变压器继电保护分析及失磁保护

刘庆

摘要：发电厂中的发电机和变压器定值等在计算的时候，如果出现计算不当等问题就会出现严重后果，也会造成电气设备损坏，甚至造成电力系统瓦解。在电力系统快速发展的过程中，全国各地电网联系也更加密切，大型发电机组对电力系统的作用也较为突出，对变压器继电保护的要求明显提高，需要具备更加科学有效的整定计算和保护配置，对保护装置应用水平有效提升。同时发电机失磁属于发生频率较高且影响严重的故障问题，当发电机失磁的时候，感应电动势会不断减小，使得发电机与系统间的功角增大，两者异步运行，发电机的安全稳定运行受到影响，进而影响电厂的正常运行。发变机组在电厂的运行中处于重要的位置，如果出现故障就会对整个的电力供应产生影响，因此，科学合理的配置保护系统是确保机组安全运行的基础。

关键词：变压器;继电保护;失磁保护

1 变压器继电保护配置探讨

1.1 发电机继电保护配置

发电机对系统的正常运行及电能质量有重要的作用，因此，要加强对发电机的保护。在对其保护的时候，多数要对1兆瓦以上容量机组的定子绕组及其引发的线相间短路故障问题加以解决，当发电机接地故障电流大于规定值时，要采取相应的接地保护。发电机和变压器结构复杂，其出现故障的部位及类型等方面都存在着特殊性，这也就造成发电机继电保护配置保护难度较高。因此，一台发电机或变压器都需要配置数目较多的主保护和后备保护装置，使电力系统的运行更加安全有效。发电机定子绕组出现的过电压情况，要采取相应的过电压保护;配置转子接地保护，应对发电机转子绕组接地故障;配置失磁保护应对低励失磁故障;对于300MW以上容量的发电机，要配置失步保护来防止其系统震荡影响机组安全，配置频率保护来防止发电机低频或者过频运行，配置启停机保护来防止发电机低速运行的短路故障等。

1.2 变压器继电保护装置

变压器是电厂内的重要设备，变压器的可靠运行对电厂的系统稳定运行以及供电可靠性具有重要的作用。为了确保变压器的安全运行，需要根据变压器的容量以及常见故障进行继电保护，配备性能良好，符合工况要求的继电保护装置。常用的保护形式主要有：配置差动保护来应对变压器大电流接地系统侧绕组和引出线的短路故障;配置过电流保护或者阻抗保护来防止变压器外部故障造成的其他部件的损坏;配置过负荷保护来防止变压器过负荷运行;过激磁保护来防止变压器过激磁运行等。对于变压器内部的绕组温度升高以及冷却系统故障等要根据实际要求，配置报警保护或者是跳闸的保护。一般来讲，变压器内部以及引出线上短路性质故障保护为主保护，其他的保护为辅助保护。主保护动作没有延时，一般情况下是通过全停来实现的，而辅助保护不同于主保护，辅助保护是根据具体的情况发出警报信号，或者是通过延时跳开一侧或某侧的断路器实现的。

2 发电机失磁保护研究

2.1 发电机的失磁危害

发电机的全部励磁电流或者是部分励磁电流消失的现象被称为失磁，引起发电机失磁的原因主要有：励磁机故障、转子绕组故障以及误操作、励磁系统中部分元件损坏等等。发电机失磁属于发生频率较高且影响严重的故障问题，发电机失磁故障对电网的运行及发电机的正常运转都有重要影响。一方面发电机机组需要在电网中吸收更多的感性无功功率，这也就容易使得系统电压下降的情况更加突出，另外电力系统会造成电压下降较多而出现瓦解的现象，另一方面，失磁的发电机容易对系统中相邻机组的运行情况造成比较大的影响，从而使得相邻机组和系统间及系统各部分间的同步性不足。失磁情况下发电机组异步运行能力受到一定程度上的限制。发电机转子如果发生纵轴和横轴方面不对称的情况，也容易造成机组振荡的情况，对机组安全运行造成威胁。此外，发电机失磁还会对发电机本身造成一定的影响，失磁的发电机在异步运行后，发电机的等效电抗降低，不断地在系统吸收无功功率，产生的过电流导致发电机出现定子过热现象。重负荷失磁后，导致电机的转矩以及有功功率发生剧烈摆动，这时就会有超过额定值的电磁转矩通过发电机轴、定子传到机座上，导致发电机周期性的超速运行，损坏发电机寿命。因此对发电机，尤其是大容量发电机需要加强失磁保护，避免发电机发生失磁故障的情况，

2.2 发电机的失磁保护

传统的失磁保护主判定依据主要有：第一，发电机转子低电压判定，主要的判别依据是等励磁电压以及变励磁电压等。第二，二相同时低电压判定，主要判定依据包括机端低电压以及主变高压侧低电压。第三是发电机机端定子阻抗判定，主要有异步边界阻抗圆特性以及静稳边界阻抗圆特性。第四，逆无功判定，主要是通过逆无功以及定子过电流来对失磁故障进行判定。除了以上的判定依据外，一般还采用辅助依据来进行发电机的失磁判定。在发电机运行过程中，发电机的机端与主变高压侧有可能会发生短路故障，或者是系统震荡的情况下，采用失磁保护的主要判定依据可能会发生误动的情况，因此，在实际的失磁保护判定中还经常使用辅助判定依据和主判定依据结合的方式来进行有效的判定。常用的辅助判定依据主要有励磁电压降低;无功功率的方向改变以及不出现负序分量等。

有的保护装置会设置一些失磁保护，设置三段或者四段失磁保护，每段保护都选择不同的判定组合。但不管是采用哪种的励磁方式，AER都是其重要的组成部分，因为AER装置具备低励限制以及保护功能，发电机也有失磁保护，因而促进两者之间的有效配合就可以在很大程度上减少不必要的停机操作，保证了发电机组的安全稳定运行。两者有效的配合的顺序是，AER先进行限制，限制之后AER在不能正常恢复工况的情况下，AER的延时就会动作，延时之后还不能恢复正常工况的情况下，继电保护的失磁保护就会启动，起到保护的作用。发电机在正常的进相范围内运行时，运行能力受发电机定子绕组端的发热以及发电机的静稳极限限制，因此，新建的机组要通过实验来确定发电机的进相范围。AER低励限制就是当发电机励磁电流下降时，AER的低励限制就会动作，恢复AER到正常工作状态，限制励磁电流的进一步下降，同时，减少发电机对于感性无功功率的吸收，保证发电机的正常运行，减少不必要的停机，保证电厂能够稳定运行。

3 结语

继电保护在火電厂的实际运营中具有重要的作用，加强继电保护是当前电厂工作人员的责任。在我国电力装置容量逐渐增大的情况下，发电组的继电保护也受到较大影响，发展过程中面临着一定的挑战，这也就需要有效加强变压器继电保护的工作的开展，使变压器的硬件装置水平得到显著提升。结合项目经验阐述变压器继电保护的相关内容，且关注失磁保护的相关内容，概括得出变压器继电保护的相关注意事项和配置的保护形式，同时分析发电机失磁保护的判定依据，从而得出保障机组及电网安全和稳定运行的相关模式。

参考文献

[1] 梁柏健.分析如何提高对660MW机组工程发变机组继电保护调试的质量[J].通讯世界，2014（16）：33-34.

[2] 陈明.变压器继电保护分析及失磁保护研究[D].华中科技大学，2017.

[3] 李越冰，赵欣.发电机失磁及失磁保护分析[J].价值工程，2011（1）：44.