水电站发电机变压器保护原理及继电保护方式

张伟　周桂林

摘要：在水电站发电机变压器中安装继电保护装置，可以保障变压器的稳定运行，使水电站为用户提供可靠的电力。基于此，笔者从水电站发电机变压器的保护原理入手，根据继电保护的原则以及变压器常见的多种故障，对变压器的继电保护方式进行了分析，变压器主要包括短路故障的主保护、后备保护以及接地故障的保护这三种继电保护方式，从整体上保障了变压器的稳定运行，有助于水电站的长久运行。

关键词：水电站；变压器；继电保护

前言：在水电站发电机变压器的正常运行中，难免会产生一些故障，对电力系统的稳定运行造成不利影响。为了解决这一问题，大部分水电站都会采用继电保护方式对变压器进行保护，避免变压器故障的影响范围进一步扩大。而且继电保护装置可以及时提醒水电站的运维人员排除变压器故障，从而保障电力系统的稳定运行。因此，对于水电站发电机变压器保护原理及继电保护方式分析具有一定的实践意义。

1.水电站发电机变压器保护原理

1.1定子接地继电保护原理

當水电站发电机变压器内部的定子出现单相接地现象的时候，会导致匝间短路、相间短路以及接地短路，对变压器的正常运行造成不利影响，从而危害到整个电力系统。因此，水电站需要对变压器进行保护，通常是在变压器定子的中性点配备高阻，对暂态过电压进行控制，为变压器提供全面的保护。如果在继电保护的过程中，变压器出现了其他故障，则继电保护装置会自动跳闸，从根本上保护变压器。

1.2变压器继电保护装置

对于水电站发电机而言，主要涉及到主变压器以及厂用变压器这两种变压器，主变压器应用的继电保护装置包括差动装置、重瓦斯装置以及零序装置等，在变压器运行时，技术人员需要根据发电机以及变压器的实际运行状况，选择适当的零序过电流加入到继电保护装置中，实现变压器的保护；厂用变压器应用的继电保护装置主要是在开关柜中安装保护装置。；两种变压器的继电保护装置通过工控机进行连接，使变压器的接线更为简便，有助于继电装置的管理以及维护[1]。

2.水电站发电机变压器的继电保护方式

2.1继电保护的原则

水电站主要是根据水位能、动能和电能的转化，应用发电机与变压器进行发电。大部分水电站的发电机容量为20WM-100WM。在进行继电保护时，技术人员需要采用扩大单元接线的方法将一台变压器连接多台发电机，并在母线上安装断路器，实现变压器的继电保护。继电保护装置能够迅速将变压器中出现故障的元件隔离，将变压器故障的影响降到最低，尽可能地保护变压器的稳定运行，有助于供电可靠性的提升。

2.2变压器常见故障

对于水电站的发电机而言，变压器主要有如下常见故障：其一，定子绕组故障，包括接地故障和相间短路等故障；其二，转子绕组故障，包括转子绕组的匝间短路、一点接地以及二点接地等故障；其三，异常运行状，包括超额定电容引起的三相超负荷、水轮机球阀突然关闭引起的发电机逆功率以及绕组过电流等故障。变压器的故障不仅会危害变压器的内部元件，严重时还会导致火宅事故。因此，水电站需要提高对变压器继电保护的重视。一般来说，水电站发电机的变压器继电保护装置分为短路保护装置、接地保护装置以及异常运行保护装置这三个方面，而且在这三类保护装置均具备独立的直流电源以及跳闸线圈，保障水电站变压器的运行。

2.3继电保护类型

第一，短路故障的主保护。当水电站发电机的变压器出现定子绕组故障的时候，电力系统中会出现较大的短路电流，短路电流会严重损坏变压器的内部装置，对变压器的安全运行造成危害。目前常用的主保护方式包括纵差保护方式以及横差保护方式这两种。纵差保护方式主要用于大型变压器的保护，纵差保护装置由差动速断元件、TA断线信号以及过激磁闭锁等元件组成。一旦变压器发生故障或者异常运行状况，纵差保护装置可以控制变压器只能流进电流，而不能流出，从而实现变压器的继电保护。如果这时存在负荷电流，纵差保护装置会采取跳闸措施保护变压器。

第二，短路故障的后备保护。为了保护变压器的安全运行，水电站还会对短路故障进行后备保护，主要有四种继电保护方式：其一，转子负序电流保护方式，当电力系统因为三相负荷不平衡或者短路现象导致转子零件被损坏时，可以为变压器提供保护；其二，定子绕组过负荷保护方式，当变压器长期处于超负荷运转时，很容易出现过热现象，这种保护方式可以防止变压器的电路元件因为过热而被烧毁；其三，次同步过电流保护方式，当变压器在变频启动时，该保护方式可以避免变压器因为绕组短路故障被损害；其四，低压过电流保护方式，该方式主要用于保护变压器的配套设备。

第三，接地故障的保护。和普通发电机相比，水电站发电机变压器的定子绕组容量更大。因此，当变压器出现接地故障的时候，会出现较大的瞬间电流，危害到变压器的稳定运行。接地故障还会导致弧光过电压，损害变压器的绝缘位置，造成更为严重的短路故障。目前我国水电站常用的接地故障保护方式有定子绕组接地保护以及转子接地保护这两种。本文主要对定子绕组接地保护方式进行分析，该方式主要应用基波零序电压保护95%的定子绕组，并应用是三次谐波电压保护中性点周围的定子绕组，以此实现变压器的继电保护。如果水电站发电机的容量大于100WM，需要对定子绕组进行100%接地保护[2]。

结论：综上所述，水电站发电机变压器的继电保护可以保障发电机以及变压器的稳定运行，需要受到水电站技术人员的重视。通过对水电站继电保护的分析可知，水电站的技术人员需要严格按照继电保护原则，根据变压器不同的故障状况，选择最佳的继电保护方式，为人们提供更加可靠的电力。本文的分析仍旧不够全面，仅供参考。

参考文献：

[1]罗文雄.关于水电站发电机变压器继电保护的探讨[J].黑龙江水利科技，2017，45（04）：101-102+122.

[2]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（11）：69-71+100.