电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式研究

宋芝贵

摘 要：伴随着科技的进步，我们国家的电力设施、设备在设计、制造、维护保养、检修与使用方面积累了丰富经验，也取得了相当可喜的成就，这为日后进一步研发、创新、设计和使用电力设施、设备提供了宝贵经验。为适应各行各业及广大人民群众与日俱增的电力需求，各个电厂对电器成套设备的结构和性能提出了更高的要求。本文着重论述了发电机和变压器的继电保护原理与保护措施。

关键词：发电机;变压器;继电保护及装置

一：对电厂发电机、变压器进行继电保护的必要性和重要性

可靠而有效的继电保护装置，才能使发电机、变压器和电网达到高效、稳定、安全地运行，从而保障了电力系统供电质量的可靠性，为工业、农业、国防、城乡居民日常生活等方面用电提供了强有力的用电保障。而电厂的发电机、变压器是确保电力系统为用户提供高质量电能的关键设备，特别是发电机的安全运行对电力系统正常运行、特别是系统中的电网的正常运行和提高供电质量起着关键性的决定作用。所以，一切应从实际出发，综合考量系统设备在运行中可能出现的故障因数，结合电厂的实际情况，选择满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性要求的继电保护装置，特别是选择微机保护装置。当发电机、变压器异常运行时，能及时地被发现，进而提醒运维人员采取措施，消除隐患;一旦发生故障，能够快速、有效、并有选择性的切除故障设备，保证其它设备不受此影响。待故障排除后，设备又可以并入系统运行，从而保障了电网有充足的电能提供给用户。因此，对发电机、变压器进行继电保护十分必要，也相当重要。

二：对发电机、变压器继电保护装置的技术要求

随着科技的不断进步，电子技术、计算机技术、通讯技术、自动化技术、芯片技术、人工智能等产业的快速发展，进而推动了发电机保护产品、变压器保护产品及其它继电保护产品的快速发展，从而加快了继电保护产品的更行换代的步伐。为各行各业开发出来的继电保护产品更加适用于用户的各种需求，像远程集中控制、智能在线检查、诊断、维护等技术的运用，很受用户欢迎。同时，也由于工业、农业、国防、城乡居民日常生活等方面对电能质量要求的不断提高，客观上也促进了继电保护技术的发展。

发电机、变压器继电保护装置除了具备选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个方面的基本要求外，应尽可能做到高精度、高可靠性、高综合性和高智能化，灵活、方便、实用。在设计和规划电力系统继电保护时，要调查研究，要充分考虑地形地貌等环境因素的影响，要考虑到电厂的实际情况，并结合以往所取得的成功经验;同时，也要遵循和参考国家关于电力行业的设计文件，依据国家相关行业的规程规范要求，综合考虑、综合布局，选择最优、最经济、最实用的方案。

在布局发电机、变压器的继电保护时，尤其要做到保护措施科学、多样、务实、高效，设备异常运行能及时预警，设备故障时能精准、快速地进行切除，不干扰、不破坏其它线路和设备。

三：电厂发电机继电保护的主要方式及原理

如何保证发电机可靠运行，如何保证发电机的出力，如何保证发电机不对电网造成较大的冲击，这就需要我们对发电机进行继电保护。也就是说，对发电机进行继电保护的目的，就是要保证发电机即安全又可靠地运行;就是要保证发电机的出力，为电网提供源源不断的电能来;就是要保证发电机不受破坏，降低事故率，提高发电机的使用寿命，从而保证电网运行的可靠性，不对电网造成较大的冲击。所以，对发电机加装继电保护，就是为了方便用户随时监控发电机的运行工况，根据不同的情况，采取不同的措施。例如，发电机因故障而停机，那么维护人员可以根据保护装置提供的信息，并结合实际，作出科学的判断，排除故障。故障排除后，特别是水轮发电机能很快地发出电来，并入电网。

