摘要:繼電保護(hù)裝置是一種自動裝置，在電力系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)的安全可靠運行。本文介紹了繼電保護(hù)的基本原理及發(fā)展趨勢，提出了了200MW發(fā)電機變壓器繼電保護(hù)配置方案。

　　關(guān)鍵:200MW  發(fā)電機變壓器  繼電保護(hù)  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(hù)是指研究電力系統(tǒng)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(fā)展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害。基本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，在可能實現(xiàn)的最短時間和最小區(qū)域內(nèi)，自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。繼電保護(hù)裝置是一種自動裝置，在電力系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)的安全可靠運行，這是它的主要職責(zé)也是任務(wù)，它可以隨時掌握電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，同時及時發(fā)現(xiàn)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(hù)的基本原理及發(fā)展趨勢

　　1、基本原理

　　繼電保護(hù)裝置必須具有正確區(qū)分被保護(hù)元件是處于正常運行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護(hù)區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護(hù)裝置要實現(xiàn)這一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎(chǔ)來構(gòu)成。

　　電力系統(tǒng)發(fā)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(shè)備和輸電線路上的電流將由負(fù)荷電流增大至大大超過負(fù)荷電流。

　　(2) 電壓降低。當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時，系統(tǒng)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(fù)荷的功率因數(shù)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(hù)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(fā)生變化。測量阻抗即測量點(保護(hù)安裝處)電壓與電流之比值。正常運行時，測量阻抗為負(fù)荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫�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(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現(xiàn)負(fù)序電流和負(fù)序電壓分量；單相接地時，出現(xiàn)負(fù)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(xiàn)的。

　　利用短路故障時電氣量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù)。

　　此外，除了上述反應(yīng)工頻電氣量的保護(hù)外，還有反應(yīng)非工頻電氣量及非電氣量的保護(hù)。

　　2、發(fā)展趨勢

　　繼電保護(hù)方式的發(fā)展經(jīng)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(jìn)而發(fā)展到數(shù)字靜止式, 隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展、微型計算機和微處理器的出現(xiàn), 為繼電保護(hù)數(shù)字化開辟了廣闊前景, 出現(xiàn)了以微機和光傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制保護(hù)系統(tǒng)。微機保護(hù)具有下列特點:

　　（1）保護(hù)功能由軟件實現(xiàn);

　　（2）采用數(shù)字信號處理技術(shù);

　　（3）具有數(shù)字儲存功能, 如過程記憶、錄波等;

　　（4）容易實現(xiàn)遠(yuǎn)方通信, 接口簡單;

　　（5）具有自動測試和監(jiān)視功能;

　　（6）軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化;

　　（7）公共數(shù)據(jù)可重復(fù)使用實現(xiàn)不同功能。

　　我國已成功研制了多套大機組微機保護(hù)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(jiān)控和保護(hù)裝置, 但在300MW 及以上大型發(fā)電機組上應(yīng)用微機保護(hù)裝置的例子還不多。由于微機保護(hù)具有靈活、高性能、運行維護(hù)方便、可靠性好、硬件尺寸小、硬件負(fù)擔(dān)輕等優(yōu)點, 可以預(yù)見未來繼電保護(hù)發(fā)展的方向?qū)⑹侵鞅Ｗo(hù)采用微型處理機或小型計算機分散地裝設(shè)在被保護(hù)元件處, 后備保護(hù)采用系統(tǒng)控制中心計算機構(gòu)成變電所中心計算機以實現(xiàn)集中化控制。相信大機組的微機保護(hù)將有廣闊的發(fā)展前景, 并將以其優(yōu)越的性能在繼電保護(hù)領(lǐng)域獨領(lǐng)風(fēng)騷。

　　二、200MW發(fā)電機變壓器繼電保護(hù)配置方案

　　1、三相定子繞組的結(jié)構(gòu)對主保護(hù)配置的影響

　　三相定子繞組的結(jié)構(gòu)問題, 主要指的是發(fā)電機中性點側(cè)的引出方式,因為它與發(fā)變組內(nèi)部短路主保護(hù)方案密切相關(guān), 同時也與定子繞組每相并聯(lián)分支數(shù)有關(guān)。

