关于水电站发电机变压器继电保护的探讨

罗文雄

(广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510000)



关于水电站发电机变压器继电保护的探讨

罗文雄

(广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510000)

水电站发电机变压器的稳定运行直接影响着整个水电站的稳定运行，有效的做好水电站发电机变压器继电保护工作对维持水电站的稳定有着非常重要的意义。文章结合海南琼中抽水蓄能电站(3×200MW)的电气专业监理工作经验及可行性研究报告资料，主要讲述了水电站继电保护的一些具体要求，以及发电机变压器继电保护的具体设计原则以及配置方案。

水电站；发电机；变压器；继电保护；探讨

水电站发电机变压器在运行过程中不可避免的会出现一些故障，因此需要我们根据水电站继电保护的实际情况，对水电站发电机变压器继电保护进行科学合理的设置，从而使水电站在投入使用之后可以实现稳定的运行。

1 水电站继电保护的具体要求

1.1 设计原则

水电站在进行继电保护设计时，要根据变电站实际情况来进行合理的配置，在进行具体的设计时需要在《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》以及《水电厂继电保护设计导则》等一些相关的设计文件的基础上进行设计，需要满足继电保护设计规范提出的设计要求。

1.2 技术保障

现阶段我国的水电站继电保护相关法规规定，对220kV的线路进行保护时，不能采用单一保护法，而是应该采用多种不同的保护方式，其中包括线路保护，开关保护以及母线保护等。一定注意保护装置需要在即使相关元件发生损害的情况下也可以发挥作用，在发现电路出现问题的时候能够在最快速的时间内发生报警，并且要保证保护装置报警的准确性。

2 线路继电保护，变压器以及发电机

对水电站220kV线路继电保护装置的功能应该包含有短引线保护，过电压保护，零序过流保护，相间距离保护，接地距离保护以及光纤差动保护，对于母线的保护装置需要采取母差保护的方法，对于开关的保护装置功能需要包括死区保护，充电保护，失灵保护以及自动重合闸。其中具体的保护措施为，主保护为光纤电流差动保护，同时并不需要进行独立后备距离保护的配置。保护措施采用的通道是双光纤通道，任何一套保护都需要分为两路，一路是复用2M的迂回光纤带路，另一路是专用光纤通道。每条线路的两侧都需要配备有两套远方的跳闸就地判断装置，其中需要包含有过电压保护，这样就可以对远跳回路及时的判别，还可以实现对过电压进行及时的远方发信。用母线差动保护作为水电站发动机继电保护的主保护，同时母线差动保护需要和开关失灵保护装置相互配合共同实现失灵联跳的功能。

水电站的主变压保护装置应该具备有压力释放保护，重瓦斯保护，纵差保护这3项，后备保护装置则需要由零序过电流保护以及低压过流保护这两种保护，变压器继电保护的异常运行保护装置则需要由轻瓦斯保护，过激磁保护以及过负荷保护。

以海南琼中抽水蓄能电站为例，其保护装置就是按照异常运行保护，接地保护以及短路保护这3种保护装置的配置原则进行保护装置的设置，其中短路保护装置的主要保护甚至包括有绕组匝间横差保护以及纵差保护。接地保护装置包含有转子一点的接地保护，100%的定子接地保护以及95%的定子接地保护。异常保护装置则包括轴电流保护，过电压保护以及失磁保护。

3 水电站发动机保护的装置及设计原则

现阶段我国的大部分水电站发电机经常遇到的一些运行故障主要为2种，①定子绕组故障，具体包括有匝间故障，接地故障以及相间短路故障。②转子绕组故障，具体包括有转子绕组匝间出现短路故障，转子绕组出现一点接地或者是两点接地故障。水电站发电机处在异常状态时的表现为，由于外部出现短路造成三项对称过负荷，由于外部出现不对称短路或者出现不对称负荷造成水电站发动机发生负序过电流，由于突然发生的甩负荷导致转子绕组超过负荷，由于水轮机球阀发生突然性的关闭造成发电机出现逆功率等[1]。

一般情况下如果是大机组，保护装置会包含有异常运行保护，接地保护以及短路保护这3项部分。对于发电机功率在200MW之上以及不低于220kV的变压器，应该采用的最合适的保护装置为异常运行保护，后备保护以及主保护三位一体的微机继电保护装置，其中任何一套保护装置都需要有独立的电流互感器以及直流电源，同时还需要有单独分开的跳闸线圈出口。另外，如果短路故障是发生在保护区域以内，还需要加设短路保护措施，这样可以有效的降低由于短路故障带来机组带来的损害[2]。

3.1 发生短路故障需要采取的主保护

水电站发电机发生定子绕组短路，输出端由于相间发生相间短路或者是发生接地短路，这些故障都会产生非常大的短路电流，从而将发电机线圈以及一些其他的零件烧坏，从而导致发电机的整个内部结构遭到严重的破坏。因此对于这种短路故障采取的保护方法一般为纵差保护法或者是横差保护法，横差保护法需要在定子绕组匝间进行[3]。

