論200MW發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)配置方案

　　繼電保護(hù)裝置是一種自動(dòng)裝置，在電力系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。本文介紹了繼電保護(hù)的基本原理及發(fā)展趨勢，提出了了200MW發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)配置方案。

　　《大電機(jī)技術(shù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1971年，由哈爾濱大電機(jī)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(jī)組、火電汽輪發(fā)電機(jī)組、交直流電機(jī)、特種電機(jī)及其輔助設(shè)備等產(chǎn)品的科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、設(shè)計(jì)制造、試驗(yàn)計(jì)算、安裝調(diào)試、監(jiān)測監(jiān)控和故障分析等專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的內(nèi)容。發(fā)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(hù)是指研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況，以探討其對(duì)策的反事故自動(dòng)化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼電器來保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件(發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等)，使之免遭損害。基本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號(hào)由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對(duì)相鄰地區(qū)供電的影響。繼電保護(hù)裝置是一種自動(dòng)裝置，在電力系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，這是它的主要職責(zé)也是任務(wù)，它可以隨時(shí)掌握電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(hù)的基本原理及發(fā)展趨勢

　　1、基本原理

　　繼電保護(hù)裝置必須具有正確區(qū)分被保護(hù)元件是處于正常運(yùn)行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護(hù)區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護(hù)裝置要實(shí)現(xiàn)這一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎(chǔ)來構(gòu)成。

　　電力系統(tǒng)發(fā)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(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負(fù)荷電流增大至大大超過負(fù)荷電流。

　　(2) 電壓降低。當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時(shí)，系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點(diǎn)，電壓越低。

　　(3) 電流與電壓之間的相位角改變。正常運(yùn)行時(shí)電流與電壓間的相位角是負(fù)荷的功率因數(shù)角，一般約為20°，三相短路時(shí)，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(hù)反方向三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角則是180°+(60°～85°)。

　　(4) 測量阻抗發(fā)生變化。測量阻抗即測量點(diǎn)(保護(hù)安裝處)電壓與電流之比值。正常運(yùn)行時(shí)，測量阻抗為負(fù)荷阻抗;金屬性短路時(shí)，測量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。

　　不對(duì)稱短路時(shí)，出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序電流和負(fù)序電壓分量;單相接地時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運(yùn)行時(shí)是不出現(xiàn)的。

　　利用短路故障時(shí)電氣量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù)。

　　此外，除了上述反應(yīng)工頻電氣量的保護(hù)外，還有反應(yīng)非工頻電氣量及非電氣量的保護(hù)。

　　2、發(fā)展趨勢

　　繼電保護(hù)方式的發(fā)展經(jīng)歷了方向比較式、相位比較式、電流差動(dòng)式等階段, 所使用的繼電器從電磁式到模擬靜止式, 進(jìn)而發(fā)展到數(shù)字靜止式, 隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展、微型計(jì)算機(jī)和微處理器的出現(xiàn), 為繼電保護(hù)數(shù)字化開辟了廣闊前景, 出現(xiàn)了以微機(jī)和光傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制保護(hù)系統(tǒng)。微機(jī)保護(hù)具有下列特點(diǎn):

　　(1)保護(hù)功能由軟件實(shí)現(xiàn);

　　(2)采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù);

　　(3)具有數(shù)字儲(chǔ)存功能, 如過程記憶、錄波等;

　　(4)容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方通信, 接口簡單;

　　(5)具有自動(dòng)測試和監(jiān)視功能;

　　(6)軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化;

　　(7)公共數(shù)據(jù)可重復(fù)使用實(shí)現(xiàn)不同功能。

　　我國已成功研制了多套大機(jī)組微機(jī)保護(hù)裝置,并先后投入試運(yùn)行或正式運(yùn)行。不少 35 kV 和 110kV 變電所采用了多種微機(jī)監(jiān)控和保護(hù)裝置, 但在300MW 及以上大型發(fā)電機(jī)組上應(yīng)用微機(jī)保護(hù)裝置的例子還不多。由于微機(jī)保護(hù)具有靈活、高性能、運(yùn)行維護(hù)方便、可靠性好、硬件尺寸小、硬件負(fù)擔(dān)輕等優(yōu)點(diǎn), 可以預(yù)見未來繼電保護(hù)發(fā)展的方向?qū)⑹侵鞅Ｗo(hù)采用微型處理機(jī)或小型計(jì)算機(jī)分散地裝設(shè)在被保護(hù)元件處, 后備保護(hù)采用系統(tǒng)控制中心計(jì)算機(jī)構(gòu)成變電所中心計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)集中化控制。相信大機(jī)組的微機(jī)保護(hù)將有廣闊的發(fā)展前景, 并將以其優(yōu)越的性能在繼電保護(hù)領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。

　　二、200MW發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)配置方案

　　1、三相定子繞組的結(jié)構(gòu)對(duì)主保護(hù)配置的影響

　　三相定子繞組的結(jié)構(gòu)問題, 主要指的是發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的引出方式,因?yàn)樗c發(fā)變組內(nèi)部短路主保護(hù)方案密切相關(guān), 同時(shí)也與定子繞組每相并聯(lián)分支數(shù)有關(guān)。

　　目前國內(nèi) 200MW 及以上的汽輪發(fā)電機(jī)大多為每相兩并聯(lián)分支, 中性點(diǎn)僅引出三相的三個(gè)端子。作為發(fā)變組內(nèi)部短路主保護(hù), 普遍采用發(fā)電機(jī)傳統(tǒng)縱差保護(hù)和發(fā)變組縱差保護(hù), 這兩種保護(hù)方案對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組同相的匝間或?qū)娱g短路和開焊 (斷線)故障均無保護(hù)作用,因此必須予以改進(jìn)。