电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式研究

李宇豪

摘 要：电厂运行状况决定着社会用电质量，这也成了我国现代化建设中的关键内容。尤其是在当前用电量逐渐提升的趋势下，对于电厂生产提出了更高的要求。发电机是电厂的核心设备，变压器性能影响电厂的生产效率与质量，也是决定能否满足社会用电需求的重要因素。随着科学技术的不断发展，继电保护装置的性能得到了明显提升，为电厂高效运转奠定了基础。本文将通过分析电厂发电机变压器继电保护的必要性与保护原理，探索电厂发电机变压器继电保护方式，为设备的维护与检修工作提供参考与建议。

关键词：电厂发电机;变压器;继电保护原理;方式

中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0154-02

电厂发电机变压器继电保护装置的运维工作，是电厂的重要工作之一，需要以电厂实际生产状况为依据，对低压过流保护、后备保护、过激磁保护和零序过电流保护等进行深入分析和研究，以制定科学的继电保护方案。变压器流量、温度和压力等参数，能够在继电保护设备中得到充分体现，为变压器的正常运行奠定基础。当变压器发生故障时，继电保护装置对故障进行有效控制，防止故障范围的扩大化，以实现变压器设备的保护。与此同时，继电保护装置的运用，也为发电机变压器的故障排除与维护提供了帮助，大大提升了运维工作效率。加强对发电机变压器保护原理和保护方式的研究，能够实现继电保护装置的不断改进与完善，充分发挥其在变压器中的有效功能，为电厂正常运转奠定基础。

1 电厂发电机变压器继电保护的必要性

在电厂的日常生产工作中，发电机变压器是其核心设备，电厂生产效率和电力系统运行可靠性，都与发电机变压器的运行状况直接相关。继电保护装置能够在保障发电机运行安全性与稳定性的同时，促进其输出性能的优化，保障各项工作的顺利进行。如果发电机故障被继电保护装置检测到，故障机组就会被及时切断，可以避免故障范围的扩大化，最大限度降低对电厂运行的影响[1]。电能从电厂输送至用户的过程中，变压器发挥着至关重要的作用，能够满足不同用户对电压的差异性需求。应该以变压器的实际工作状况为依据，选择合理的继电保护方式，以提升变压器性能。

2 电厂发电机变压器保护原理

2.1 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。

2.2 继电保護的原则

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。

2.3 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[2]。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 电厂发电机变压器故障分析

转子绕组故障和定子绕组故障，是电厂变压器常见的两种运行故障，其中转子绕组故障又包括了转子绕组二点接地、一点接地和转子绕组匝间短路等，定子绕组故障又包括了接地故障和相间短路等等。三相超负荷状况会由于超额定电容而发生，发电机过电流状况会由于不对称短路而发生，此外还包括了绕组过电流等运行状态。接地保护、短路保护和异常运行保护，是发电机变压器继电保护装置的三种主要保护形式。将后备保护装置、主保护装置和异常运行保护装置安装于发电机和变压器中，跳闸线圈出口和直流电源都具备独立性，能够对电厂发电机变压器进行有效保护，确保电厂设备运行的安全性与稳定性。

3.2 短路故障的主保护

电力系统中较大短路电流的出现，往往是由电厂变压器定子绕组和输出端的相间短路、接地短路引发，严重时会对变压器造成损毁，导致重大电力事故的发生，不利于电厂生产工作的顺利开展。横差保护法和纵差保护法，是解决上述故障的两种主保护方式。对于发电机定子绕组匝间短路的情况，横差保护法能够起到有效作用，主要是利用支路电流差的反应，以两种接线方式实现保护。若定子绕组可以实现多个中性点的引出，可以将零序电流互感器设置于中性点引出线，实现多元件横差保护或者单元件横差保护[3]。对于发电机内部短路状况，纵差保护能够起到有效作用。对于短路线路的切断，纵差保护能够做到无延时，对于发电机的系统振荡和过负荷也不会产生影响，及时防止短路故障造成的大面积电力事故。尤其是在1MW以上的发电机保护中，纵差保护能够发挥关键作用。

