水電站發(fā)電機變壓器繼電保護研究

鄭冰濤 蘇艷華

摘 要：水電站發(fā)電機變壓器的穩(wěn)定對于水電站的順利發(fā)電和穩(wěn)定運行具有重要的意義，水電站發(fā)電機變壓器繼電保護直接影響著水電站的穩(wěn)定運行，在水電站運行過程中會不可避免地產(chǎn)生一些故障，導致線路短路、元件燒損，影響到水電站的正常運行。為了降低故障發(fā)生的概率，就要根據(jù)水電站的實際情況，科學的、合理的設置水電站發(fā)電機變壓器繼電保護裝置，從而保證水電站發(fā)電機穩(wěn)定的運行。

關鍵詞：水電站;發(fā)電機;變壓器;繼電保護

一、 水電站發(fā)電機變壓器的常見故障分析

水電站在運行過程中會不可避免產(chǎn)生故障，造成水電站發(fā)電機變壓器線路短路甚至元件燒損，影響水電站的穩(wěn)定運行。變壓器發(fā)生故障的位置不同，故障原因也不同，油箱外的故障一般發(fā)生在變壓器繞組引出短線和絕緣套管上的故障，包括低壓接地故障、大電流接地故障、相間短路故障，油箱內(nèi)的故障主要有同向部分繞組匝間短路、大電流系統(tǒng)不同點出現(xiàn)接地短路、各側(cè)相間短路，此外，還有系統(tǒng)故障負荷故障，以及由于頻率降低或系統(tǒng)電壓增高產(chǎn)生的激磁現(xiàn)象，變壓器中心點定位上升，油箱內(nèi)部油位上升，會導致變壓器溫度升高，出現(xiàn)全面停運現(xiàn)象。

二、 水電站發(fā)電機變壓器繼電保護裝置

（一）水電站變壓器繼電保護裝置

變壓器一旦短路，就會產(chǎn)生大量的短路電流，導致變壓器溫度升高，溫度過高會導致變壓器繞組和鐵心直接被燒毀，造成變壓器停運。變壓器故障發(fā)生在油箱內(nèi)部時，與電弧緊密相隨的短路電流還會引發(fā)火災，短路電流還會形成電動力，導致變壓器形變甚至被損毀，變壓器處于異常運行狀態(tài)下也會威脅到變壓器的安全，需要及時發(fā)現(xiàn)隱患并及時處理。要保證變壓器的運行安全，就要盡量控制變壓器發(fā)生故障的頻率，將變壓器故障損害降到最低。一旦變壓器發(fā)生短路，就要立即將變壓器切斷，在發(fā)生故障后快速報警并及時處理。大型變壓器一般采用縱差保護方式，保護系統(tǒng)包括短線信號、差動速斷軟件，在具體的縱差保護裝置中，要有效保證內(nèi)部故障系統(tǒng)的靈敏度，就要依靠比率來進行制訂差動軟件。變壓器外部故障時，流出的電流和流入的電流一般相同，縱差保護系統(tǒng)不會被觸發(fā)，變壓器出現(xiàn)內(nèi)部故障或異常運行時，只存在流入變壓器的電流，在不考慮負荷電流的情況下，一般會觸發(fā)縱差保護系統(tǒng)，切除變壓器，有效保證變壓器的安全。

（二）短路故障的主保護

水電站變壓器定子繞組或輸出端發(fā)生相間短路或接地短路，會在系統(tǒng)中產(chǎn)生很大的短路電流，損傷變壓器內(nèi)部零件，除縱差保護法外，還可以利用橫差保護法進行主保護。

（三）短路故障的后備保護

1. 低壓過流保護

低壓過流保護是一種主要針對發(fā)電機的保護方法，同時也對周邊其他設備進行保護。

2. 次同步過流保護

次同步過流保護主要針對發(fā)電機在進行變頻啟動時出現(xiàn)的短路情況，這種短路情況通常由定子繞組所導致。

3. 定子繞組保護

定子繞組保護主要針對定子繞組過負荷的情況，特別是發(fā)電器長期運轉(zhuǎn)導致過熱的情況。通過定子繞組負荷保護裝置可以有效地防范發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生的短路故障。

4. 負序電流保護

負序電流保護主要用于防止轉(zhuǎn)子受到損壞，通常，轉(zhuǎn)子損壞主要由三項負荷不平衡造成，電力系統(tǒng)短路也可能造成轉(zhuǎn)子的損壞。

（四）接地故障保護

水電站變壓器定子繞組容量比普通發(fā)電機要大很多，變壓器一旦發(fā)生接地故障就會發(fā)生很大的瞬間電流，影響到變壓器的安全隱形，如果發(fā)生間低故障，還會出現(xiàn)弧光過電壓，導致變壓器絕緣位置損壞，產(chǎn)生更大的短路故障。一般變壓器接地故障的保護方式包括定子繞組接地保護和轉(zhuǎn)子接地保護，我國水電站變壓器機電保護起步比較晚，許多技術還不完善，在電子繞組接地保護中存在一定的盲區(qū)，變壓器正常運行的情況下還需要配備完善的預警系統(tǒng)，發(fā)生接地故障要及時切斷電源，保護電子系統(tǒng)元件。

（五）增加發(fā)電機出口斷路失靈的保護

傳統(tǒng)的水電站主線連線方式都是在發(fā)電機和變壓器中間加入出口斷路器，這種裝置可以最大程度上實現(xiàn)保護工作。工作原則具體來說就是當變壓器運行出現(xiàn)故障時，可以通過斷開發(fā)電機出口斷路將發(fā)電機和變壓器分離開來。為防止長電纜直流接地后電容電流導致保護裝置誤開入，引起誤啟動失靈保護動作，其他屏保護動作接點經(jīng)大功率重動繼電器后輸入開入回路采用雙開入，2個開入量同時置“1”，才認為該失靈開入有效，外部設計回路如圖1所示。

所以在實際的運行工作中，一定要將發(fā)電機出口斷路失靈的保護工作重視起來，結(jié)合實際情況進行技術創(chuàng)新。

三、 結(jié)語

綜上所述，變壓器的繼電保護工作是水電站正常運行的基礎工作，發(fā)揮著不可忽視的重要作用，相關工作人員必須對此引起高度的重視，及時對存在缺陷的機電保護裝置進行改造，以確保繼電保護裝置的重要應用價值能夠得以充分發(fā)揮，從而更好地推動水電站的發(fā)展。

參考文獻：

[1]王冰冰.并網(wǎng)光伏電站LVRT特性對升壓變壓器繼電保護的影響[J].電工電氣，2019.

[2]楊乾純.發(fā)電機勵磁系統(tǒng)保護配置及整定分析[J].石油化工技術與經(jīng)濟，2019.

作者簡介：

鄭冰濤，國網(wǎng)湖南省電力有限公司鳳灘水力發(fā)電廠;

蘇艷華，國網(wǎng)湖南省電力有限公司水電分公司。