論200MW發電機變壓器繼電保護配置方案

　　繼電保護裝置是一種自動裝置，在電力系統中主要負責電力系統的安全可靠運行。本文介紹了繼電保護的基本原理及發展趨勢，提出了了200MW發電機變壓器繼電保護配置方案。

　　《大電機技術》(雙月刊)創刊于1971年，由哈爾濱大電機研究所主辦。本刊是全國中文核心期刊，主要介紹我國大中型水電機組、火電汽輪發電機組、交直流電機、特種電機及其輔助設備等產品的科學研究、技術開發、設計制造、試驗計算、安裝調試、監測監控和故障分析等專業技術領域的內容。發行至電力、石油、冶金、礦山、重工、化工等部門和高等院校、科研單位，覆蓋面廣，影響頗大。

　　繼電保護是指研究電力系統故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統及其元件(發電機、變壓器、輸電線路等)，使之免遭損害。基本任務是：當電力系統發生故障或異常工況時，在可能實現的最短時間和最小區域內，自動將故障設備從系統中切除，或發出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區供電的影響。繼電保護裝置是一種自動裝置，在電力系統中主要負責電力系統的安全可靠運行，這是它的主要職責也是任務，它可以隨時掌握電力系統的運行狀態，同時及時發現問題，從而通過選擇合適的斷路器切斷問題部分。

　　一、繼電保護的基本原理及發展趨勢

　　1、基本原理

　　繼電保護裝置必須具有正確區分被保護元件是處于正常運行狀態還是發生了故障，是保護區內故障還是區外故障的功能。保護裝置要實現這一功能，需要根據電力系統發生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎來構成。

　　電力系統發生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：

　　(1) 電流增大。 短路時故障點與電源之間的電氣設備和輸電線路上的電流將由負荷電流增大至大大超過負荷電流。

　　(2) 電壓降低。當發生相間短路和接地短路故障時，系統各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。

　　(3) 電流與電壓之間的相位角改變。正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數角，一般約為20°，三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為60°～85°，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是180°+(60°～85°)。

　　(4) 測量阻抗發生變化。測量阻抗即測量點(保護安裝處)電壓與電流之比值。正常運行時，測量阻抗為負荷阻抗;金屬性短路時，測量阻抗轉變為線路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。

　　不對稱短路時，出現相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現負序電流和負序電壓分量;單相接地時，出現負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現的。

　　利用短路故障時電氣量的變化，便可構成各種原理的繼電保護。

　　此外，除了上述反應工頻電氣量的保護外，還有反應非工頻電氣量及非電氣量的保護。

　　2、發展趨勢

　　繼電保護方式的發展經歷了方向比較式、相位比較式、電流差動式等階段, 所使用的繼電器從電磁式到模擬靜止式, 進而發展到數字靜止式, 隨著數字技術的發展、微型計算機和微處理器的出現, 為繼電保護數字化開辟了廣闊前景, 出現了以微機和光傳輸技術為基礎的全數字控制保護系統。微機保護具有下列特點:

　　(1)保護功能由軟件實現;

　　(2)采用數字信號處理技術;

　　(3)具有數字儲存功能, 如過程記憶、錄波等;

　　(4)容易實現遠方通信, 接口簡單;

　　(5)具有自動測試和監視功能;

　　(6)軟硬件標準化;

　　(7)公共數據可重復使用實現不同功能。

　　我國已成功研制了多套大機組微機保護裝置,并先后投入試運行或正式運行。不少 35 kV 和 110kV 變電所采用了多種微機監控和保護裝置, 但在300MW 及以上大型發電機組上應用微機保護裝置的例子還不多。由于微機保護具有靈活、高性能、運行維護方便、可靠性好、硬件尺寸小、硬件負擔輕等優點, 可以預見未來繼電保護發展的方向將是主保護采用微型處理機或小型計算機分散地裝設在被保護元件處, 后備保護采用系統控制中心計算機構成變電所中心計算機以實現集中化控制。相信大機組的微機保護將有廣闊的發展前景, 并將以其優越的性能在繼電保護領域獨領風騷。

　　二、200MW發電機變壓器繼電保護配置方案

　　1、三相定子繞組的結構對主保護配置的影響

　　三相定子繞組的結構問題, 主要指的是發電機中性點側的引出方式,因為它與發變組內部短路主保護方案密切相關, 同時也與定子繞組每相并聯分支數有關。

　　目前國內 200MW 及以上的汽輪發電機大多為每相兩并聯分支, 中性點僅引出三相的三個端子。作為發變組內部短路主保護, 普遍采用發電機傳統縱差保護和發變組縱差保護, 這兩種保護方案對發電機定子繞組同相的匝間或層間短路和開焊 (斷線)故障均無保護作用,因此必須予以改進。