电气系统继电保护技术的探讨分析

冯斌

摘要：根据电气系统继电保护技术规程，为正确反应继电短路故障和确保快速切除故障，配置了发电机纵、横差动保护，变压器纵差保护和发电机-变压器组纵差保护，对发电机-变压器组构成了双重快速保护。差动保护双重化，降低了拒动的几率;设置闭锁，则降低了误动的几率。因此，双重化加闭锁，提高了可靠性，有利于大机组的安全运行。

关键词：发电机;继电保护;变压器;电气系统

一、变压器纵差保护

正确反应变压器外部短路故障，为了正确、及时的反应变压器内部短路故障，选择装设瓦斯保护。瓦斯保护分为轻瓦斯保护和重瓦斯保护，分别利用开口杯和挡板式原理，反应变压器内部的故障程度，确定发出信号还是将变压器从系统中切除。在超高压电网中，单相接地短路故障最多，在各种短路接地故障中，有80%-90%是单相接地故障，为了在某些特殊情况下，不致使电网失去保护，所以尽管相邻线路上配置了完善的近后备保护，一般还是要在变压器中性点装设零序电流保护，对相邻线路构成远后备。

二、发电机接地保护

大型发电机变压器组，都接在220KV及以上的母线上。220KV及以上的线路，一般都有完备的后备保护。同时，对于220KV及以上的母线，由于母线保护一般只有一套，而且有时不投入运行，因此，需要在发电机变压器组上装设作为相邻母线故障的后备保护，考虑装设一套三相全阻抗保护装置。

表2  发电机接地保护配置依据及元件选型

发电机接地保护配置依据所选继电器发电机定子一点接地保护2.1.2.3ZB-2537（LD-1A）励磁回路一点接地保护2.1.2.3ZB-2532（ZBZ-2A）励磁回路两点接地保护2.1.2.10ZB-2532（LD-2A）三、发电机常见故障

定子绕组的单相接地，定子绕组与铁芯间绝缘破坏，由于发电机中性点是不接地或经高阻接地，所以定子单相接地故障并不引起大的故障电流。但由于大型发电机在系统中的重要地位，造价昂贵，而且结构复杂、检修困难，所以对大型发电机的定子接地电流大小和保护性能提出了严格的要求，特装设发电机定子一点接地保护，根据接地电流的大小，分别动作于信号或停机。发电机励磁回路一点接地故障，是常见的故障形式之一，两点接地故障也时有发生。励磁回路一点接地故障，对发电机并未造成危害，但若在相继发生第二点接地故障，则将严重威胁机组的安全，为此，装设励磁回路一点、两点接地保护，分别动作于信号或停机。

表3  异常运行保护配置依据及元件选型

异常运行保护配置依据所选继电器对称过负荷保护2.1.2ZB-1536不对称过负荷保护2.1.2.7ZB-1536励磁回路过负荷保护2.1.2失磁保护2.1.2.11ZB-4540（LZ-1）逆功率保护2.1.2.12LNG-3过电压保护2.1.2.5过激磁保护2.1.2.15对于发电机的异常运行状态，如不能及时发现和采取相应措施，将使发电机缩短使用寿命，或酿成隐患，甚至给整个机组造成直接破坏。因此，针对机组在实际运行中出现过的危及机组安全的各种异常运行状态，都需要采取有效的保护措施。发电机，定子和转子的材料利用率很高，其热容量和铜损的比值较小，因而热时间常数也比较小。而且在发电机定子绕组内的热偶元件不能迅速反应发电机的负荷变化，为防止受到过负荷的损害，装设反应定子绕组平均发热状况的过负荷保护。而发电机励磁绕组中连热偶元件都没有装设，所以必须配置励磁回路过负荷保护，以保护发电机的转子绕组。

四、发电机其他保护

1. 过激磁保护

大型变压器在正常运行时，工作磁密和饱和磁密相差不大，但当电压频率比增加时，工作磁密增加，使励磁电流增加，特别是在饱和之后，励磁电流要急剧增大，造成过励磁。变压器的铁芯饱和之后，铁损增加，使铁芯温度升高，铁芯饱和之后还要使磁场扩散到周围的空间中去，使漏磁场增强。靠近铁芯的绕组导线、油箱壁以及其他金属结构件，由于漏磁场而产生涡流损耗，使这些部位发热，引起高温，严重时要造成局部变形和损伤周围的绝缘介质。所以，必须装设变压器过激磁保护。

2. 过电压保护

发电机在突然甩负荷时，容易产生不允许的过电压。特别是对大机组出现危及绝缘安全的过电压是比较常见的现象，为此须装设过电压保护。由于过电压系统环节较多，发电机低励成为常见的故障形式。发电机低励或失磁后，将过渡到异步运行，转子出现转差，定子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，无功功率反向并且增大;在转子回路中出现差频电流;电力系统的电压下降及某些电源支路过电流，这些变化，在一定条件下，将破坏电力系统的稳定运行，威胁发电机本身的安全。为保证电力系统和发电机的安全，必须装设失磁保护，以便及时发现低励和失磁故障并及时采取必要的措施。

3.逆功率保护

逆功率保护，用于保护汽轮机。当主汽门误关闭，或机炉保护动作关闭主汽门而出口断路器未跳闸时，发电机变成电动机运行，要从电力系统吸收有功功率，使汽轮机尾部叶片过热，因而造成汽轮机事故。大机组均不允许在此状态下长期运行，一般只允许运行几分钟。为保护汽轮机，必须装设逆功率保护。

4. 非全相运行保护

变压器220KV及以上高压侧的断路器，多为分相操作的断路器，常由于误操作或机械方面的原因，使三相不能同时合闸或跳闸，或在正常运行中突然一相跳闸。这种运行工况，将在发电机中流过负序电流，对于在系统中占有重要地位的电力变压器，当220KV及以上电压侧为分相操作的断路器时，要求装设非全相运行保护。

5. 断路器失灵保护

按照远后备的原则，升压变压器高压侧断路器拒动时，应由相邻元件的后备保护切除故障，切除故障的时间长，而且可能把全部电源元件切除。因此，大机組都应当装设断路器失灵保护，用以在断路器失灵时切除故障。每一母线的全部连接元件装设一套公用的断路器失灵保护。发电机大部分采用水冷方式。为防止发电机内冷水中断时，造成发电机定子线圈过热甚至烧毁定子绕组，必须装设反应发电机内冷水中断的保护。

主变压器由于容量较大，大多采用强油风冷的冷却方式。运行中由于某些原因造成冷却器全停时，将使变压器油温迅速升高，严重威胁变压器的绝缘和使用寿命。为此必须装设主变冷却器全停保护，用以监视变压器上层油温，确保变压器的安全运行。

结论：

线路发生故障时，线路中的电流会增大，电流大于保护的整定值时，电流保护动作切除故障，这种反映电流幅值升高而动作的保护装置是电气系统的主要继电保护。电流保护为电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护，电流三段式保护，单侧电源供电线路，在每回线路的电源侧均安装有电流速断保护。当输电线路上发生短路时，动作电流按躲过被保护线路末端短路时的最大短路电流整定，使其保护范围限制在被保护线路的内部，保证了选择性，可以瞬间切除故障，流过保护安装地点的短路路电流。

参考文献：

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