电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式分析

郑州裕中能源有限责任公司 史纪军

变压器继电保护在电厂的发电机运行过程中发挥着重要的作用，与电厂的实际生产有密切的关系，与低压过流保护、后备保护、过激磁保护等环节有关，运行维护人员需要制定科学有效的继电保护方案，确定好稳定、压力等参数，为变压器的正常运行提供保障。继电保护装置对变压器的运行故障进行识别与管理，能够缩小故障涉及的范围，保证设备运行的稳定性。简单来说，就是继电保护不仅能够让发电机变压器稳定运行，还能促进装置的改进，提高电厂的运行效益。电厂运行关系到全社会的用电质量，因此提高电厂的继电保护技术，密切关注发电机是保证电力系统运行和安全运行的基础。

1 发电机变压器继电保护的重要性

1.1 发电机继电保护的重要性

继电保护是为了使发电机能够更好地工作。发电机的继电保护具有安全性强、选择性多、迅速、可靠、灵敏的特点。发电机一旦发生问题，就可以通过继电保护装置迅速地将其切断，而不会影响附近的线路及发电机的正常工作。即使是在故障切除之后，发电机依然可以正常地运行并使用，所以继电保护不仅有利于保障发电机的运行，还能对周围线路和设备提供保护，为早日恢复供电打下坚实的基础。发电机的继电保护方法主要有纵差保护、横差保护和接地保护[1]。

1.2 变电器继电保护的重要性及常用手段

如果变压器出现了故障，就不能按照用户的需要，为其提供对应的电压。导致电力使用过程较为混乱，甚至会发生电力瘫痪的情况。变电器继电保护的常用手段。第一，差动保护。该方法作为最可靠也是最常用的保护方式，通过测量变压器两侧电流的差值分析是否存在内部短路或开路的问题。该方法具有灵敏度高、操作便捷的优势。第二，过流保护。过流保护通过测量变压器两侧的电流幅值以及相位关系分析是否存在短路、过载的故障。能够快速的对变压器故障进行分析并且做出保护措施。

2 电厂发电机变压器保护的工作原理

电厂发电机变压器继电保护的硬件工艺较高。有利于不会因为硬件发生损害造成的保护误动，将继电保护装置的功能发挥到极致。在相应的参数监控的基础上，通过辅助性元件、电源装置等为继电保护功能的发挥奠定基础，也是保障继电保护中硬件性能的重要手段[2]。不仅如此，要实现对硬件设施的组件标准化设计，对元器件实施严格的筛查，在不同结构模块的合理配置下，为变压器继电保护的稳定性提供保障。第二，具有完善的人机交互界面。要以保护操作原理和人机交互流程的需求为依据，在采集数据和计算的同时，对设备的性能、电器参数等实施有效管理，满足发电机变压器的继电保护需求，保证人机交互界面的完善性[3]。第三，火力发电厂变频器继电器工作原理简单，可靠性高。继电保护中的软件设计通过模块化方法来完成，该方案可以适应各种配置的需要，为保护设备的软件系统的正常工作打下了良好的基础。变压器接地线路如图1所示。

图1 变压器接地线路

电厂发电机变压器保护需要遵循以下几点原则。

第一，电厂接地继电保护原理。短路作为比较常见的问题，通常发生的类型为相间短路、匝间短路等，短路问题的形成是由于发电机变压器出现了定子单相接地，短路一旦出现就会影响电厂的整体运行状态，严重影响其生产与输送的效率，也给变压器的运行埋下了巨大的安全隐患。工作人员要将高阻设置在定子接地继电保护的中心上，变压器可以直接限制暂态过电压，构建完善的阿伯胡机制，在定子单相接地发生问题时，变压器可以给予一定的保护，以免发生不良的安全事故。

第二，继电保护遵循的原则。电能是由于电能和势能相互转化形成的，这也表示水流、地形地貌等都会影响电厂的发电，水电厂和火电厂发电的差异也在于此。水电厂的发电依赖于发电机和变压器的连接，20～100MW 是比较常见的发电机容量范围，对比火电厂来说比较小。为了保证变压器可以与多台发电机连接，工作人员就要通过扩大电源接线的方式来实施继电保护，并且采用并联的方式解决断路器与母线的问题。

第三，电厂发电机变压器保护的配置。一是转子接地保护与定子接地保护。针对定子与转子的保护装置分析，两种都是最常用的配置方式。很多发电机的定子绕组保护都是采用基波零序电压来完成的，对于中性点周围的定子绕组来说，就需要三次谐波电压来完成。电厂如果要促进发电机的运行保护配置的需求，工作人员就要对独立出口的回路进行潘达UN，并且对三次谐波和零序电压进行研究。如果在励磁回路中发生接地的故障，而且故障没有通过发电机表现出来，两点接地造成发电机故障，就可以选择转子保护配置并且及时确定故障的位置，然后对故障位置接地电阻进行计算。二是变压器继电保护。厂用变压器、主变压器都是电厂基础配置，主变压器涉及温度升高、重瓦斯、低压过流等问题，部分电厂也会通过设置差动速断保护及间隙零序过流等保证主变压器的运行。主变压器与厂用变压器的保护中都会采用工控机作为管理设备，促进接地线路的优化，也方便后期的保养。

