摘要:繼電保護(hù)裝置是一種自動(dòng)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(yùn)行。本文介紹了繼電保護(hù)的基本原理及發(fā)展趨勢(shì)，提出了了200MW發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)配置方案。

　　關(guān)鍵:200MW  發(fā)電機(jī)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(yùn)行的異常工況，以探討其對(duì)策的反事故自動(dòng)化措施。因在其發(fā)展過(guò)程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼電器來(lái)保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機(jī)、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(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號(hào)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(duì)相鄰地區(qū)供電的影響。繼電保護(hù)裝置是一種自動(dòng)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(yùn)行，這是它的主要職責(zé)也是任務(wù)，它可以隨時(shí)掌握電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而通過(guò)選擇合適的斷路器切斷問(wèn)題部分。

　　一、繼電保護(hù)的基本原理及發(fā)展趨勢(shì)

　　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(yùn)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(shí)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(lái)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(shí)故障點(diǎn)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(guò)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(shí)，系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點(diǎn)，電壓越低。

　　(3) 電流與電壓之間的相位角改變。正常運(yùn)行時(shí)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(shí)，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(shí)，電流與電壓之間的相位角則是180°+(60°～85°)。

　　(4) 測(cè)量阻抗發(fā)生變化。測(cè)量阻抗即測(cè)量點(diǎn)(保護(hù)安裝處)電壓與電流之比值。正常運(yùn)行時(shí)，測(cè)量阻抗為負(fù)荷阻抗；金屬性短路時(shí)，測(cè)量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫�路阻抗，故障后測(cè)量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。

　　不對(duì)稱短路時(shí)，出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序電流和負(fù)序電壓分量；單相接地時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運(yùn)行時(shí)是不出現(xiàn)的。

　　利用短路故障時(shí)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(shì)

　　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(dòng)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(jì)算機(jī)和微處理器的出現(xiàn), 為繼電保護(hù)數(shù)字化開(kāi)辟了廣闊前景, 出現(xiàn)了以微機(jī)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(jī)保護(hù)具有下列特點(diǎn):

　　（1）保護(hù)功能由軟件實(shí)現(xiàn);

　　（2）采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù);

　　（3）具有數(shù)字儲(chǔ)存功能, 如過(guò)程記憶、錄波等;

　　（4）容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方通信, 接口簡(jiǎn)單;

　　（5）具有自動(dòng)測(cè)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(shí)現(xiàn)不同功能。

　　我國(guó)已成功研制了多套大機(jī)組微機(jī)保護(hù)裝置,并先后投入試運(yùn)行或正式運(yùn)行。不少 35 kV 和 110kV 變電所采用了多種微機(jī)監(jiān)控和保護(hù)裝置, 但在300MW 及以上大型發(fā)電機(jī)組上應(yīng)用微機(jī)保護(hù)裝置的例子還不多。由于微機(jī)保護(hù)具有靈活、高性能、運(yùn)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(diǎn), 可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)繼電保護(hù)發(fā)展的方向?qū)⑹侵鞅Ｗo(hù)采用微型處理機(jī)或小型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)構(gòu)成變電所中心計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)集中化控制。相信大機(jī)組的微機(jī)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(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。

　　二、200MW發(fā)電機(jī)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(duì)主保護(hù)配置的影響

　　三相定子繞組的結(jié)構(gòu)問(wèn)題, 主要指的是發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的引出方式,因?yàn)樗�與發(fā)變組內(nèi)部短路主保護(hù)方案密切相關(guān), 同時(shí)也與定子繞組每相并聯(lián)分支數(shù)有關(guān)。

