论200MW发电机变压器继电保护配置方案

　　继电保护装置是一种自动装置，在电力系统中主要负责电力系统的安全可靠运行。本文介绍了继电保护的基本原理及发展趋势，提出了了200MW发电机变压器继电保护配置方案。

　　《大电机技术》(双月刊)创刊于1971年，由哈尔滨大电机研究所主办。本刊是全国中文核心期刊，主要介绍我国大中型水电机组、火电汽轮发电机组、交直流电机、特种电机及其辅助设备等产品的科学研究、技术开发、设计制造、试验计算、安装调试、监测监控和故障分析等专业技术领域的内容。发行至电力、石油、冶金、矿山、重工、化工等部门和高等院校、科研单位，覆盖面广，影响颇大。

　　继电保护是指研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件(发电机、变压器、输电线路等)，使之免遭损害。基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。继电保护装置是一种自动装置，在电力系统中主要负责电力系统的安全可靠运行，这是它的主要职责也是任务，它可以随时掌握电力系统的运行状态，同时及时发现问题，从而通过选择合适的断路器切断问题部分。

　　一、继电保护的基本原理及发展趋势

　　1、基本原理

　　继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。

　　电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：

　　(1) 电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。

　　(2) 电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。

　　(3) 电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°+(60°～85°)。

　　(4) 测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗;金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。

　　不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量;单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。

　　利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。

　　此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量及非电气量的保护。

　　2、发展趋势

　　继电保护方式的发展经历了方向比较式、相位比较式、电流差动式等阶段, 所使用的继电器从电磁式到模拟静止式, 进而发展到数字静止式, 随着数字技术的发展、微型计算机和微处理器的出现, 为继电保护数字化开辟了广阔前景, 出现了以微机和光传输技术为基础的全数字控制保护系统。微机保护具有下列特点:

　　(1)保护功能由软件实现;

　　(2)采用数字信号处理技术;

　　(3)具有数字储存功能, 如过程记忆、录波等;

　　(4)容易实现远方通信, 接口简单;

　　(5)具有自动测试和监视功能;

　　(6)软硬件标准化;

　　(7)公共数据可重复使用实现不同功能。

　　我国已成功研制了多套大机组微机保护装置,并先后投入试运行或正式运行。不少 35 kV 和 110kV 变电所采用了多种微机监控和保护装置, 但在300MW 及以上大型发电机组上应用微机保护装置的例子还不多。由于微机保护具有灵活、高性能、运行维护方便、可靠性好、硬件尺寸小、硬件负担轻等优点, 可以预见未来继电保护发展的方向将是主保护采用微型处理机或小型计算机分散地装设在被保护元件处, 后备保护采用系统控制中心计算机构成变电所中心计算机以实现集中化控制。相信大机组的微机保护将有广阔的发展前景, 并将以其优越的性能在继电保护领域独领风骚。

　　二、200MW发电机变压器继电保护配置方案

　　1、三相定子绕组的结构对主保护配置的影响

　　三相定子绕组的结构问题, 主要指的是发电机中性点侧的引出方式,因为它与发变组内部短路主保护方案密切相关, 同时也与定子绕组每相并联分支数有关。

　　目前国内 200MW 及以上的汽轮发电机大多为每相两并联分支, 中性点仅引出三相的三个端子。作为发变组内部短路主保护, 普遍采用发电机传统纵差保护和发变组纵差保护, 这两种保护方案对发电机定子绕组同相的匝间或层间短路和开焊 (断线)故障均无保护作用,因此必须予以改进。