3 电厂发电机变压器继电保护方式的应用

3.1 发电厂变压器故障的保护

转子绕组故障、定子绕组故障都是电厂运行中常见的故障问题，本文介绍了转子绕组发生的两点接地、一点接地和线圈匝间短路的原因。如果固定的电容过大，那么三相过载就会变得更加严重，若是出现了不对称电路的问题，发电机也会出现电流情况[4]。从保护模式上分析，后备保护装置、主保护装置和异常运行保护装置处于变压器中，能够各自发挥作用，根据变压器发生的故障给予有效的保护，保证设备运行的稳定性。

3.2 纵差保护

纵差保护能够将短路发生的部位和具体情况表现出来，在不延时的情况下把保护范围中出现短路的线路切除，有利于保证减少对过负荷和系统振荡带来的影响。

3.3 横差保护

横差保护可以解决发电机定子绕组匝间短路的问题，这种手段的接线方式为：各相间安装2台变流器、1台继电器，构成独立的保护体系；一个能产生多个中性线，通过各中性点引出线位置增设零序电流互感器从而构成单元横差或多元件横差来实现保护。

3.4 短路故障的保护

由于电站变压器的定子绕组和输出端的相间短路而产生短路电流，同时也涉及接电短路的问题，若是情况比较严重、变压器发生损毁，那么就会产生严重的电力安全事故，给企业的发展带来不良的影响。工作人员通过横差保护法、纵差保护法来进行保护，采用不同的接线方式来对变压器提供保护。若是定子绕组引出多个中心点，操作人员只需将零序电流互感器置于中性点，再用导线将其引出，即可完成多部件交叉保护[5]。

3.5 短路保护的后备保护措施

目前，从电站发电机变压器短路故障后备保护的发展状况来分析。当前，很多变压器运行基本处于超负荷的状态下，变压器的温度也会明显升高，在此基础上通过定子绕组过负荷保护法能够避免元件受到高温损害。在对变压器周边设备进行备用保护时，工作人员可以通过低压过电保护法来实现保护。

4 电厂发电机变压器的继电保护发展方向

4.1 微机化

随着计算机技术的发展，微机系统中的硬件性能明显提高。机械设备的配件体积不断缩小、芯片的功能越来越强大，32位CPU 作为重要的核心元件，有利于促进应用空间的优化，合理应用信息处理技术可以实现对信息的储存与管理，提高继电保护的科学管理效果，为电厂发展提供助力。继电保护装置需要完成后续的检修和维护，保证电力运行工作稳定开展，保证电厂设备得到安全的应用。

4.2 网络信息化

当前我国已经步入信息化时代，社会各个行业都合理应用网络技术促进产业结构的优化，各行业的生产质量和生产效率都明显提高。继电保护也采取网络信息技术为全社会用电提供保障。网络信息技术在电力企业中的应用满足了各个行业对电力资源的需求，发电机变压器发生的故障可以通过信息技术进行筛查，帮助工作人员解决故障中存在的问题。采集数据的过程中，网络信息化技术也能保证信息的准确性，监督与管理变压器的工作状态，制定完善的数据管理体系从而实现电力资源的合理配置。

4.3 智能化

智能时代发展的进程中，继电保护技术的智能化和自动化程度不断加强。通过非线性映射原理，找到继电保护装置中发生故障的部位，然后快速制定解决方案。通过专家系统构建数据库，一旦出现问题，就能第一时间进行检查。随着智能程度的提高，对电力系统中电力系统的保护性能也有了很大的提升。

4.4 多功能一体化

提高发电机、变压器等继电保护设备的微型化、智能化程度，是继电保护实现多功能一体化的基础。通过多功能一体化的管理系统来进行发电机变压器的继电保护，则有效提高了机电保护的效果。具体应用阶段，该系统还能实现动态化监测、判断发电机和变压器的运行情况，利用相关技术对故障进行处理，及时消除故障保证发电机变压器的稳定运行。

5 结语

电厂运行关系到全社会的用电质量，因此提高电厂的继电保护技术，密切关注发电机是保证电力系统运行和安全运行的基础。电厂发电机变压器的继电保护是继电保护原理得到合理应用的基础，也是提高电厂市场信誉的最佳手段。电厂需要审视市场发展规律，重点对继电保护的工作原理、保护方式进行探讨，保证发电机保护质量，及时发现存在的安全隐患，保证发电机继电器的安全、稳定运行。