3.2 发电机发生短路故障需要采取的后备保护

一般情况下，后备保护方法包含有低压过流保护法、次同步过流保护法，定子绕组保护以及负序电流保护这4种方法。其中转子负序电流保护法主要保护的是三项负荷不平衡的原因导致转子发生伤损以及电力系统发生短路这两种故障情况。定子绕组过负荷保护主要负责的是因为发电器长期处于运作发生过热情况的保护，通过定子绕组负荷保护装置可以有效的防范发电机内部发生的短路故障。次同步电流保护主要负责的是发电机在进行变频启动时由于定子绕组出现的短路情况。低压过流保护则主要负责发电机和发电机周边其他设备的一些具体后备保护[4]。

3.3 接地故障的保护

发电机接地故障不仅会产生较大的电容电流给发电机的运行带来隐患，同时还会导致出现接地弧光过电压，从而导致发电器其他部位的损坏。现阶段接地故障的保护措施注意包含有转子接地保护方式以及定子绕组接地保护方式。

4 变压器继电保护的装置以及设计原则

4.1 变压器经常遇到的故障

变压器经常发生的故障按照发生位置的不同，可以分为油箱内故障以及油箱外故障。①油箱外故障具体是指，变压器绕组的引出短线以及引出绝缘套管上发生的故障，包含有低压侧的接地故障，大电流侧的接地故障以及相间的短路故障。②油箱内故障具体是指同向部分绕组出现匝间短路，大电流系统侧不同的点相出现接地短路现象以及各侧相间短路。变压器不仅仅包含有油箱内故障以及油箱外故障，在实际的变压器运行中，还会经常性出现系统故障，由于一些其他因素导致出现负荷故障，由于系统的频率发生降低或者是系统的电压发生增高产生的激磁，从而导致变压器中性点的电位得到上升，油箱内部油位超出正常的范围，严重的会导致变压器由于温度过高出现全面停运状况。

4.2 水电站变压器的保护装置

变压器一旦发生短路现象，很快就会产生大量的非常大的短路电流，这些电流会导致变压器的温度持续升高，温度过高时会导致变压器的绕组以及变压器的铁心直接被烧毁，造成不可避免的损失。如果变压器发生故障的地方是在油箱内部，那么和电弧紧密相随的短路电流还有可能会引发火灾等问题。另外，发生短路电流还会形成电动力，电动力会导致变压器的形状发生变样甚至是被损毁。同时变压器如果处在异常运行的状态下也会导致变压器的安全受到一定的威胁，需要人们及时的发现安全隐患并且今早处理。

为了能够有效的保障变压器的运行安全，尽量的控制变压器发生故障的频率，有效的将变压器发生故障造成的损害降到最低，需要在一旦变压器发生短路时，就立刻将变压器切断。一旦变压器的运行出现故障，则需要快速报警并且对其进行处理。

大型变压器一般情况下采用纵差保护的方式，保护系统包括的元件有TA断线信号元件，过激磁闭锁元件，差动速断元件，涌流闭锁元件以及分项差动元件等。在具体的纵差保护装置中，为了能够有效的保证内部故障的应变灵敏度不受影响，从而达到有效避免电流故障的目的，可以采用依靠比率来进行制定的差动元件。

当变压器处在正常运行的状态或者是变压器外部发生故障时，流出变压器的电流以及流入变压器的电流一般情况下处于相同状态，纵差保护系统不会被触发。只有在变压器出现内部故障或者是处在异常运行的状态下时，则仅仅只存在流进变压器的电流而不存在流出变压器的电流，前提是并不考虑负荷电流造成的影响，在这种话情况下纵差保护系统将会被触发运作，将变压器切除，从而有效的保障变压器的安全。

现阶段在水电站变压器保护装置中，主要包含有差动速断元件，过激磁闭锁元件以及涌流闭锁元件这三种，分别负责变压器的切除工作，有效的避免纵差保护勿动以及有效的避免励磁涌流。

5 结 语

综上所述，变压器继电保护装置的有效性以及合理性可以保障变压器的稳定运行，从而保证整个水电站的正常运行。因此在进行水电站发电机变压器继电保护装置的设计时需要根据水电站的实际工作情况，结合变压器过激磁保护，低压过流保护，零序过电流保护以及后备保护等多个方面，制定非常完备的继电保护计划，从而保障变压器的有效运行。

[1]王喜志.水电站发电机及变压器继电保护的设计原则与配置方案[J].自动化应用,2014,4(11):69-71,100.

[2]林金新.水电站发电机变压器继电保护研究[J].科技风,2016,5(18):125.

[3]王钰.浅议电气设备发电机、变压器继电保护[J].科技创新与应用,2015,9(34):169.

[4]杨宏宇,徐钢,单华，等.发电机失步保护和失磁保护整定计算的研究[J].电工技术,2015,7(03):22-24,34.

1007-7596(2017)04-0101-02

2017-03-14

罗文雄(1983-)，男，广东梅州人，工程师。

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