電氣系統繼電保護技術的探討分析

馮斌

摘要：根據電氣系統繼電保護技術規程，為正確反應繼電短路故障和確保快速切除故障，配置了發電機縱、橫差動保護，變壓器縱差保護和發電機-變壓器組縱差保護，對發電機-變壓器組構成了雙重快速保護。差動保護雙重化，降低了拒動的幾率;設置閉鎖，則降低了誤動的幾率。因此，雙重化加閉鎖，提高了可靠性，有利于大機組的安全運行。

關鍵詞：發電機;繼電保護;變壓器;電氣系統

一、變壓器縱差保護

正確反應變壓器外部短路故障，為了正確、及時的反應變壓器內部短路故障，選擇裝設瓦斯保護。瓦斯保護分為輕瓦斯保護和重瓦斯保護，分別利用開口杯和擋板式原理，反應變壓器內部的故障程度，確定發出信號還是將變壓器從系統中切除。在超高壓電網中，單相接地短路故障最多，在各種短路接地故障中，有80%-90%是單相接地故障，為了在某些特殊情況下，不致使電網失去保護，所以盡管相鄰線路上配置了完善的近后備保護，一般還是要在變壓器中性點裝設零序電流保護，對相鄰線路構成遠后備。

二、發電機接地保護

大型發電機變壓器組，都接在220KV及以上的母線上。220KV及以上的線路，一般都有完備的后備保護。同時，對于220KV及以上的母線，由于母線保護一般只有一套，而且有時不投入運行，因此，需要在發電機變壓器組上裝設作為相鄰母線故障的后備保護，考慮裝設一套三相全阻抗保護裝置。

表2 ?發電機接地保護配置依據及元件選型

發電機接地保護配置依據所選繼電器發電機定子一點接地保護2.1.2.3ZB-2537（LD-1A）勵磁回路一點接地保護2.1.2.3ZB-2532（ZBZ-2A）勵磁回路兩點接地保護2.1.2.10ZB-2532（LD-2A）三、發電機常見故障

定子繞組的單相接地，定子繞組與鐵芯間絕緣破壞，由于發電機中性點是不接地或經高阻接地，所以定子單相接地故障并不引起大的故障電流。但由于大型發電機在系統中的重要地位，造價昂貴，而且結構復雜、檢修困難，所以對大型發電機的定子接地電流大小和保護性能提出了嚴格的要求，特裝設發電機定子一點接地保護，根據接地電流的大小，分別動作于信號或停機。發電機勵磁回路一點接地故障，是常見的故障形式之一，兩點接地故障也時有發生。勵磁回路一點接地故障，對發電機并未造成危害，但若在相繼發生第二點接地故障，則將嚴重威脅機組的安全，為此，裝設勵磁回路一點、兩點接地保護，分別動作于信號或停機。

表3 ?異常運行保護配置依據及元件選型

異常運行保護配置依據所選繼電器對稱過負荷保護2.1.2ZB-1536不對稱過負荷保護2.1.2.7ZB-1536勵磁回路過負荷保護2.1.2失磁保護2.1.2.11ZB-4540（LZ-1）逆功率保護2.1.2.12LNG-3過電壓保護2.1.2.5過激磁保護2.1.2.15對于發電機的異常運行狀態，如不能及時發現和采取相應措施，將使發電機縮短使用壽命，或釀成隱患，甚至給整個機組造成直接破壞。因此，針對機組在實際運行中出現過的危及機組安全的各種異常運行狀態，都需要采取有效的保護措施。發電機，定子和轉子的材料利用率很高，其熱容量和銅損的比值較小，因而熱時間常數也比較小。而且在發電機定子繞組內的熱偶元件不能迅速反應發電機的負荷變化，為防止受到過負荷的損害，裝設反應定子繞組平均發熱狀況的過負荷保護。而發電機勵磁繞組中連熱偶元件都沒有裝設，所以必須配置勵磁回路過負荷保護，以保護發電機的轉子繞組。