3.3 短路故障的后备保护

定子绕组过负荷保护法、低压过电流保护法、转子负序电流保护法和次同步过电流保护法，是电厂发电机变压器短路故障后备保护的四种主要类型。在变压器长期超负荷运行中，会出现温度过高的问题，定子绕组过负荷保护法的运用，能够防止电路元件由于温度过高而出现损坏;在变压器周围设备的后备保护中，低压过电流保护法能够发挥关键作用;转子内部零件会由于三相负荷不平衡和电力系统短路状况而出现烧毁问题，转子负序电流保护法能够有效避免上述问题的产生，是保障电厂发动机变压器高效运转的重要保护方式;针对变压器变频启动中绕组的短路故障，次同步过电流保护法能够起到良好的保护作用。

3.4 接地故障保护

较强的瞬间电流会由于变压器的接地故障而产生，对于变压器内部器件造成严重损毁，引发电力事故，导致电厂生产中存在较大的安全隐患。与此同时，弧光过电压也是由于接地故障引发的，损毁变压器绝缘位置，引起相应的短路故障，给工作人员的维护与检修带来困难。转子接地保护和定子绕组接地保护，是解决电厂发电机变压器接地故障的主要保护方式。应用定子绕组95%接地保护的方式，电流元件的运行能够由流过中性点的电流所带动，实现变压器的有效保护。我国对于定子绕组95%接地保护的研究尚处于起步阶段，因此存在诸多限制性因素，因此就需要应用定子绕组100%接地保护对容量大于100MW的发电机进行保护[4]。为了确保工作人员能够及时发现接地故障，还需要建立高效的预警系统，当接地故障发生时能够及时切断电源，防止故障范围的扩大化，最大限度保障电厂设备的安全性。

4 电厂发电机变压器继电保护的发展方向

4.1 微机化

微机保护硬件性能提升，有赖于计算机技术的不断发展。元件与机械设备的体积逐渐变小，芯片功能更加丰富多样。32位CPU是我国电厂发电机变压器继电保护配置的核心构件，不仅能够实现空间的优化，而且其强大的信息处理能力和储备管理能力，也能够提升继电保护配置的管理效率，促进电厂生产工作的顺利进行。继电保护配置的运维与检修工作也更加容易開展，保障电厂设备的安全性。

4.2 网络信息化

信息化时代已悄然来临，社会各个行业借助于网络信息技术的优势，逐步实现了产业结构的转型升级，为生产效率的提升奠定了基础。电厂发电机变压器继电保护也应加强网络信息技术的运用，提升用电安全性的同时，满足社会日益增长的用电需求。发电机变压器故障位置、故障类型与原因的判断等，都可以借助于网络信息技术实现，有助于技术人员及时对故障进行处理，防止故障范围的扩大化[5]。与此同时，在信息数据的采集工作中，网络信息技术也能够提升其高效性与精确性，明确了解发电机变压器的运行状况，通过可靠的信息数据建立完善的管理体系，实现电厂资源的优化配置。

4.3 智能化

在电厂管理工作中，智能化技术的运用逐渐广泛。尤其是以非线性映射为基本原理的神经网络，能够大大提升继电保护配置运行故障的检测与解决效率。对于发电机变压器运行故障的定位、分析与解决方案的提出，专家系统能够起到关键作用，通过数据库的建立，能够为故障的预防和检测提供保障。

4.4 多功能一体化

在电厂发电机变压器继电保护系统中，计算机管理系统功能呈现一体化发展趋势。实时监测电厂发电机变压器的运行状态，并对相关异常参数进行获取与分析，为工作人员及时处理故障奠定基础。多功能一体化的发展，是提升继电保护效率的重要途径。

5 结语

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）：210-211.

[2] 康逸群，游力，李震宇，宋杨.大型发电机变压器组继电保护配置分析[J].湖北电力，2018，42（2）：32-35+40.

[3] 宋连会.水电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式探讨[J].中国高新技术企业，2016（26）：116-117.

[4] 刘维锋，杜成康，金启超，等.电厂发电机变压器组保护的改造[J].电力自动化设备，2006（10）：117-119.

[5] 代莹.发电机变压器保护原理分析及整定计算软件开发研究[D].华中科技大学，2006.