电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式分析

栾斌

【摘  要】我国市场经济在稳步、健康发展的同时，各个行业的用电需求逐步呈现出多元化特点，且用电量迅猛增加。新时期，发电厂的工作压力逐步加大。发电机与变压器是电厂安全与稳定运营的重要设备支持。电厂发电机变压器在长年累月的运行过程中，难免会出现一些性能故障。为提高电厂发电质量，并为民众提供优质的用电服务等，电厂逐步加大了发电机变压器保护力度。论文从理论角度出发，分析了电厂发电机变压器保护原理与继电保护的重要性，并提出了几点继电保护方式，以供参考。

【Abstract】While China's market economy is developing steadily and healthily， the electricity demand of various industries is gradually becoming diversified， and the electricity consumption is increasing rapidly. In the new period， the working pressure of power plants gradually increases. Generator and transformer are the important equipment support for the safe and stable operation of the power plant. During the perennial operation of power plant generator transformer， some performance faults will inevitably occur. In order to improve the quality of power generation and provide quality electricity services for the public， the power plant has gradually increased the protection of generator transformers. From a theoretical point of view， this paper analyzes the protection principle of power plant generator transformer and the importance of relay protection， and proposes several relay protection methods， for reference.

【关键词】电厂发电机;变压器;保护原理;继电保护

【Keywords】power plant generator; transformer; protection principle; relay protection

【中图分类号】TM62;TM77                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2022）02-0175-03

1 引言

国家整体的用电需求量与日俱增的同时，电力行业也获得了良好的发展空间。新时期，社会大众对供电稳定性与安全性等提出了更高的要求。为顺应时代发展趋势，满足市场所需，电厂在积极引进先进的发电机变压器的基础上，逐步给予了发电机变压器保护工作充分关注。继电保护装置是发电机变压器的重要保护部件，其性能与质量直接影响到电力系统运行质量。为提高发电机变压器保护成效，各电厂需结合电厂发电机实际运行情况，选择出科学完善的继电保护方式。

2 电厂发电机变压器保护原理与保护内容

2.1 电厂继电保护原理

电厂在运营过程中往往会出现多样化的短路现象，如相间短路、匝间短路、两点接地短路等不同形式。究其原因，多是发电机变压器的定子出现了单相接地问题。短路问题发生后得不到及时有效的解决，会直接降低电厂供电安全性与稳定性，影响到电厂正常运营，且带有性能故障的变压器，其整体的运行安全隐患徒增，提高发电机变压器折旧率，缩短了发电机变压器使用寿命。

在继电保护设置中，工作人员可以在定子接地继电保护的核心位置合理布置高阻设置，以此借助变压器，对暂时状态下的过压现象进行合理限制，并提高保护系统与机制的科学合理性。在电厂发电机变压器实际运行过程中，若变压器定子单向接地存在问题，可以及时启动相应的保护系统与机制，防止变压器受到进一步损害，有效规避电力事故的出现。

2.2 继电保护的基本内容

首先，合理开展转子接地保护与定子接地保护工作。在日常维管工作中，转子接地保护与定子接地保护是变压器继电保护中较为常见的保护形式。定子接地保护配置工作开展过程中，多数发电机的定子绕组保护依托基波零序电压实现。對于中性点附近的定子绕组来说，往往需要凭借三次谐波电压方可达到良好的保护成效。为确保发电机的运行与保护配置的基本需求相符合，工作者需做好独立出口分析与研判工作。若电厂励磁回路中存在接地故障，且相关故障未在发电机中有所表现，两点接地导致发电机存在问题。此时，工作者需借助转子保护配置，有效研判故障位置，并合理计算故障位置的接地电阻，为后续工作者提供充分的维保依据。

其次，变压器继电保护。电厂中的变压器多分为厂用变压器与主变两种类型。从主变压器继电保护配置来看，往往会涉及温度升高、重瓦斯、低压过流等问题。有些电厂还会设置差动速断保护与间隙零序过流，以此提高变压器的运转安全性。在主变压器与厂变压器的继电保护管理工作中，多数电厂会借助工控机作为单元的主管理机，以此达到优化外部接地线路的目的，为后续维管工作顺利进行提供良好条件。

最后，结合工作所需，将部分配置拆除。有些电厂会结合切实所需，将常用变电器继电保护配置中高压开关柜的保护配置拆除掉，有效节约了后续维管时间。抑或者，部分电厂在主变压器保护屏附近，安装上原有的保护片，实现单元管理机间地高效连接，有效节约发电成本，并为变压器的多元化需求提供便捷条件，提高发电效率与质量。

