水轮发电机发生差动保护的原因、危害和防范

许博能 汤泉

摘要：第二次大型工业革命为人们带来了电力资源，但是传统的火力发电形式不仅电能转换效率较低，对自然环境造成的破坏也较大。在现代社会人们保护环境的理念逐渐强化之下，水力发电逐渐成为了主要的发电模式，水利水电类工程项目的建设也在逐渐增多。相比于传统的火力发电模式而言，水力发电对于自然环境的破坏程度得到了明显的控制，但是现阶段水利水电技术和相关工程项目的完善程度还存在一定程度的不足。在社会生产生活对于电力能源需求不断提高的背景下，水轮发电机使用和优化也面临着更为严格的需求。本文将从现阶段水轮发电机的工作现状入手，分析水轮发电机出现差动保护问题的原因，并探究有效的防范方法。

关键词：差动保护;水轮发电机;防范措施;水利水电工程

引言：

在我国社会经济飞速发展的过程中，对于自然资源的利用领域成为了社会各界广泛关注的重点。在众多自然资源开发利用领域当中，水利水电行业可以充分应用水资源，成为了自然资源开发利用领域的重点行业。水利水电工程在对水资源造成最小破坏的情况下充分利用了自然水利条件，不仅可以实现对于自然资源的充分利用，还可以产生较为丰富的绿色可再生资源。水利水电系统当中，水轮发电机的运行质量，直接关系到整个水利水电系统的供电性能。虽然现阶段在我国水利水电系统的实际建设和使用过程中，水轮发电机依靠其速动性、灵敏性和可靠性等优点，逐渐成为了应用范围最广的发电机类型，但是其运行过程中出现的差动保护等问题，很容易导致水轮发电机出现严重的运行故障。

一、以区域试验为例分析水轮发电机的差动保护现象

该实验区域配置了两台基本性能相同、运行状况不一的水轮发电机机组，分别标号为发电机1和发电机2，并且两套水轮发电机组都配置了A相、B相、C相三组保护装置。导致差动保护现象出现的主要原因，是因为保护装置出现差动保护动作。在实验区域内，两组发电机在并网运行时，最容易出现差动保护问题。当发电机1和发电机2并网运行时，在两组差动保护机制的影响下，两台发电机很容易出现直接解列问题，导致主变开关部分出现跳闸问题，从而使水利水电系统出现断电问题，不能持续稳定的供电。对于发电机组进行分析，两台发电主体的容量都是40MW，接入电压都是220kV的一级电压，发电机出口部位的电压则保持10.5kV的状态。在并网运行一段时间后，发电机2机组的闭合出口开关部位，会出现异常情况，电流发生二次震荡，从而导致整个并网运行机组出现结构变化，导致发电机1和发电机2出现解列的问题。

二、水轮发电机出现差动保护问题的原因以及危害

1.从发电机角度分析水轮发电机出现差动保护问题的原因和危害

由于发电机1和发电机2出现差动保护问题的原因不同，因此从发电机角度分析水轮发电机的差动保护问题时，就需要从不同的角度进行分析。经过相关数据分析发现，发电机1发生差动保护问题的是A相保护装置部位，A相的工作周期为89ms，如果存在30ms以上的延时，保护装置就会执行跳闸动作。与此同时，当A相出现差动保护之后，就会造成发电机系统出现不平衡电流问题，如果不平衡电流持续增大，将很容易导致发电机不能够正常的运行，使整个水轮发电机机组遭到破坏。发电机2出现差动保护问题，往往是水轮发电机两侧的电流波动差异过大，在41.7ms的测试时间之内，发电机2的机电电流和中性点电流在相角上差异为190°，更严重时还存在中性点两侧的电流波动过大问题，导致电流不平衡。在不平衡电流过大的情况下，发电机2很难维持稳定运行的状态，系统自动执行跳闸动作导致发电机不能正常运行。

2.从变压器角度分析水轮发电机出现差动保护问题的原因和危害

在对区域试验结果进行分析时，发现差动保护问题在A柜保护装置方面的表现比较明显。分析水电站的实际运行情况，能够得出故障暂态时间大概持续了280ms，故障发生的130ms时间内，因为励磁涌流闭锁等问题，没有发生差动保护现象。但是在故障结束前的140ms时间内，对A柜的差动保护数据进行分析，能够发现，在因差保护作用下，故障暂态时间过长，如果对应保护装置一直处在启动状态，则很难准确判断发电机故障的发生频率，不能进行录波处理。再加上故障发生后的130ms时间只能没有出现

差动保护现象，加大了录波数据的获取难度。

三、防范水轮发电机差动保护问题的有效防范措施

对水轮发电机差动保护现象的相关数据进行分析，可以发现发电机2出口的断路器部分，在并网运行时容易出现不确定的意外，出现暂态时间过长、冲击电流问题明显等问题，导致发电机2在运行过程中出现差保护跳闸的动作。根据发电机2的故障数据波形分析结果可以得出，因为极端电流和中性点电流之间的幅值差异相对较大，导致了不平衡电流问题的出现，从而引起了差动保护动作。与此同时，在A柜变压器部分，差动保护现象的成因，是变压器发生故障后的130ms时间内，发动机机组出现了不平衡电流现象，并且暂态130ms之后，二次谐波的含量出现了明显变化。而在B柜变压器部分，是电流互感器低压侧部分出现电流差异，引发不平衡电流问题。除此之外，在对发电机机组进行检查时，还发现了同期装置和保护装置的运行性能参数，与水利水电系统整体的运行可以高度适应，因此在分析发电机的差动保护问题时，可以忽略防范措施部分的内容。

水轮发电机差动保护问题的防范，需要以出口断路器故障问题作为主体，保证开关柜结构能够稳定且可靠的运行。从开关柜结构的设计出发，做好相应的检查工作，特别需要注意判断联锁装置是否出现安全隐患问题，确保相关系统设备在性能参数方面都符合基本的使用标准。与此同时，对于已经正式投入使用的一次电气设备，需要在汛期开始之前就进行全面的试验工作，判断保护装置的定值范围，并且对水轮发电机出现差动保护问题的原因进行全面分析，利用循环锁式结构代替传统的出口结构。尤其需要注意，现阶段大部分水电站都在差动保护口采取三取一的差动保护的形式，很难有效的解决误动问题。在此情况下如果采用三取二出口的方法，就能够有效的解决差动保护出口部分的问题。除此之外，在水轮发电机结构的实际运行过程当中，需要做好相关工作人员的专业培训工作，保证工作人员能够精确分析系差动保护问题，同时提高工作人员处理差动保护问题的综合能力，尤其是在水轮发电机出现事故问题时能夠冷静应对，从而保证水轮发电机系统的稳定运行。

结束语

相比于其他较为发达的国家而言，我国的水资源开发利用率较低，并且水利水电方面的应用经验较少，这在一定程度上限制了我国水利水电行业的发展。对于水资源的开发和利用应该紧随时代发展的步伐，与我国的经济建设相接轨。在进行水资源开发利用的过程中，要充分考虑到水资源容易遭到破坏的特性，在发展的过程中注重对于自然生态环境的整体保护。利用先进的计算机科学技术，对水利水电工程的运行设备进行优化创新。在水利水电工程的施工建设过程中，水轮发动机是对水利水电工程应用效果造成制约的主要因素。面对差动保护问题，需要结合水利水电系统的实际运行情况，分析水轮发电机出现差动保护问题的原因，从而保证水利水电系统能够稳定的运行。

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