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刘克湘 刘利明
（四川富意机电安装有限公司一分公司,四川 泸州 646000）
摘 要：文章以600MW 火力发电机组的继电保护为例,论述了继电保护系统中汽轮发电机的继电保护、电力变压器继电保护、发电机—变压器组公用继电保护及继电保护运行故障处理等.
关键词：火电厂；继电器；发电机；变压器；继电保护；过励磁保护
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）13-0117-02
一、发电机继电保护
火力发电厂使用的发电机（如600MW、1000MW级）单机容量大,发电机组的地位变得极其重要,其安全运行直接影响到整个电厂的稳定性.同时火力发电机组造价昂贵,结构复杂,一旦受到损坏,需要的检修期长,给国民经济造成直接和间接的经济损失巨大,因此火力发电机组继电保护的技术指标要求很高,对其保护的可靠性、灵敏性、选择性和快速性提出了比较高的要求.发电机保护配置的原则是,在发电机故障时,应能将损失减小到最小；在非正常状况时,应在充分利用发电机自身能力的前提下确保机组本身的安全.其保护方式有以下几种：
(一)发电机差动保护
根据接线方式和位置的不同,又可分为完全纵联差动和不完全纵联差动.比例制动式完全差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护.作为相间短路主保护的纵差保护应用历史最为悠久,出现数字技术后人们首先进行的也是数字式纵差保护研究.继一种基于瞬时采样值的差动保护方案被提出后,用相关函数法计算发电机端和中性点侧电流相量来实现差动保护的方案被提出,并且采用比例差动或以差流平方作动作量的标积制动判据,对具有单侧供电电源的元件取得了较好的选择性和灵敏度.定子差动保护的出口逻辑图,如图1所示：
(二)发电机定子接地保护
保护为100%定子接地保护,由三部分组成：95%基波电压部分；机端与中性点电压三次谐波比较部分；中性点三次谐波低电压部分.冗余的中性点三次谐波低电压保护使中性点附近部分做到了双重接地保护.中性点三次谐波低电压部分具有有功功率自适应能力（需要机端三相电压、电流信号）,能有效防止误动.
保护发电机定子及其引线的单相接地.保护装置由反映基波保护范围在发电机机端95%左右的零序过电压保护,和通过比较发电机中性点的三次谐波电压和发电机机端产生的三次谐波电压来保护定子绕组余下的15%,从而构成对定子绕组的100%保护.
(三)发电机失磁保护
根据发生失磁故障后机端各电量的变化规律和对系统及失磁发电机安全运行的要求,可以选择合适的原理及动作处理方式来构成失磁保护.目前失磁保护的构成原理多种多样,以下以大型火力发电厂发电机常用失磁保护为例进行说明.
1．用阻抗继电器构成的失磁保护原理.对于汽轮发电机,阻抗继电器可采用各种阻抗圆作为动作边界,来实现不同的动作判据.如可用表示静稳边界的临界失步圆作为阻抗继电器的动作边界,或者采用异步运行阻抗圆作为阻抗继电器的动作边界等.
2．反映E和I随时间变化率的失磁保护原理.在失磁后的等有功过程中,发电机电势随时间不断减小,而定子电流在短暂下降后持续上升.这个规律是发电机失磁等有功过程中所特有的,可以用来构成失磁保护.
二、变压器继电保护
(一)主变压器差动保护
火力发电机组组均需装设单独的主变压器差动保护.主变压器差动保护通常为三侧电流差动,即主变压器高压侧电流引自高压断路器处的电流互感器,主变压器低压侧电流分为两路,一路引自高压厂用变压器高压侧电流互感器,另一路引自发电机机端处的电流互感器.故主变压器差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域,可以反应在这个区域内的相间短路,主变压器高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障.
(二)主变压器中性点接地过电流保护
主变压器变低压侧接地保护结合发电机定子接地保护,可以用来区分发电机内部还是外部接地.发电机机端附近接地时,发电机定子接地保护和主变压器低压侧接地保护均动作,发电机定子接地保护动作将发电机解列后,如果主变压器低压侧接地保护仍然发信,则说明故障发生在发电机外.
(三)主变压器瓦斯保护
瓦斯保护主要由气体继电器构成.气体继电器安装于油箱与储油柜之间的连接管道上.不论那一种型式的起头继电器都有两对出点,一对反应轻瓦斯或油面降低的故障,另一对反应重瓦斯的故障.变压器内部发生严重漏油或距数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时,差动保护及其他反应电量的保护均不能动作,而瓦斯保护却能动作,因此瓦斯保护是变压器内部故障的重要保护装置.
三、发电机—变压器继电保护
(一)发电机—变压器组纵差保护
在发电机—变电器保护中,为了简化保护,通常并不按发电机和变压器各自单独配置第二套差动保护,而是采用发变组公用一套纵联差动保护方案,实现快速保护的双重化.保护原理同变压器纵差保护原理相同.
(二)断路器断口闪络保护
保护原理是利用负序电流I2和断路器的辅助触点QFU、QFV、QFW构成.当出现负序电流后,如果断路器有一相或两相是断开的,则说明是非全相运行,则动作于跳闸,断路器拒动时,启动断路器失灵保护；如果断路器三相是断开的,则说明是断口闪络,此时应首先动作本发电机灭磁,以降低断口电压,无效时,再启动失灵保护.保护原理图如图2所示：
发电机失磁保护:[发电机变压器继电保护应用]02
(三)过励磁保护
变压器运行中,因电压升高或频率降低,使变压器的工作磁密超过额定磁密的情况,称为变压器的过励磁.根据变压器的电压表达式,可以写出变压器的工作
由公式看出,工作磁密B与电压、频率之比U/f成正比,即电压升高或频率下降都会使工作磁密增加.当U/f增加时,工作磁密B增加,使变压器励磁电流增加,特别是在铁心饱和之后,励磁电流要急剧增大,造成变压器过励磁.因此,现代大型变压器应装过励磁保护.
四、继电保护故障处理
火电厂发电机运行时,对保护装置的连接片应根据运行方式的要求投、退.投、退时要两人同时进行,仔细辨别清楚,才能操作.对于跳闸回路的连接片,在对应开关运行时的投入,要先用直流电压表测量连接片两端无直流电压才能投入.电气运行人员对电机保护装置中的数据应定期检查,检查时应两人进行,且不得修改和消除内部数据.当保护装置发出异常信息时,运行人员应立即调出内部数据进行检查,检查时也是两人同时进行,要求做好记录,不得自行消除内部存储的数据信息.对于重要故障,应立即向有关部门汇报.对于报警信息,允许进行复位,以便下次报警信息到来时能及时显示.
五、结语
电力系统继电保护在电网的安全稳定运行中发挥着重要作用,在火力发电厂中继电保护装置在安装验收时,要求对继电器进行全面检查试验,以保证继电器投入运行后的性能和质量满足要求.继电器在现场运行后应定期进行检查试验,这样才能保证继电保护装置的正确工作.
参考文献
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[2] 陶苏东,荀堂生,张盛智．电气设备及系统[M]．北京：中国电力出版社,2006．
[3] 陈晓俊．关于火电厂继电保护的分析[J]．黑龙江科技信息,2010 ,（4 ）．
（责任编辑：文森）
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发电机失磁保护引用文献:
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[2] 发电机论文写作资料范文 关于继电保护和变压器开题报告范文2万字
[3] 发电机论文范本 发电机励磁系统方面硕士学位毕业论文范文3000字