　　目前國(guó)內(nèi) 200MW 及以上的汽輪發(fā)電機(jī)大多為每相兩并聯(lián)分支, 中性點(diǎn)僅引出三相的三個(gè)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(jī)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(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組同相的匝間或?qū)娱g短路和開(kāi)焊 (斷線)故障均無(wú)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(jī)中性點(diǎn)側(cè)的引出方式,將三相六個(gè)分支繞組分成兩組同時(shí)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(jī)相間短路、 匝間短路和定子繞組開(kāi)焊的保護(hù)功能、 構(gòu)成簡(jiǎn)單、 靈敏度高, 可以作為發(fā)電機(jī)的第一主保護(hù)。如果設(shè)計(jì)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(kāi)焊故障的不足, 成為發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障的第二主保護(hù),實(shí)現(xiàn)了大機(jī)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(jī)中性點(diǎn)側(cè)應(yīng)有四個(gè)引出端子。如果當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不具備條件,它們對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路和分支開(kāi)焊無(wú)保護(hù)功能, 為此必須通過(guò)配置縱向零序電壓保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)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(wèn)題

　　為解決好定子單相接地故障的保護(hù)問(wèn)題, 首先應(yīng)注意發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)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(dòng)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(duì)于 200MW 發(fā)電機(jī)組定子繞組單相接地電流應(yīng)小于 2A。

　　同時(shí)必須注意的是, 所配置的保護(hù)應(yīng)包括發(fā)電機(jī)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(shí),保護(hù)裝置帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào), 反之則應(yīng)動(dòng)作于跳閘。如果發(fā)電機(jī)絕緣狀況不良或超期服役絕緣老化嚴(yán)重, 保護(hù)可帶時(shí)限作用于跳閘停機(jī)。現(xiàn)今, 新出臺(tái)的《中國(guó)國(guó)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(kāi),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(hào)。

　　3、轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地保護(hù)問(wèn)題

　　當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地故障, 即使兩點(diǎn)接地保護(hù)正確動(dòng)作并跳閘, 也可能發(fā)生軸系和汽機(jī)部件的磁化現(xiàn)象,給機(jī)組盡快恢復(fù)正常運(yùn)行帶來(lái)很大困難。對(duì)于轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷的汽輪發(fā)電機(jī), 由于轉(zhuǎn)子繞組漏水,造成勵(lì)磁回路的接地故障,不再是從一點(diǎn)接地開(kāi)始,隨后繼發(fā)第二點(diǎn)接地, 而是一開(kāi)始就是多點(diǎn)或一片勵(lì)磁繞組接地。

　　4、變壓器電氣量保護(hù)說(shuō)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(yùn)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(wú)故障時(shí)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(duì)于變壓器各測(cè)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(duì)于 200MW 汽輪發(fā)電機(jī), 應(yīng)裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)。當(dāng)一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作后,應(yīng)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),盡快轉(zhuǎn)移負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)機(jī)組的平穩(wěn)停機(jī), 切勿認(rèn)為一點(diǎn)接地?zé)o甚危害,不加處理, 一旦再發(fā)生第二點(diǎn)接地故障,將釀成大患,對(duì)大型汽輪發(fā)電機(jī)極為不利。基于這種考慮, 現(xiàn)代微機(jī)繼電保護(hù)裝置雖然在判斷發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作時(shí), 自動(dòng)投入轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù), 但要求運(yùn)行檢修人員在發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時(shí)仍應(yīng)盡快查明原因,立即處理, 在第一時(shí)間內(nèi)消除接地故障點(diǎn)。

　　大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)要求最大限度的保證機(jī)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(yùn)行保護(hù)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 李忠平. 變電站繼電保護(hù)裝置的作用及分類[J]. 科技資訊, 2010,(16)

　　[2] 郭偉. 探討繼電保護(hù)裝置與技術(shù)[J]. 廣東科技, 2009,(20)

　　[3] 徐健. 電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及繼電保護(hù)模塊設(shè)計(jì)探究[J]. 中國(guó)西部科技, 2009,(31)

　　[4] 黃婷君. 試論電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)[J]. 科技信息, 2010,(15)

　　[5] 牛保臣, 楊貴萍. 淺析電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)[J]. 科技風(fēng), 2010,(24)

　　[6] 梅春節(jié). 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的研究[J]. 科技風(fēng), 2010,(15)

　　[7] 梁干. 淺談電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的維護(hù)措施[J]. 黑龍江科技信息, 2010,(