摘要:繼電保護裝置是一種自動裝置，在電力系統中主要負責電力系統的安全可靠運行。本文介紹了繼電保護的基本原理及發展趨勢，提出了了200MW發電機變壓器繼電保護配置方案。

　　關鍵:200MW  發電機變壓器  繼電保護  配置

　　Abstract: the relay protection device is a kind of automatic device, in the power system is mainly responsible for the safe and reliable operation of the power system. This paper introduces the basic principle of relay protection and development trend, it put forward 200 MW generator transformer protection scheme.

　　Keywords: 200 MW generator transformer protection configuration

　　繼電保護是指研究電力系統故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統及其元件（發電機、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害。基本任務是：當電力系統發生故障或異常工況時，在可能實現的最短時間和最小區域內，自動將故障設備從系統中切除，或發出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區供電的影響。繼電保護裝置是一種自動裝置，在電力系統中主要負責電力系統的安全可靠運行，這是它的主要職責也是任務，它可以隨時掌握電力系統的運行狀態，同時及時發現問題，從而通過選擇合適的斷路器切斷問題部分。

　　一、繼電保護的基本原理及發展趨勢

　　1、基本原理

　　繼電保護裝置必須具有正確區分被保護元件是處于正常運行狀態還是發生了故障，是保護區內故障還是區外故障的功能。保護裝置要實現這一功能，需要根據電力系統發生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎來構成。

　　電力系統發生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：

　　(1) 電流增大。 短路時故障點與電源之間的電氣設備和輸電線路上的電流將由負荷電流增大至大大超過負荷電流。

　　(2) 電壓降低。當發生相間短路和接地短路故障時，系統各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。

　　(3) 電流與電壓之間的相位角改變。正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數角，一般約為20°，三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為60°～85°，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是180°+(60°～85°)。

　　(4) 測量阻抗發生變化。測量阻抗即測量點(保護安裝處)電壓與電流之比值。正常運行時，測量阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗轉變為線路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。

　　不對稱短路時，出現相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現負序電流和負序電壓分量；單相接地時，出現負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現的。

　　利用短路故障時電氣量的變化，便可構成各種原理的繼電保護。

　　此外，除了上述反應工頻電氣量的保護外，還有反應非工頻電氣量及非電氣量的保護。

　　2、發展趨勢

　　繼電保護方式的發展經歷了方向比較式、相位比較式、電流差動式等階段, 所使用的繼電器從電磁式到模擬靜止式, 進而發展到數字靜止式, 隨著數字技術的發展、微型計算機和微處理器的出現, 為繼電保護數字化開辟了廣闊前景, 出現了以微機和光傳輸技術為基礎的全數字控制保護系統。微機保護具有下列特點:

　　（1）保護功能由軟件實現;

　　（2）采用數字信號處理技術;

　　（3）具有數字儲存功能, 如過程記憶、錄波等;

　　（4）容易實現遠方通信, 接口簡單;

　　（5）具有自動測試和監視功能;

　　（6）軟硬件標準化;

　　（7）公共數據可重復使用實現不同功能。

　　我國已成功研制了多套大機組微機保護裝置,并先后投入試運行或正式運行。不少 35 kV 和 110kV 變電所采用了多種微機監控和保護裝置, 但在300MW 及以上大型發電機組上應用微機保護裝置的例子還不多。由于微機保護具有靈活、高性能、運行維護方便、可靠性好、硬件尺寸小、硬件負擔輕等優點, 可以預見未來繼電保護發展的方向將是主保護采用微型處理機或小型計算機分散地裝設在被保護元件處, 后備保護采用系統控制中心計算機構成變電所中心計算機以實現集中化控制。相信大機組的微機保護將有廣闊的發展前景, 并將以其優越的性能在繼電保護領域獨領風騷。

　　二、200MW發電機變壓器繼電保護配置方案

　　1、三相定子繞組的結構對主保護配置的影響

　　三相定子繞組的結構問題, 主要指的是發電機中性點側的引出方式,因為它與發變組內部短路主保護方案密切相關, 同時也與定子繞組每相并聯分支數有關。

　　目前國內 200MW 及以上的汽輪發電機大多為每相兩并聯分支, 中性點僅引出三相的三個端子。作為發變組內部短路主保護, 普遍采用發電機傳統縱差保護和發變組縱差保護, 這兩種保護方案對發電機定子繞組同相的匝間或層間短路和開焊 (斷線)故障均無保護作用,因此必須予以改進。