变压器保护配置内容具有繁杂性与专业性，工作人员需结合变压器的规格等具体参数变化，制定出富有针对性的保护配置方案，从整体上提高发电厂变压器保护配置质量与效率。

3 继电保护的重要性与保护方式

动能与势能相互转化，继而产生电能。在电厂建设前，建设者往往会将水流状况、地形地貌等作为重要的考虑因素。对于水电厂而言，常见的发电设备为发电机与变压器。通过有效连接两个设备，推动发电工作顺利进行。从发电机容量来看，容量范围则多在20～100 MW。为实现多台发电机的连接，在继电保护工作中，工作者往往会采用扩大单元线的方法，抑或者运用并联处理方法，有效解决断路器与母线间的问题，提高继电保护成效。

为推动继电保护工作顺利进行，工作人员需合理认知继电保护的重要性，并选择出适宜的保护方式。

3.1 发电机变压器继电保护的重要性

发电机变压器机电保护工作是将电厂发电机变压器等电力设备等作为重要的保护对象，防止发电机变压器存在线路故障，以此推动变压器正常运行，并提高运行质量。相关电力设备的正常运行，可以确保电厂电力系统生产质量与效率，并源源不断输出电力，提高电网供电的稳定性与安全性。电厂发电机继电保护配置具有安全性、可靠性、选择性、快速性等诸多特点。继电保护装置可以结合电厂发电机的实际工作状态以及发电机故障类型等，在最短时间内高效切断与处理故障机组，有效保证其他线路或机组的正常运行。

电厂发电机机电保护装置在及时切断故障发电机后，可以对故障问题进行有效分析与处理，待问题解决后，修复后的故障发电机可继续投身到电厂生产与运营工作中。因此，电厂发电机变压器继电保护工作不仅保证了各项电力设备的性能正常，使得各项电力设备能够有效支撑发电工作，而且便于保护周围线路与电力设备的安全性，实现电力系统的正常电力输出，增加电厂经济效益。

3.2 发电厂变压器常见故障类型

在电厂运行过程中，发电机变压器故障体现为转子绕组故障与定组绕组故障。转子绕组故障又可分为转子绕组两点接地、一点接地与绕组匝间短路等问题。固定电容超额时变压器的三相超负荷状况尤为突出。一旦出现不对称短路现象，发电机出现过电流的概率大幅度增加。

通过分析发电厂继电保护工作，我们发现：电厂常用的保护方式具有多样性，主要有接地保护、异常运行保护与短路保护3种形式。后备保护装置主保护装置与异常运行保护装置均在变压器内，且跳闸线圈出口与直流电源以相互独立形式存在，可各自发挥出应有的效能。在变压器出现性能故障时，跳闸线圈与直流电源可以及时启动保护操作，从整体上提高变压器运行安全性与可靠性。

3.3 电厂发电机继电保护方式

3.3.1 横差保护

在电厂发电机继电保护设置工作中，横差保护方式能否发挥出最大效能，依托于两个支路间的电流差情况。在两个支路间电流差的作用下，从整体上提高对发电机定子绕组匝的有效保护。在运用横差保护方式时，工作者可以在各相间安装两个电流互感器与一个继电器设备，确保保护系统的独立性，并高效保护运行中的发电机，提高发电机运行稳定性与安全性。

3.3.2 纵差保护

此种保护方式多用于发电机内部短路保护工作中。依托此种保护配置，可以在无延时的情況下，对保护范围内的短路问题执行切断处理，以此达到保护发电机的目的。从应用实践来看，此种保护方式多应用到1 MW及以上容量的发电机保护工作中，其整体的适用性较强，且保护效果显著。

3.3.3 逆功率保护

逆功率保护方式多应用到动作断路器的跳闸保护工作中。在设计与应用环节，相关设备需高效采集三相电压与二相电流信号，以此为保护功能的顺利发挥提供充分的数据支持。例如，对于并网运行的汽轮发电机而言，在实际保护工作中，若发电机的主气门处于关闭状态，可将发电机作为同步电机进行使用。通过对有功功率的吸收，以此推动汽轮机高效转动，并及时向系统发送无功功率信号。并网运行的汽轮发电机，往往会因主汽门处于关闭状态，致使发电机机尾叶片与残留蒸汽间在相互摩擦作用下出现鼓风损耗，且长期置身于过热环境下，发电机会出现不同程度的损伤。依托逆功率保护方式，则可以针对汽轮机发电机运行中的损伤情况展开针对性的防护。

3.3.4 单相接地保护

单相接地保护主要划分为定子接地保护与转子接地保护两种类型。在定子绕组接地保护方式下，在设计与应用环节，工作者可以凭借零序电路积极开展定子接地保护工作。抑或者，凭借零序电压、三次谐波电压等不同形式实现定子接地保护目的。在设计与应用转子接地保护方式时，工作者可以凭借乒乓室开关切换原理，并在两个不同接地回路方程基础上开展求解计算，有效确定转子接地电阻的阻值以及接力位置，从整体上提高转子接地保护成效。