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

　　一種改進(jìn)方案是改變發(fā)電機中性點側(cè)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(shè)單元件零序電流橫差保護(hù)。高靈敏橫差保護(hù)具有發(fā)電機相間短路、 匝間短路和定子繞組開焊的保護(hù)功能、 構(gòu)成簡單、 靈敏度高, 可以作為發(fā)電機的第一主保護(hù)。如果設(shè)計安裝不完全縱差保護(hù),則從根本上改變了傳統(tǒng)縱差保護(hù)不反映定子繞組匝間短路和開焊故障的不足, 成為發(fā)電機內(nèi)部故障的第二主保護(hù),實現(xiàn)了大機組主保護(hù)的雙重化要求, 大大提高了短路保護(hù)的技術(shù)性能, 但必要的前提是發(fā)電機中性點側(cè)應(yīng)有四個引出端子。如果當(dāng)發(fā)電機中性點不具備條件,它們對發(fā)電機定子繞組匝間短路和分支開焊無保護(hù)功能, 為此必須通過配置縱向零序電壓保護(hù)來實現(xiàn)對發(fā)電機內(nèi)部的匝間短路的保護(hù)功能。

　　2、定子繞組單相接地保護(hù)問題

　　為解決好定子單相接地故障的保護(hù)問題, 首先應(yīng)注意發(fā)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(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》224條所規(guī)定的故障電流允許值 (即安全電流), 即對于 200MW 發(fā)電機組定子繞組單相接地電流應(yīng)小于 2A。

　　同時必須注意的是, 所配置的保護(hù)應(yīng)包括發(fā)電機定子繞組 100 %的保護(hù)區(qū),即基波零序電壓和三次諧波零序電壓的定子接地保護(hù)。當(dāng)單相接地電流小于安全電流時,保護(hù)裝置帶時限動作于信號, 反之則應(yīng)動作于跳閘。如果發(fā)電機絕緣狀況不良或超期服役絕緣老化嚴(yán)重, 保護(hù)可帶時限作用于跳閘停機。現(xiàn)今, 新出臺的《中國國電集團(tuán)公司重大事故預(yù)防措施》中規(guī)定, 應(yīng)將零序基波段保護(hù)和零序三次諧波段保護(hù)出口分開,零序基波段保護(hù)投跳閘,零序三次諧波段保護(hù)只允許投信號。

　　3、轉(zhuǎn)子繞組兩點接地保護(hù)問題

　　當(dāng)汽輪發(fā)電機的勵磁回路兩點接地故障, 即使兩點接地保護(hù)正確動作并跳閘, 也可能發(fā)生軸系和汽機部件的磁化現(xiàn)象,給機組盡快恢復(fù)正常運行帶來很大困難。對于轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷的汽輪發(fā)電機, 由于轉(zhuǎn)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(fā)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(hù)說明；

　　縱差保護(hù)是一切電氣主設(shè)備的主保護(hù)，它靈敏度高、選擇性好，在變壓器保護(hù)上運用較為成功。縱差保護(hù)是利用比較被保護(hù)元件各端電流的幅值和相位的原理構(gòu)成的，根據(jù)KCL基本定理哪，當(dāng)被保護(hù)設(shè)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(hù)；

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

　　對于 200MW 汽輪發(fā)電機, 應(yīng)裝設(shè)一點接地保護(hù)。當(dāng)一點接地保護(hù)動作后,應(yīng)及時發(fā)出報警信號,盡快轉(zhuǎn)移負(fù)荷,實現(xiàn)機組的平穩(wěn)停機, 切勿認(rèn)為一點接地?zé)o甚危害,不加處理, 一旦再發(fā)生第二點接地故障,將釀成大患,對大型汽輪發(fā)電機極為不利。基于這種考慮, 現(xiàn)代微機繼電保護(hù)裝置雖然在判斷發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)動作時, 自動投入轉(zhuǎn)子兩點接地保護(hù), 但要求運行檢修人員在發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點接地時仍應(yīng)盡快查明原因,立即處理, 在第一時間內(nèi)消除接地故障點。

　　大型發(fā)電機組繼電保護(hù)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(hù)裝置，做好短路保護(hù)、接地保護(hù)和異常運行保護(hù)。

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