　　一種改進方案是改變發電機中性點側的引出方式,將三相六個分支繞組分成兩組同時引出, 這樣可以裝設單元件零序電流橫差保護。高靈敏橫差保護具有發電機相間短路、 匝間短路和定子繞組開焊的保護功能、 構成簡單、 靈敏度高, 可以作為發電機的第一主保護。如果設計安裝不完全縱差保護,則從根本上改變了傳統縱差保護不反映定子繞組匝間短路和開焊故障的不足, 成為發電機內部故障的第二主保護,實現了大機組主保護的雙重化要求, 大大提高了短路保護的技術性能, 但必要的前提是發電機中性點側應有四個引出端子。如果當發電機中性點不具備條件,它們對發電機定子繞組匝間短路和分支開焊無保護功能, 為此必須通過配置縱向零序電壓保護來實現對發電機內部的匝間短路的保護功能。

　　2、定子繞組單相接地保護問題

　　為解決好定子單相接地故障的保護問題, 首先應注意發電機中性點接地方式, 使之滿足單相接地電流小于 GB - 14285- 93《繼電保護和安全自動裝置技術規程》224條所規定的故障電流允許值 (即安全電流), 即對于 200MW 發電機組定子繞組單相接地電流應小于 2A。

　　同時必須注意的是, 所配置的保護應包括發電機定子繞組 100 %的保護區,即基波零序電壓和三次諧波零序電壓的定子接地保護。當單相接地電流小于安全電流時,保護裝置帶時限動作于信號, 反之則應動作于跳閘。如果發電機絕緣狀況不良或超期服役絕緣老化嚴重, 保護可帶時限作用于跳閘停機。現今, 新出臺的《中國國電集團公司重大事故預防措施》中規定, 應將零序基波段保護和零序三次諧波段保護出口分開,零序基波段保護投跳閘,零序三次諧波段保護只允許投信號。

　　3、轉子繞組兩點接地保護問題

　　當汽輪發電機的勵磁回路兩點接地故障, 即使兩點接地保護正確動作并跳閘, 也可能發生軸系和汽機部件的磁化現象,給機組盡快恢復正常運行帶來很大困難。對于轉子水內冷的汽輪發電機, 由于轉子繞組漏水,造成勵磁回路的接地故障,不再是從一點接地開始,隨后繼發第二點接地, 而是一開始就是多點或一片勵磁繞組接地。

　　4、變壓器電氣量保護說明；

　　縱差保護是一切電氣主設備的主保護，它靈敏度高、選擇性好，在變壓器保護上運用較為成功。縱差保護是利用比較被保護元件各端電流的幅值和相位的原理構成的，根據KCL基本定理哪，當被保護設備無故障時恒有各流入電流之和必等于各流出電流之和。

　　5、變壓器非電氣量保護；

　　非電氣量保護是變壓器的重要保護形式，它是相對于變壓器各測的電氣量保護而言的，變壓器的非電量保護包括：瓦斯保護、壓力釋放、冷卻器故障、冷風消失、油溫升高等。

　　對于 200MW 汽輪發電機, 應裝設一點接地保護。當一點接地保護動作后,應及時發出報警信號,盡快轉移負荷,實現機組的平穩停機, 切勿認為一點接地無甚危害,不加處理, 一旦再發生第二點接地故障,將釀成大患,對大型汽輪發電機極為不利。基于這種考慮, 現代微機繼電保護裝置雖然在判斷發生轉子一點接地保護動作時, 自動投入轉子兩點接地保護, 但要求運行檢修人員在發現轉子一點接地時仍應盡快查明原因,立即處理, 在第一時間內消除接地故障點。

　　大型發電機組繼電保護要求最大限度的保證機組安全和最大限度縮小破壞范圍，這就要選擇具有可靠性、靈敏性、選擇性和快速性好的保護裝置，做好短路保護、接地保護和異常運行保護。

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