3.4 电厂变压器继电保护方式

工作者在选择电厂变压器继电保护设计与方式时，需要将变压器与主变压器的继电保护设计现状充分考虑进去。在设计与应用继电保护方式时，常见的保护方式被细化为差动保护、重瓦斯保护、零序保护等不同方式。在继电保护方式设计应用期间，工作者需将差动保护与零序保护灵活地安装到相关保护装置中，以此提高主变压器维管成效，确保主变压器高效运行。

在对主变压器与厂用变压器开展继电保护工作时，工作者需将工控机作为单元，发挥出日常维管工作的最大效能。在维管条件允许的情况下，工作者可以有效完善变压器外部接线流程。抑或者，在设计与应用变压器继电保护配置时，为实现对保护设置的高效管控，工作者可以将原有的保护屏安装到主变压器的保护屏周边。通过与单元管理的各个方面展开协调与配合，确保相关操作满足变压器的实际运行与保护需求。此外，工作者应有效把控变压器继电保护成本，最大程度上增加发电厂经济效益。

4 电厂发电机变压器继电保护的发展趋势

随着我国电力资源需求量的与日俱增，发电厂也获得了良好的发展空间。与此同时，发电厂面临着较大的发电压力。为增加企业经济效益，确保发电过程的安全性与稳定性，发电厂逐步给予了发电机变压器保护工作充分关注。从未来发展趋势来看，继电保护的微机化、网络信息化、智能化水平将会大幅度提升，这不仅有效顺应了信息化时代发展趋势，也将大幅度提升继电保护成效。以下内容对具体发展趋势展开了相应分析。

4.1 微机化

计算机技术的快速发展，为微机系统硬件性能优化与提升奠定了坚实基础。从外形来看，继电设备各个配件的体积与重量均有所减少，芯片的功能则日趋增多。尤其，CPU在变压器继电保护装置中的作用将会逐步凸显，并成为继电保护配置的核心构件。在使用空间日趋优化的大背景下，借助信息处理技术，便于高效开展信息处理工作，大幅度提高继电保护成效，维护发电厂正常的生产秩序。在配置继电保护装置时，工作者需加大后期维管力度，确保电厂设备性能良好与使用安全性。

4.2 网络信息化

信息化时代背景下，各行各业逐步加大了信息化建设力度。将信息化技术与各项生产活动、管理活动等相融合，大幅度提高了生产管理成效。通过将现代网络信息技术与机电保护工作相融合，从整体上提高了用电安全性与稳定性。此外，依托网络信息技术，可以大幅度提高电厂运行稳定性，进而为各个行业提供充分的电力资源，推动各个行业稳步发展。依托网络信息技术，可以及时筛查出变压器故障位置，并分析出故障引发原因。此外，在数据采集过程中，凭借网络信息技术可以大幅度提高信息采集精准性，并实时动态化监管与掌握变压器工作情况。结合所收集到的数据信息，组建完善的数据管理体系，从整体上提高电厂资源的配置效率。

4.3 智能化

智能化時代背景下，电厂发电机变压器继电保护智能化与自动化水平将会得到不同程度的提升。凭借非线性映射工作原理，快速精准找出继电保护配置故障位置，并制定出完善的整改方案。此外，借助专家系统，建立起相应的数据库，在出现故障时，可以及时开展检测工作。总之，智能化水平的提升，将会再次提升发电机变压器继电保护工作质量与效率。

4.4 多功能一体化

随着发电机变压器继电保护配置微机化、网络信息化、智能化水平的大幅度提升，可以为继电保护多功能一体化发展奠定坚实基础。通过将多功能于一体的计算机管理系统高效地应用到电厂发电机变压器继电保护工作中，大幅度提高了继电保护质量与效率。在实际使用过程中，该系统可以动态化监测与研判电厂发电机与变压器的实际运行情况，并结合运行技术以及相关故障信息等展开维管处理，及时将故障消除，确保发电机变压器正常运行。

5 结语

总之，新时期，发电厂面临着较大的转型发展压力。为增加企业经济效益，有效管控电厂运行成本，推动发电工作持续性开展，发电厂逐步给予了发电机变压器维管工作充分关注。在工作实践中，继电保护方式具有多样性。为满足新时期的继电保护工作所需，工作人员需不断提高自身的综合素养，有效掌握电厂发电机变压器保护原理，并结合发电厂现实运行情况等，选择出适宜的继电保护方式。通过加大机电保护力度，可以及时发现发电机变压器运行中存在的性能故障，找出故障位置，结合故障原因，制定出富有针对性的继电保护方案。以上内容分别对发电机继电保护方式与变压器继电保护方式展开了分析，希望相关工作者可以从中得到一定的启发或者帮助。

【参考文献】

【1】吴俊杰.电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式研究[J].中阿科技文坛（中英文），2021（3）：55-57.

【2】王昭杰.电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式研究[J].科技创新与应用，2021（27）：103-105.

【3】张伟.电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式探究[J].低碳世界，2021（12）：46-47.