湖南湘投高滩发电有限公司采用南瑞继保PCS-985RS发电机保护装置。高电公司发电机继电保护方式主要有：发电机差动保护、发电机低压过流保护、定子过电压保护、定子过负荷保护、发电机负序过负荷保护、频率保护、逆功率保护、转子接地保护、定子接地保护、发电机匝间保护、励磁过流保护、励磁过负荷保护。

下面就湖南湘投高滩发电有限公司的发电机差动保护、定子接地保护、转子接地保护、失磁保护进行介绍：

1、发电机差动保护。

发电机定子绕组发生相间短路，短路电流会很大，处理不及时，还会烧毁其它绕组和铁芯，引发火灾，烧毁电缆。而采用发电机差动保护可以避免事故的扩大，保护了发电机其它绕组、铁芯和电缆。

发电机差动保护采样信号的获取。采样信号取自发电机机端CT（变比1500：5A）三相电流，以及发电机中性点CT（变比1500：5A）三相电流。

1）：发电机比率制动差动保护原理：

高电公司发电机比率制动差动保护，采用传统的两折线比率制动差动保护，是

发电机的主保护。主要反映发电机绕组的相间短路。差动动作，必须要满足差动动作方程。发电机正常运行时，差动回路无差流。只有发电机内部故障时，任意一相比率差动动作，在其他条件满足时，都会差动出口，动作于停机，从而保护了发电机，避免了事故进一步地扩大。 这里需要注意的是，发电机差动保护范围外部短路时，发电机比率制动差动保护是不会动作的。

2）：发电机差动速断保护原理：

顾名思义，差动回路的任意一相差流值达到了发电机差动速断整定值时，发电机差动速断保护瞬间出口，动作于停机。

2、发电机定子接地保护。

如果发电机发生了定子一点接地，那么非接地的两相对地电压会升高，中性点电位会升高。由于非接地的两相对地电压升高到线电压，若发电机长时间运行，因而会对绕组和铁芯的绝缘造成破坏，严重时会造成绕组相间短路和绕组匝间短路。

湖南湘投高滩发电有限公司的三次谐波定子接地保護，采样信号取自发电机机端电压互感器开口三角形绕组。基波零序电压定子接地保护采样信号取自中性点零序电压。

基波零序电压定子接地保护，有两段定值，一个是零序电压定值，基波零序电压达到该定值时，基波零序电压定子接地保护动作于信号;另一个是零序电压高定值，基波零序电压达到该定值时，基波零序电压定子接地保护动作于跳闸（跳发电机出口开关）。

3、发电机转子一点接地保护。

由于发电机不容许两点接地。因为，两点接地将严重威胁到发电机的安全。一旦发生两点接地，保护将跳开发电机断路器。而转子一点接地，虽然不会对发电机造成危害，但可以预警，以提示运维人员适当时候采取措施。

4、发电机频率保护。

发电机频率过低或过高都会对发电机设备造成破坏，因此，对发电机进行频率保护十分必要。

湖南湘投高滩发电有限公司，发电机频率保护信号取自发电机机端电压互感器三相电压频率。过频设置两端，可动作于跳闸或发信号;低频设置三段，也可动作于跳闸或发信号。

四：电厂主变和厂变继电保护的主要方式及原理

对电厂主变进行继电保护，其主要目的是为了保证发电机输出的电能能够安全、可靠地通过主变输入到电网中去。电厂主变是联系发电机与电网的桥梁，是电网得到电能补充的唯一通道。若主变一旦发生故障，将会危害到电网的安全运行，给供电的可靠性带来严重影响。对主变进行继电保护，就是为了在主变异常运行时，能及时预警;故障时，能快速切除，不影响其它主变的正常运行;故障排除后，又可以恢复供电。

湖南湘投高滩发电有限公司主变保护装置，采用的是许继电气股份有限公司生产的WBH-812A、WBH-818A/H、WBH-818A/L、WBH-819A保护装置。主变保护方式有变压器差动保护、变压器高压侧后备保护、变压器低压侧后备保护、变压器非电量保护。变压器非电量保护有变压器本体重瓦斯、变压器本体轻瓦斯、变压器压力释放、绕组温度等等。变压器高压侧后备保护有高压侧复压过流保护、零序过流保护、过负荷等等。变压器低压侧后备保护有低压侧复压过流保护、零序过流保护、过负荷等。

