G60发电机保护装置中匝间保护研究

冯京波 段向东

【摘 要】在科学技术水平快速提升的背景下，G60发电机得到了广泛的应用，在大型机组中，它扮演着重要的角色。G60发电机的保护装置众多，其中匝间保护的作用是显著的，它为发电机的安全、有序与高效运行提供了可靠的保障，促进了发电机保护能力的提高。本文研究了匝间保护装置的概况，同时根据G60发电机保护装置的概况及其匝间保护装置的特点，重点阐述了匝间保护装置在G60发电机中的保护分析与现场分析。

【关键词】G60发电机 保护装置 匝间保护

目前，在发电厂中广泛应用着G60发电机，为了不断提高发电机运行的安全性与可靠性，匝间保护装置得以运用，该装置有效解决了发电机匝间短路故障，并且提高了大型机组匝间保护的灵敏性，进而保障了发电厂综合效益的最大化。在此背景下，本文主要介绍了匝间保护装置的概况，并重点阐述了G60发电机保护装置中的匝间保护。

1 匝间保护装置的概况

当前，在现代大型发电机中的定子绕组主要为双层绕组，其中的每相均包含着两个或者两个以上的并联分支，此时发电机极易出现匝间短路故障，此故障是指同相不同分支的导体出现了短路，其中的导体位于同槽的上下层，该故障还可以指绕组端部出现的匝间短路、不同相分支匝间短路与两点接地匝间短路等。通过研究可知，匝间短路中的电流与机端三相短路电流相比，前者相对偏高，在此基础上，对于绕组与铁芯会造成严重的损伤。因此，在大型发电机组中均十分注重匝间保护装置的装设，以此促进匝间保护灵敏性的提高，进而发电机组的安全性与稳定性也将得到可靠的保障[1]。

G60发电机的匝间保护反应着发电机纵向零序电压的基波分量，其中的零序电压来自于发电机机端专用TV0的开口三角形绕组。TV0一次侧中性点和发电机中性点可以直接连接，但不能直接接地；TVO二次侧零序电压在接入过程中，需要借助两根连接线实现，其中的连接线不能采用两端接地线来代替，进而避免受两个接地端电位差的影响造成零序电压元件出现误动作。定子匝间保护借助TVO接线，对内部匝间故障与外部故障等进行了准确的、灵敏的反应。

2 G60发电机保护装置中匝间保护的概况

2.1 G60发电机保护装置的概况

G60发电机保护系统具有一定的综合性，其保护装置主要是由美国GE公司生产的，它作为通用型的继电器在大型发电机保护中有着广泛的应用。G60保护装置适应了发电机保护系统的发展需要，其硬件设计运用了模块化，此时的硬件拥有良好的可扩展性，它可以结合现场的实际需要，对各种插件进行灵活的配置，其中的模块主要包括人机接口、电源、模拟量、开关量与主处理器等，其封装运用了抽屉式，不仅利于插拔，还利于维护，不同的模块通讯是借助高数据母线实现的，此时的数据具有良好的性能，在此基础上，保护和通讯二者间存在的问题得到了有效的处理[2]。

G60发电机保护系统在对发电机进行保护过程中，其容量最高为1000MW，同时它拥有快速、强大的以太网通讯功能。G60中应用了程序设计技术，模块化使其具有了一系列的功能，如：保护、通讯、控制与测量等。

2.2 G60发电机匝间保护装置的特点

G60发电机匝间保护有效解决了匝间短路故障，此故障是指同相不同分支导体短路、绕组端部短路与两点接地短路等。G60发电机保护装置中的匝间保护，它属于纵向基波零序电压型定子匝间保护，其判别条件为发电机负序功率方向元件，具体的保护方式分为三种，第一种为横差保护，第二种为零序电压原理匝间保护，第三种为负序功率方向匝间保护。目前，在我国大型机组中的G60发电机中运用了双Y接线，定子绕组选用了整数槽，因此，定子匝间故障的出现具有一定的可能性。在机组中应用了G60保护装置，如果一个绕组出现匝间短路，此时匝间保护装置将发挥自身的作用，进而使匝间保护具有了较高的灵敏度[3]。

2.3 G60发电机匝间保护装置的分析

匝间短路故障是指发电机中的同相不同分支或者同分组绕组间出现的短路，但此时的纵差动保护仅能够对定子绕组相间短路进行反应，而对于匝间短路故障的反应缺少灵敏性，因此，要装设匝间保护装置，该装置要具有一定的专门性，主要为了有效解决匝间短路故障。

2.3.1保护分析

目前，大型发电机组对匝间保护的应用较为广泛，通常情况下，全部三相定子绕组为36到60匝，绕组为3到6个，如果一个绕组中的少量匝数出现匝间短路，3UO的数值会相对较大，因此，纵向基波零序电压型定子匝间保护拥有较高的灵敏度。纵向基波零序电压产生的原因可能为外部短路，因此，在大型发电机变压器继电保护中的规定为：关于外部短路误动作的防止，主要的措施为负序方向继电器的增设，同时，它要拥有动合触点，在此基础上，一旦发电机内部出现短路，其触点则会呈闭合状态；此时的保护还要具备电压互感器断线闭锁元件。G60保护装置中的TV断线判别元件与发电机负序功率方向元件，均符合上述规定的要求[4]。

