大型发电机变压器继电保护研究

谢明宏

中图分类号：TH

文献标识码：A

文章编号：1673-0992(2009)03-0051-01

摘要：由于现代大型发电机变压器造价高昂，结构复杂，发生故障时，会造成相当大的经济损失。大型发电机组在电力系统中占有重要地位，大型发电机组的切除，会给电力系统造成较大的扰动冲击，所以对大型发电机组在电力系统保护很重要，本文对发电机变压器微机保护电气实现原理进行了探讨，并联系当今微机保护配置原则及主流设计思想也对其保护配置方案方面进行探讨，以便达到有可靠性、灵敏性、选择性和快速性好的保护效果。

关键词：大型发电机变压器继电保护保护研究

一、引言

当今的大型发电机造价比较高昂，结构也比较复杂，当发生故障遭到破坏，它的检修难度大，检修时间长，这样造成相当大的经济损失。大型发电机组在电力系统中占有重要地位特别是单机容量占系统容量较大比例的情况下，大型发电机组的切除，会给电力系统造成较大的扰动冲击。所以，在考虑大型发电机组继电保护的总体配置时，比较强调最大限度的保证机组安全和最大限度地缩小故障破坏范围，尽可能避免不必要的突然停机。特别是避免保护装置误动和拒动。这样，在要求有可靠性、灵敏性、选择性和快速性好的保护装置的同时，还要求在继电保护的总体配置上尽量做到完善、合理。

二、大型发电机组继电保护总体配置的基本原则

大型发电机组保护配置可以通常分为短路保护、接地保护和异常运行保护三类。短路保护。用以反映发电机变压器的保护区域内发生的各种类型的短路故障，这些故障将造成机组的直接破坏，这类保护很重要。为防止保护装置或断路器拒动，又有主保护和后备保护之分。接地保护，用以反映发电机变压器电气部分全回路接地故障，主要是发电机转子绕组应装设一点接地保护和两点接地保护，定子绕组应有100％单相接地保护。异常运行保护，用以反映各种可能给机组造成危害的异常工况，但这些工况不会或不能很快造成机组的直接破坏。这类保护装置，一般都装设一套专用继电器或保护装置，不为其另设后备保护。

大型发电机变压器组微机保护的配置与模拟式保护的配置有所不同，因为微机型主保护与后备保护综合在一起，所以对于200MW的发电机及接于220KV系统的变压器，应装设包括主保护、后备保护和异常运行保护的两整套微机继电保护装置，每套各有单独的直流电源和电流互感器。独立的跳闸线圈出口。以确保大型机组的安全，但在每套装置内，应能够实现交直流通道输入信息的资源共享。通常情况下。在讨论并确定大机组继电保护的配置原则时通常遵循以下几点：

(1)加强大型发电机变压器主保护，保证在保护范围内任一点发生故障，均有双重主保护，有选择的、快速的、灵敏的切除故障，使机组受到的损伤最轻、对电力系统的影响最小。

(2)在加强主保护的前提下注意落实后备保护的简化。过于复杂的后备保护配置方案，不仅是不必要的，而且运行实践证明是有害的。

(3)为慎重确定发变组内部故障主保护配置方案。继电保护设计人员应确切了解主设备内部故障时的电气特性，查找原始资料，比如电机生产厂家向继电保护设计或运行部门提供发电机的电磁设计资料，在充分分析计算内部故障的基础上。提出发电机一变压器组的主保护方案和发电机中性点侧引出方式、分析电流互感器安装位置及其型号。

(4)应装设必要的异常工况保护和有足够灵敏度的长延时远后备保护，但应力求简化。

三、继电保护配置的常见问题

(1)三相定子绕组的结构对主保护配置的影响

三相定子绕组的结构问题，主要指的是发电机中性点侧的引出方式，因为它与发变组内部短路主保护方案密切相关，同时也与定子绕组每相并联分支数有关。

目前国内200MW及以上的汽轮发电机大多为每相两并联分支，中性点仅引出三相的三个端子。作为发变组内部短路主保护，普遍采用发电机传统纵差保护和发变组纵差保护，这两种保护方案对发电机定子绕组同相的匝间或层间短路和开焊f断线故障均无保护作用，因此必须予以改进。一种改进方案是改变发电机中性点侧的引出方式，将三相六个分支绕组分成两组同时引出，这样可以装设单元件零序电流横差保护。高灵敏横差保护具有发电机相问短路、匝间短路和定子绕组开焊的保护功能、构成简单、灵敏度高。可以作为发电机的第一主保护。

(2)定子绕组单相接地保护问题

为解决好定子单相接地故障的保护问题。首先应注意发电机中性点接地方式，使之满足单相接地电流小于GB-14285-93《继电保护和安全自动装置技术规程》2.2.4条所规定的故障电流允许值(即安全电流)。即对于200MW发电机组定子绕组单相接地电流应小于2A。同时必须注意的是，所配置的保护应包括发电机定子绕组100％的保护区，即基波零序电压和三次谐波零序电压的定子接地保护。当单相接地电流小于安全电流时，保护装置带时限动作于信号，反之则应动作于跳闸。如果发电机绝缘状况不良或超期服役绝缘老化严重，保护可带时限作用于跳闸停机。

(3)转子绕组两点接地若干保护问题

当汽轮发电机的励磁回路两点接地故障，即使两点接地保护正确动作并跳闸。也可能发生轴系和汽机部件的磁化现象，给机组尽快恢复正常运行带来很大困难。对于转子水内冷的汽轮发电机，由于转子绕组漏水，造成励磁回路的接地故障，不再是从一点接地开始。随后继发第二点接地，而是一开始就是多点或一片励磁绕组接地。

对于200MW汽轮发电机应装设一点接地保护。当一点接地保护动作后，应及时发出报警信号，尽快转移负荷。实现机组的平稳停机，切勿认为一点接地无甚危害。不加处理，一旦再发生第二点接地故障，将酿成大患，对大型汽轮发电机极为不利。基于这种考虑。现代微机继电保护装置虽然在判断发生转子一点接地保护动作时，自动投入转子两点接地保护，但要求运行检修人员在发现转子一点接地时仍应尽快查明原因，立即处理，在第一时间内消除接地故障点。

四、结束语

现阶段的微机保护作为现今大型发电机变压器组的主流保护，现已得到广泛应用并得到了一致认可，从每年电力系统火力发电厂的继电保护实际运行和动作情况统计来看，都证明了各生产厂家对继电保护硬件和软件设计模式不断探索，标志着继电保护的未来发展方向；同时，各发电企业不断的完善保护功能配置，继电保护工作者在生产实践过程中不断交流经验、总结教训，逐渐形成了一整套的标准化配置方案，确保了电力系统及发电机组的安全稳定运行。