电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式研究

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　　摘 要 随着现代科学技术的不断发展，我国电力设备在制造原理、运转规律和维修保养等方面都取得了非常大的进步，大大提高了我国电力设备的使用质量和效果。为了满足人们对电力日益增长的需求，电厂对于发电机和变压器的性能要求也越来越高。文章阐述了发电机、变压器的继电保护方式及原理。
　　关键词 发电机;变压器;继电保护;保护原理;电力设备
　　1 电厂发电机继电保护的必要性
　　对发电机进行继电保护最为根本的目的是为了维持发电机的正常运作，以保证正常的电力输出，维持整个电网稳定运行。发电机的继电保护具有安全性、选择性、迅速性、可靠性和灵敏性五大性能。当发电机出现故障时，继电保护装置就会在最短的时间内尽快切除故障机组，不影响周围的线路及发电机运行。在故障排除后，发电机又可以正常地使用。由此可以看出，继电保护不仅是为了维持发电机的正常运行，也是为了保证周围线路及设备的安全，为尽快恢复正常的电力输出提供良好的条件。
　　发电机的继电保护方式主要有三种，分别是纵差保护、横差保护和接地保护。
　　①纵差保护主要针对于发电机内部出现短路的情况。这种保护方式能够在无延时的情况切断保护范围内的各种短路线路，并同时不影响发电机的过负荷和系统振荡，非常适用于容量在1MW以上的发电机保护中。②横差保护是利用两个支路电流差的反应，来实现对发电机定子绕组匝间短路的情况。该方式主要通过两种接线方式实现：一是在每相装设两个电流互感器和一个继电器，以形成单独的保护系统;二是对于可以引出多个中性点的定子绕组，通过在各中性点引出线处增设零序电流互感器的方法，构成单元件横差或多元件横差保护。③单相接地保护主要有四种实现方式，分别是发电机定子绕组单相接地、利用零序电流构成定子接地保护、利用零序电压构成定子接地保护或利用三次谐波电压构成定子接地保护[1]。
　　2 电厂发电机变压器保护原理
　　（1）定子接地继电保护原理。相间短路、匝间短路和两点接地短路等状况的发生，是由于电厂发动机变压器定子单相接地引发的。变压器甚至整个电厂的运行状况，都会受到变压器短路状况的影响，导致电厂生产效率降低，降低变压器运行安全性。高阻通常设置于定子接地继电保护的中性点，暂态过电压会通过变压器进行有效限制，实现统一保护系统的建立。那么变压器定子单相接地故障出现时，变压器就可以受到有效保护，防止故障范围的扩大引发的电力事故。
　　（2）继电保护的原则。电能由动能和水位能转化而来，水流状况和地形状况等因素，会对发电形式产生影响，这也是导致火电厂和水电厂发电差异的主要原因。发电机和变压器的接线连接，是水电厂发电的主要形式，20MW-100MW为发电机的容量范围，一般比火电厂的发电机容量小。为了保障一台变压器能够与多台发电机进行有效连接，可以在继电保护中采用扩大单元接线的方式，并由断路器在母线上进行并联处理。
　　（3）电厂发电机变压器保护配置
　　①发电机定、转子保护配置。转子接地保护和定子接地保护，是发电机定、转子保护配置的两种主要形式。在进行定子接地保护配置时，发电机大部分定子绕组的接地保护由基波零序电压实现，中性点附近定子绕组的接地保护由三次谐波电压实现。为了满足发电机对于保护配置的要求，应该对定子独立出口回路进行确定，因此需要对三次谐波和零序电压进行分析和研究。当一点接地故障出现在励磁回路当中，故障未发生在发电机中，二点接地会导致发电机故障，此时就应该采用转子保护配置。继电保护装置能够对一点接地故障位置进行判断，并对接地电阻进行计算，以便于工作人员进行及时处理。
　　②变压器的继电保护配置。厂用变压器和主变压器是电厂变压器的两种主要类型。零序、差动、温度升高、重瓦斯、低压侧接地、温度过高和低压过流等，是主变压器继电保护配置的主要组成。保护配置中设置差动速断保护和间隙零序过流，能够对主变压器起到良好的保护作用。在主变压器继电保护配置与厂用变压器继电保护配置的管理中，以工控机作为单元管理机，能够实现外部接线流程的优化。为了便于维护和管理保护装置，可以拆除厂用变压器继电保护中高压开关柜中的保护配置。在主变压器保护屏附近安装原来的保护屏，实现单元管理机的共用，满足变压器运行需求的同时，能够降低继电保护配置成本，有利于提升电厂的经济效益。
　　3 电厂发电机变压器继电保护方式
　　3.1 水电厂发电机定子接地繼电保护的原理
　　当水电厂发电机中的定子单相接地极有可能会发展成为匝间短路、相间短路和两点接地短路。一旦发生短路，就会影响整个发电机的正常运转，进而影响整个电网系统的正常运行，所以其继电保护通常都是在其中性点设置高阻，即通过接地变压器来限制暂态过电压或以相同的原理建立一个保护系统。当定子绕组单相接地出现故障时，能够对发电机的系统进行100%的保护，如当故障发生时，能够立即反应并进行自动跳闸，以实现保护的目的。
　　3.2 遵循水电厂继电保护的基本原则
　　水电厂是将水的位能和动能转化为电能的工厂，因位置、径流的不同，其具体的形式也是不同的。与火电厂不同，大多数水电厂是采用发电机和变压器接线连接的方式，但需要注意的是，大多水电厂的发电机容量都以小型为主（容量在25MW）。一般采用扩大单元接线，将几台小型的发电机共用一台变压器，然后经断路器后并联于母线上。而大型水电厂一般采用单元接线，且大多设置有发电机出口断路器，一般水电厂的发电机和变压器的继电保护配置是分开的，通常采用双套保护配置。
　　4 结束语
　　随着电力需求的持续增长，发电机变压器在电厂中的重要性越来越突出，只有加强其继电保护原理与方式的研究，才能够逐步提升其保护性能，防止各类故障引发的电力事故。未来发电机变压器继电保护会朝着微机化、智能化、网络信息化和多功能一体化方向发展，应该加强技术与设备的引进，逐步提升继电保护装置的性能，为电厂生产工作奠定基础。
　　参考文献
　　[1] 黄旭.水电厂发电机变压器保护原理及继电保护措施[J].通讯世界，2018，（10）：216-217.
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