关于发电机负序功率方向元件，当发电机出现匝间短路故障或者外部故障时，负序电压和负序电流二者间会出现不同的变化，通过对其变化情况分析后可知，在发电机尾安装TA时，如果出现的故障为匝间短路故障，则U2超前I2相角 ，约70°；而在其他情况下，U2与I2相比相对滞后，约110°。在发电机机端安装TA时，如果出现的故障为匝间短路故障与内部不对称故障，则U2超前I2相角 ，约70°。

关于G60负序功率方向元件，根据其动作特性，可以了解不同短路情况下的相量，通过分析可知，如果保护单元中的电流来自于发电机机尾TA，此时元件的正方向动作则会表明发电机的故障类型，此时为非匝间故障，为了实现对故障的处理，可以对纵向零序电压元件进行闭锁；但元件为反方向动作则表明故障为匝间故障，对其处理的措施为纵向零序电压的开放。如果保护单元中的电流来自于发电机机端TA，此时元件的正方向动作表明故障的类型为外部不对称故障，而元件的反方向动作表明故障的类型为内部不对称故障与匝间故障。与此同时，G60还具备可调整的I2负序动作电流的整定，它也可以称之为最小负序动作功率的整定，在此基础上，促进了负序功率方向灵敏度的提高[5]。

匝间保护的构成主要有负序功率方向元件和纵向零序电压元件，此时要关注负序功率方向元件的闭锁与纵向零序电压元件的开放，二者可以称之为禁止式与允许式。在实际运用过程中，要对二者的优点进行全面的分析，进而保证选择的合理性。

2.3.2现场分析

在理论角度而言，匝间保护的构成为负序功率方向元件和纵向零序电压元件，在现场选择时可以选择FWD，也可以选择REV。但在实际运用过程中，可能出现各种问题，具体的内容如下：

当发电机的机端电压已经建立，但并未并网时，此时的匝间短路故障，会使发电机的电压出现不平衡的问题，同时电流回路并未构成，因此，TA中缺少负序电流。在P2=0时，功率方向元件中的任何单元均不会动作，进而将拒动闭锁式的匝间保护。同时，当发电机外部故障中的电流相对较小时，发电机的保护将不能出现动作，在此基础上，故障的范围将进一步扩大。面对上述的情况，在未并网前，发电机需要借助匝间保护[6]。

G60发电机匝间保护拥有丰富的功能，面对用户开放了灵活的逻辑功能，在此基础上，用户可以根据自身的实际需求，对保护装置进行修改。匝间保护拥有的最为显著的优点便是可以对逻辑进行修改，在此基础上，匝间保护实现了对并网前后的全面保护，通过逻辑中电流的引入或者开关量便可以实现对发电机是否并网的判断，并且也能够对匝间保护逻辑的投入方式进行有效的选择。发电机在并网运行过程中，极易出现外部不对称故障或者不均衡的负荷问题，因此，启动元件可以运用负序功率方向元件。

2.3.3改进建议

目前，水电厂中的机组保护存在诸多的不足，如：原理简单、故障误动等。为了实现对机组保护问题的有效处理，要进一步提高匝间保护的可靠性，具体的措施如下：

其一，匝间保护的电流源可以取自发电机尾部TA，此时发电机内部不对称短路故障的保护则不会出现误动；其二，匝间保护的逻辑要进一步改进，通过保护逻辑的重新编写与反复试验后，可以保证不同情况下动作的正确性；其三，负序功率方向元件电压源不能取自匝间保护的专用TV，而纵向零序电压元件的电压源可以取自于专用TV[7]。

3结语

综上所述，本文主要研究了G60发电机保护装置中匝间保护，其中介绍了匝间保护装置的概况，并重点阐述了G60发电机匝间保护装置的概况、特点及其相关内容的分析，相信，G60发电机的保护将更加高效。

参考文献：

[1]汪希伟.WDK-600微机电抗器保护装置匝间保护原理分析[J].继电器，2014，09：14-16.

[2]朱卓玲.G60发电机保护装置中匝间保护的分析与讨论[J].华中电力，2015，04：42-44.

[3]朱卓玲.G60发电机匝间保护的分析与讨论[J].浙江电力，2013，06：70-72.

[4]徐淑新，吕广飞，郝东波.G60发电机匝间保护装置在600MW机组的应用分析[J].内蒙古电力技术，2011，06：84-86+93.

[5]娄建伟.G60型发电机保护装置拒动原因分析[J].电力系统保护与控制，2009，16：104-106.

[6]安亮.发电机G60匝间保护原理浅析[J].黑龙江科技信息，2012，33：21+200.

[7]胡嘉武.发电机匝间保护问题探讨[N].武汉大学学报（工学版），2011，04：108-112.