發電廠繼電保護的配置研究

周贇

摘 要：發電廠的主設備包括發電機、主變壓器、電動機等，它些對電廠的正常運行和電能質量有決定性的作用。但是，在這些設備運行的過程中，它們很可能出現故障，而且檢修工作時間長、操作復雜，對電網的正常供電有很大的影響。因此，需要對其配置繼電保護，以便在發生故障時能夠迅速發出告警信號或者做出相應的動作。簡要研究了發電廠內幾種重要一次設備的繼電保護配置，分析了設置的保護類型及其針對的故障，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：發電機；繼電保護裝置；告警信號；發電廠

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.145

發電廠繼電保護的配置直接關系著各個設備的正常、可靠運行，它與電廠運行的安全性和穩定性息息相關。因此，相關單位必須配置功能完善的繼電保護裝置，一旦發生故障，繼電保護裝置能夠快速切除故障。例如，當發電機發生故障時，應立即停運，并滅磁。雖然發電機沒有出現嚴重故障，但是，一旦其出現了部分安全隱患，處于不正常運行狀態，繼電保護裝置就會及時發出告警信號，以提醒工作人員及時處理。為了保證繼電保護方案的科學性，還應考慮到發電廠自身的特點。本文主要研究了幾種發電廠內重要一次設備的繼電保護，這對實現發電廠繼電保護配置的優化有重要的參考價值。

1 電廠發電機的繼電保護配置

1.1 發電機的故障類型

發電機故障主要包括以下幾類：①定子繞組相間短路。這種故障會產生巨大的熱量和電應力，會嚴重破壞繞組的絕緣，嚴重時還會燒毀鐵芯和繞組。②定子繞組匝間短路。這種故障發生時間過長可能會引發接地故障或相間短路故障。③定子繞組單相接地短路故障。一般情況下，這種故障是繞組與鐵芯發生短路，接地處的短路電流產生的高溫會使得鐵芯部分熔化，修復起來非常困難。④勵磁回路故障。勵磁回路一點接地故障不會造成直接的破壞，但是，如果不及時處理，發展成兩點接地或多點接地，形成電流通路，將會破壞轉子繞組和鐵芯。同時，如果不再滿足轉子磁通的對稱性，電動機將會發生振動，產生更加嚴重的后果。

發電機不正常運行狀態有以下幾種：①低勵磁或失磁。在這種狀態下，發電機吸取不功功率，容易引起定子過電流，發電機失去同步狀態，嚴重時還可能導致電壓下降。②定子過負荷。當發電機定子電流過大時，溫度可能過高，從而加快絕緣老化的速度，縮短發電機的使用壽命。③定子過電壓。當發電機負荷突然變小時，發電機輸出電壓會變大，可能就會將定子繞組的絕緣擊穿，引發事故。④發電機失步。這種狀態會導致系統震蕩，導致定子繞組過熱，或受到機械損傷。⑤頻率降低。當負荷過高或者發電機動力突然消失，但發電機斷路器沒有跳閘時，發電機將從發電狀態過渡到電動機狀態，形成逆功率。

1.2 發電機繼電保護的配置

從發電機的故障類型來看，發電機需配置以下繼電保護：縱聯差動保護、過流保護、過負荷保護、定子繞組匝間短路保護、定子繞組接地保護、勵磁回路接地保護和失磁保護。

縱聯差動保護是發電機的主保護，一般采用比率制動方式。當發電機內部發生故障時，第一時間停機，即斷開發電機的斷路器，并滅磁，同時，關閉原動機。比率制動差動縱聯差動保護的保護動作電流不是固定的，當外部短路電流越大時，其動作電流越大，以確保外部故障時保護不誤動而內部故障時可靠動作。過流保護反映的是發電機內的電流故障，按照躲過發電機額定電流來整定。一般情況下，電流采用復合電壓進行閉鎖。其中，低電壓按照躲過發電機失磁運行或者電動機自啟動出現的低電壓整定，負序電壓按照躲過相鄰線路末端發生故障時的負序電壓整定，動作時間按照躲過相鄰元件后備保護最長一級時間來整定。定時限過負荷保護動作電流按照發電機允許長期運行的負荷電流來整定，而反時限過電流保護是為了防止發電機定子過熱。發電機定子接地保護反映發電機零序電壓的大小，可發信或者跳閘。發電機過電壓保護反映發電機機端電壓的大小，按照發電機允許最大過電壓和允許時間來整定。發電機的失磁保護使用無功和過電流判據，將失磁與短路、系統震蕩、TV斷線區分開來。當出現逆無功和定子過電流時，判斷發電機失磁，保護自動降低發電機有功功率。

2 電廠其他主設備的繼電保護配置

2.1 變壓器保護

變壓器的保護包括電流速斷保護、縱聯差動保護、過流保護、單相接地零序電流保護和中性點零序電流保護等。變壓器的電流速斷保護是為了在保護范圍內發生單相或多相短路故障時迅速切除故障點。其整定值應同時考慮外部發生故障時的最大短路電流和變壓器的勵磁涌流，保護動作值取這兩個值的最大值。為了與其他保護配合，一般采用速斷保護。變壓器的縱聯差動保護主要針對變壓器繞組內部以及引出線上發生的故障，動作值按照躲過外部故障時最大不平衡電流整定，保護動作時將變壓器各側斷路器跳開。過流保護、單相接地零序電流保護、中性點零序電流保護等屬于變壓器的后備保護，使得變壓器的保護更加完善、可靠。

2.2 電動機保護

對于高壓電動機或者大容量的低壓電動機，要求采用較為完善的保護，一般配置縱聯差動保護、電流速斷保護、過流保護、過熱保護、單相接地保護、堵轉保護、過負荷保護和欠電壓保護等。其中，堵轉保護屬于電動機的特殊保護。電動機發生堵轉，是指電動機長時間沒有達到額定轉速，流過電流變大。當單獨傳情況嚴重時，很容易使得電動機被燒壞，因此，設置堵轉保護。堵轉保護需要躲過電動機的正常啟動，因此，在整定的啟動時間內，需暫時退出堵轉保護。堵轉保護的動作電流和延時整定是由電動機的啟動特性和耐受過電流決定的。一般情況下，可將堵轉電流整定為2.5～3倍的額定電流。

3 總結

發電廠內設備種類比較多，保護配置復雜，對繼電保護配置的研究任重而道遠，還有大量繁重的工作需要開展。本文簡要分析了發電廠內主要設備配置的保護類型，希望為發電廠繼電保護更深入的研究提供參考。

參考文獻

[1]蔡澤祥，劉桂喜，孔華東，等.發電廠繼電保護可視化整定計算與定值管理系統[J].繼電器，2000，28（6）：1-3.

[2]余偉權，黃震宇，蔡澤祥，等.發電廠繼電保護綜合分析管理系統的研究[J].繼電器，2006，34（23）：15-19.

[3]王玉忠，畢睿華，謝文濤，等.基于J2EE和Matlab的發電廠繼電保護綜合管理系統[J].繼電器，2007，35（18）：12-15，24.

[4]劉志超，丁建民，任錦興，等.基于以太網的分布式發電廠電氣監控系統實現[J].電力系統自動化，2004，28（8）：84-87.

〔編輯：白潔〕