对电厂厂变进行继电保护，湖南湘投沅陵高电公司厂变为干式变压器，继电保护配置有过流保护、接地保护、低电压保护等，继电保护的主要目的在于，保证400V低压系统供电的可靠性，主要确保线路、机组相关设备的可靠用电。

下面就湖南湘投高滩发电有限公司变压器差动保护、变压器非电量保护进行介绍：

1、变压器差动保护。

WBH-812A微机变压器保护装置，是许继电气股份有限公司生产的变压器差动保护装置。本装置中主保护由比率差动、差动速断、差动越限告警、TA断线告警组成。

变压器差动保护采样信号的获取。采样信号取自高压室变压器低压侧电流互感器三相电流，以及开关站变压器高压侧电流互感器三相电流。

变压器高压侧和低压侧电流互感器的接线方式。均采用星形接法。因为变压器差动保护采用的是微机保护，采样电流输入到微机保护装置后，在进行差动计算时，由微机软件对相应侧电流进行相位校准及电流补偿。

1）：变压器比率制动差动保护。

变压器差动保护是变压器的主保护。主要反映变压器的相间短路故障。差动动作，必须满足差动动作方程。变压器正常运行时，差动回路无差流。只有变压器内部短路时，任意一相比率差动·动作，在其它条件满足时，都会差动出口，跳变压器各侧开关，从而保护了变压器，避免了故障进一步扩大。这里需要注意的是，变压器差动保護范围外部短路时，变压器比率制动差动保护是不会动作的。

2）：变压器差动速断保护。顾名思义，差动回路的任意一相差流值达到了变压器差动速断整定值时，变压器差动保护快速出口，动作于跳变压器各侧开关。

2、变压器非电量保护

WBH-819A微机变压器保护装置，是许继电气股份有限公司生产的变压器非电量保护装置。

1）：变压器本体轻瓦斯。变压器油箱里面若发生轻微性的故障时，变压器本体轻瓦斯会动作。发出“轻瓦斯”信号。这里需要说明的是，若给变压器加油有时也会造成变压器本体轻瓦斯动作。所以，运维人员应根据实际情况作出科学判断。

2）：变压器本体重瓦斯。变压器油箱里面（变压器内部）若发生较大性、甚至是重大性故障时，变压器本体重瓦斯会动作，发出“重瓦斯”信号，并跳开变压器高压侧和低压侧断路器（若有中压侧，还要跳开中压侧断路器），将故障变压器从系统中切除。

3）：变压器压力释放。湖南湘投高滩发电有限公司两台主变采用的是全密封式。若变压器油箱内发生故障时，特别是大故障时，油温升高快，油气及其他气体快速增多，油箱内部压力迅速增大，当压力达到压力释放阀整定值时，压力释放阀打开，泄压，从而保护了变压器油箱不炸裂、不变形。同时，发信并动作于跳变压器各侧开关。压力释放阀动作后，能可靠关闭。

五：结束语。

改革开放后，特别是近年来，在党中央的正确领导下，无论农业、工业、国防、教育、科研等行业都得到了很好的发展，因而对电力需求越来越大，对供电质量也提出了新的要求。作为电力生产企业，如何保证电厂发电机、变压器等主设备安全、可靠、长时间运行就愈发显得十分重要。电力生产企业除了要保证主设备本身的质量外，还希望得到、用到先进、可靠、综合智能的继电保护装置。这就要求电力科研部门加大经费投入、人才培养和引进、整合和优化资源，将新材料、新理论、新工艺、新方法运用到对继电保护技术的开发中，加快对继电保护技术的研究、改进和创兴，尽快地向社会所需行业提供能适用各种环境要求的和高质量的产品来，为国民经济的发展保驾护航。