四、發電機其他保護

1. 過激磁保護

大型變壓器在正常運行時，工作磁密和飽和磁密相差不大，但當電壓頻率比增加時，工作磁密增加，使勵磁電流增加，特別是在飽和之后，勵磁電流要急劇增大，造成過勵磁。變壓器的鐵芯飽和之后，鐵損增加，使鐵芯溫度升高，鐵芯飽和之后還要使磁場擴散到周圍的空間中去，使漏磁場增強。靠近鐵芯的繞組導線、油箱壁以及其他金屬結構件，由于漏磁場而產生渦流損耗，使這些部位發熱，引起高溫，嚴重時要造成局部變形和損傷周圍的絕緣介質。所以，必須裝設變壓器過激磁保護。

2. 過電壓保護

發電機在突然甩負荷時，容易產生不允許的過電壓。特別是對大機組出現危及絕緣安全的過電壓是比較常見的現象，為此須裝設過電壓保護。由于過電壓系統環節較多，發電機低勵成為常見的故障形式。發電機低勵或失磁后，將過渡到異步運行，轉子出現轉差，定子電流增大，定子電壓下降，有功功率下降，無功功率反向并且增大;在轉子回路中出現差頻電流;電力系統的電壓下降及某些電源支路過電流，這些變化，在一定條件下，將破壞電力系統的穩定運行，威脅發電機本身的安全。為保證電力系統和發電機的安全，必須裝設失磁保護，以便及時發現低勵和失磁故障并及時采取必要的措施。

3.逆功率保護

逆功率保護，用于保護汽輪機。當主汽門誤關閉，或機爐保護動作關閉主汽門而出口斷路器未跳閘時，發電機變成電動機運行，要從電力系統吸收有功功率，使汽輪機尾部葉片過熱，因而造成汽輪機事故。大機組均不允許在此狀態下長期運行，一般只允許運行幾分鐘。為保護汽輪機，必須裝設逆功率保護。

4. 非全相運行保護

變壓器220KV及以上高壓側的斷路器，多為分相操作的斷路器，常由于誤操作或機械方面的原因，使三相不能同時合閘或跳閘，或在正常運行中突然一相跳閘。這種運行工況，將在發電機中流過負序電流，對于在系統中占有重要地位的電力變壓器，當220KV及以上電壓側為分相操作的斷路器時，要求裝設非全相運行保護。

5. 斷路器失靈保護

按照遠后備的原則，升壓變壓器高壓側斷路器拒動時，應由相鄰元件的后備保護切除故障，切除故障的時間長，而且可能把全部電源元件切除。因此，大機組都應當裝設斷路器失靈保護，用以在斷路器失靈時切除故障。每一母線的全部連接元件裝設一套公用的斷路器失靈保護。發電機大部分采用水冷方式。為防止發電機內冷水中斷時，造成發電機定子線圈過熱甚至燒毀定子繞組，必須裝設反應發電機內冷水中斷的保護。

主變壓器由于容量較大，大多采用強油風冷的冷卻方式。運行中由于某些原因造成冷卻器全停時，將使變壓器油溫迅速升高，嚴重威脅變壓器的絕緣和使用壽命。為此必須裝設主變冷卻器全停保護，用以監視變壓器上層油溫，確保變壓器的安全運行。

結論：

線路發生故障時，線路中的電流會增大，電流大于保護的整定值時，電流保護動作切除故障，這種反映電流幅值升高而動作的保護裝置是電氣系統的主要繼電保護。電流保護為電流速斷保護、限時電流速斷保護和定時限過電流保護，電流三段式保護，單側電源供電線路，在每回線路的電源側均安裝有電流速斷保護。當輸電線路上發生短路時，動作電流按躲過被保護線路末端短路時的最大短路電流整定，使其保護范圍限制在被保護線路的內部，保證了選擇性，可以瞬間切除故障，流過保護安裝地點的短路路電流。

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