實際的變壓器運行中，還會經常性出現系統故障，由于一些其他因素導致出現負荷故障，由于系統的頻率發生降低或者是系統的電壓發生增高產生的激磁，從而導致變壓器中性點的電位得到上升，油箱內部油位超出正常的范圍，嚴重的會導致變壓器由于溫度過高出現全面停運狀況。

4.2 水電站變壓器的保護裝置

變壓器一旦發生短路現象，很快就會產生大量的非常大的短路電流，這些電流會導致變壓器的溫度持續升高，溫度過高時會導致變壓器的繞組以及變壓器的鐵心直接被燒毀，造成不可避免的損失。如果變壓器發生故障的地方是在油箱內部，那么和電弧緊密相隨的短路電流還有可能會引發火災等問題。另外，發生短路電流還會形成電動力，電動力會導致變壓器的形狀發生變樣甚至是被損毀。同時變壓器如果處在異常運行的狀態下也會導致變壓器的安全受到一定的威脅，需要人們及時的發現安全隱患并且今早處理。

為了能夠有效的保障變壓器的運行安全，盡量的控制變壓器發生故障的頻率，有效的將變壓器發生故障造成的損害降到最低，需要在一旦變壓器發生短路時，就立刻將變壓器切斷。一旦變壓器的運行出現故障，則需要快速報警并且對其進行處理。

大型變壓器一般情況下采用縱差保護的方式，保護系統包括的元件有TA斷線信號元件，過激磁閉鎖元件，差動速斷元件，涌流閉鎖元件以及分項差動元件等。在具體的縱差保護裝置中，為了能夠有效的保證內部故障的應變靈敏度不受影響，從而達到有效避免電流故障的目的，可以采用依靠比率來進行制定的差動元件。

當變壓器處在正常運行的狀態或者是變壓器外部發生故障時，流出變壓器的電流以及流入變壓器的電流一般情況下處于相同狀態，縱差保護系統不會被觸發。只有在變壓器出現內部故障或者是處在異常運行的狀態下時，則僅僅只存在流進變壓器的電流而不存在流出變壓器的電流，前提是并不考慮負荷電流造成的影響，在這種話情況下縱差保護系統將會被觸發運作，將變壓器切除，從而有效的保障變壓器的安全。

現階段在水電站變壓器保護裝置中，主要包含有差動速斷元件，過激磁閉鎖元件以及涌流閉鎖元件這三種，分別負責變壓器的切除工作，有效的避免縱差保護勿動以及有效的避免勵磁涌流。

5 結 語

綜上所述，變壓器繼電保護裝置的有效性以及合理性可以保障變壓器的穩定運行，從而保證整個水電站的正常運行。因此在進行水電站發電機變壓器繼電保護裝置的設計時需要根據水電站的實際工作情況，結合變壓器過激磁保護，低壓過流保護，零序過電流保護以及后備保護等多個方面，制定非常完備的繼電保護計劃，從而保障變壓器的有效運行。

[1]王喜志.水電站發電機及變壓器繼電保護的設計原則與配置方案[J].自動化應用,2014,4(11):69-71,100.

[2]林金新.水電站發電機變壓器繼電保護研究[J].科技風,2016,5(18):125.

[3]王鈺.淺議電氣設備發電機、變壓器繼電保護[J].科技創新與應用,2015,9(34):169.

[4]楊宏宇,徐鋼,單華，等.發電機失步保護和失磁保護整定計算的研究[J].電工技術,2015,7(03):22-24,34.

1007-7596(2017)04-0101-02

2017-03-14

羅文雄(1983-)，男，廣東梅州人，工程師。

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