水电站发电机变压器继电保护研究

普穷

摘要：在我国社会科技高速发展的背景下，电力设备在各方面都有了更广的应用范围，其中在制造原理、运转规律和维修保养等方面都取得了十分大的进步，大大提高了我国电力设备的运行质量和作用。为了满足人们对电力日益增长的需求，水电站对于发电机和变压器的功能要求也越来越高。文章对发电机变压器的继电保护进行了分析与研究。

关键词：水电站;变压器;继电保护

1发电机变压器继电保护的必要性与方式

1.1发电机继电保护的必要性与方式

对发电机进行继电保护最为基础的目的是为了保持发电机的正常运作，以确保正常的电力输出，保持整个电网稳定运行。发电机的继电维护具有安全性、选择性、敏捷性、可靠性和灵敏性五大功能。当发电机出现故障时，继电维护设备就会在最短的时间内及时切除故障机组，不影响周围的线路及发电机运行。在故障排除后，发电机又能够正常地使用。由此能够看出，继电保护不但是为了保持发电机的正常运转，也是为了确保周围线路及设备的安全，为尽快恢复正常的电力输出提供良好的条件。发电机的继电保护方法主要有三种，分别是纵差保护、横差保护和接地保护。纵差保护主要针对于发电机内部出现短路的情况。这种保护方式能够在无延时的情况切断保护范围内的各种短路线路，并同时不影响发电机的过负荷和系统振荡，非常适用于容量在1MW以上的发电机保护中。横差保护是利用两个支路电流差的反应，来实现对发电机定子绕组匝间短路的情况。该方式主要通过两种接线方式实现：一是在每相装设两个电流互感器和一个继电器，以形成单独的保护系统;二是对于可以引出多个中性点的定子绕组，通过在各中性点引出线处增设零序电流互感器的方法，构成单元件横差或多元件横差保护。单相接地保护主要有四种实现方式，分别是发电机定子绕组单相接地、利用零序电流构成定子接地保护、利用零序电压构成定子接地保护或利用三次谐波电压构成定子接地保护。

1.2变压器继电保护的必要性与方式

变压器是电力系统中一个重要的元件，对维持整个电力系统的正常运行有着非常重要的影响。不同地区对于用电的要求不同，变压器能够将从发电机发出的统一的电压变成不同的电压输出，以满足不同用户对电力的需求，所以当变压器发生故障，将无法按照各用户的需求提供相应电压的电力，故而造成整个电力使用情况的混乱，甚至是瘫痪。变压器的继电保护方法主要分为瓦斯保护、电流速断保护、外部相间短路所选用的保护方式、外部接地短路所选用的保护方式、过负荷保护及过励磁保护。外部相间短路通常所用的保护方式为过电流保护、复合电压、负序电流及低电压启动的过电流保护和阻抗保护。

2发电机、变压器组内部短路保护配置方案

2.1内部短路包括的内容

通常情况下，内部短路包括的内容如下：变压器绕组和其引线的相间短路、定子绕组相间短路、变压器YN侧各种接地短路、变压器绕组匝间短路和发电机机端引线相间短路等，对于定子绕组匝间短路而言，定子绕组同相同槽的情况十分少见，一旦发生了定子绕组分支开焊故障，需要考虑到保护的要求。

2.2发电机、变压器内部短路保护优选的配置方案

假设发电机和变压器之间无断路器，并且对于发电机机端厂采用的变压器，其分支不设断路器。

3高灵敏单元件横差保护

一般来讲，高灵敏单元件横差保护是发电机、变压器继电保护的主要发展方向，其也是发电机定子绕组内部故障第一主保护，该方式不仅能够实现对定子绕组的匝间短路的有效保护，也对定子绕组内部故障的保护，具体的故障保护分支开焊和匝间短路等。当前，一些发电机都采用了此种保护方式，但发电机一定要具有两组或者是三组中性点，进而有效防止出现不完全纵差保护与装设高灵敏单元件横差保护等问题。

4发电机内部故障主保护方案存在的问题以及改进

现阶段，在对发电机内部故障主保护方案进行研究过程中，主要从如下几个方面加以讨论。

4.1传统纵差保护

针对如此，所存在的问题是保护功能不全，在一定程度上只是对相见的短路有效，在實际情况上，发电机在运行期间，正确的操作率并不是很高，其与元件质量产和设备维护、管理水平等有密切联系。基于此，必须加大对工作人员的培训力度，从而提升其综合素质。

4.2基波纵向零序电压保护

对于该保护方案而言，将基波零序电压为保护动作参量，而且配合专门的电压互感器，但应当注意的是，发电机中性点和一次中性点直接连接过程中，一定不要接地，一旦接地，导致发电机发生故障。因此，应该进行发电机常规短路试验测定，进而达到对不平衡电压保护的目的，在线性外推法的作用下，从而正确的估算外部短路期间存在的不平衡电压，因而明确保护的合理整定值。同时，设置三次谐波的阻波环节，实现降低不平衡电压的效果，通过采取该方法避免在外部短路时存在误动作。在加强三次谐波滤波的前提下，与单元件横差保护一致，并且在开展发电机的常规短路试验期间，对三次谐波零序电压与基波和三次谐波零序电压进行测定，再利用线性外推法，能够正确的估算出外部短路期间最大不平衡电压Uunb1max与Uunb3max，具体的计算动作电压公式为其中，K3是三次谐波滤过比。

4.3传统横差保护

对于老式的横差继电器而言，其三次谐波滤过比要小于15，因而应当对过滤电路进行改进，使得滤过比增强超过30。在改进过程中需要充分利用有关条件，通过采取更换互感器的方式，将传统横差保护改进为高灵敏横差保护，使得变比能够最大程度的降低，继而再次将三次谐波滤比提高为80之上。同时，大力实施常规发电机短路试验，对三次谐波电流与横差保护不平衡基波进行实测，从而调整动作电流。

4.4转子绕组接地保护

目前，对于发电机、变压器继电保护发展而言，转子绕组接地保护是主要的方向，如果转子绕组存在一点接地故障不会有很大的危险，然而，一旦发生第二点接地，会导致部分转子绕组经大轴出现短路现象。

结束语

综上所述，总结出水电站发电机变压器继电保护设备起着关键性的作用，是水电站的正常运行过程中的基础设备。故对继电保护设备的不断改进能够非常好的保证水电站的运行安全。我国信息技术的不断发展，硬件水平也在不断提高，这是继电保护设备能够进行发展的保障。

参考文献

[1]郭杰华.基于水电厂发电机变压器继电保护方式[J].中国科技信息，2015，11：158-159.