水電站發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)研究

鄭冰濤 蘇艷華

摘 要：水電站發(fā)電機(jī)變壓器的穩(wěn)定對(duì)于水電站的順利發(fā)電和穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義，水電站發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)直接影響著水電站的穩(wěn)定運(yùn)行，在水電站運(yùn)行過(guò)程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生一些故障，導(dǎo)致線路短路、元件燒損，影響到水電站的正常運(yùn)行。為了降低故障發(fā)生的概率，就要根據(jù)水電站的實(shí)際情況，科學(xué)的、合理的設(shè)置水電站發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置，從而保證水電站發(fā)電機(jī)穩(wěn)定的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：水電站;發(fā)電機(jī);變壓器;繼電保護(hù)

一、 水電站發(fā)電機(jī)變壓器的常見(jiàn)故障分析

水電站在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)不可避免產(chǎn)生故障，造成水電站發(fā)電機(jī)變壓器線路短路甚至元件燒損，影響水電站的穩(wěn)定運(yùn)行。變壓器發(fā)生故障的位置不同，故障原因也不同，油箱外的故障一般發(fā)生在變壓器繞組引出短線和絕緣套管上的故障，包括低壓接地故障、大電流接地故障、相間短路故障，油箱內(nèi)的故障主要有同向部分繞組匝間短路、大電流系統(tǒng)不同點(diǎn)出現(xiàn)接地短路、各側(cè)相間短路，此外，還有系統(tǒng)故障負(fù)荷故障，以及由于頻率降低或系統(tǒng)電壓增高產(chǎn)生的激磁現(xiàn)象，變壓器中心點(diǎn)定位上升，油箱內(nèi)部油位上升，會(huì)導(dǎo)致變壓器溫度升高，出現(xiàn)全面停運(yùn)現(xiàn)象。

二、 水電站發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置

（一）水電站變壓器繼電保護(hù)裝置

變壓器一旦短路，就會(huì)產(chǎn)生大量的短路電流，導(dǎo)致變壓器溫度升高，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致變壓器繞組和鐵心直接被燒毀，造成變壓器停運(yùn)。變壓器故障發(fā)生在油箱內(nèi)部時(shí)，與電弧緊密相隨的短路電流還會(huì)引發(fā)火災(zāi)，短路電流還會(huì)形成電動(dòng)力，導(dǎo)致變壓器形變甚至被損毀，變壓器處于異常運(yùn)行狀態(tài)下也會(huì)威脅到變壓器的安全，需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并及時(shí)處理。要保證變壓器的運(yùn)行安全，就要盡量控制變壓器發(fā)生故障的頻率，將變壓器故障損害降到最低。一旦變壓器發(fā)生短路，就要立即將變壓器切斷，在發(fā)生故障后快速報(bào)警并及時(shí)處理。大型變壓器一般采用縱差保護(hù)方式，保護(hù)系統(tǒng)包括短線信號(hào)、差動(dòng)速斷軟件，在具體的縱差保護(hù)裝置中，要有效保證內(nèi)部故障系統(tǒng)的靈敏度，就要依靠比率來(lái)進(jìn)行制訂差動(dòng)軟件。變壓器外部故障時(shí)，流出的電流和流入的電流一般相同，縱差保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)被觸發(fā)，變壓器出現(xiàn)內(nèi)部故障或異常運(yùn)行時(shí)，只存在流入變壓器的電流，在不考慮負(fù)荷電流的情況下，一般會(huì)觸發(fā)縱差保護(hù)系統(tǒng)，切除變壓器，有效保證變壓器的安全。

（二）短路故障的主保護(hù)

水電站變壓器定子繞組或輸出端發(fā)生相間短路或接地短路，會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生很大的短路電流，損傷變壓器內(nèi)部零件，除縱差保護(hù)法外，還可以利用橫差保護(hù)法進(jìn)行主保護(hù)。

（三）短路故障的后備保護(hù)

1. 低壓過(guò)流保護(hù)

低壓過(guò)流保護(hù)是一種主要針對(duì)發(fā)電機(jī)的保護(hù)方法，同時(shí)也對(duì)周邊其他設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。

2. 次同步過(guò)流保護(hù)

次同步過(guò)流保護(hù)主要針對(duì)發(fā)電機(jī)在進(jìn)行變頻啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的短路情況，這種短路情況通常由定子繞組所導(dǎo)致。

3. 定子繞組保護(hù)

定子繞組保護(hù)主要針對(duì)定子繞組過(guò)負(fù)荷的情況，特別是發(fā)電器長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致過(guò)熱的情況。通過(guò)定子繞組負(fù)荷保護(hù)裝置可以有效地防范發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生的短路故障。

4. 負(fù)序電流保護(hù)

負(fù)序電流保護(hù)主要用于防止轉(zhuǎn)子受到損壞，通常，轉(zhuǎn)子損壞主要由三項(xiàng)負(fù)荷不平衡造成，電力系統(tǒng)短路也可能造成轉(zhuǎn)子的損壞。

（四）接地故障保護(hù)

水電站變壓器定子繞組容量比普通發(fā)電機(jī)要大很多，變壓器一旦發(fā)生接地故障就會(huì)發(fā)生很大的瞬間電流，影響到變壓器的安全隱形，如果發(fā)生間低故障，還會(huì)出現(xiàn)弧光過(guò)電壓，導(dǎo)致變壓器絕緣位置損壞，產(chǎn)生更大的短路故障。一般變壓器接地故障的保護(hù)方式包括定子繞組接地保護(hù)和轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，我國(guó)水電站變壓器機(jī)電保護(hù)起步比較晚，許多技術(shù)還不完善，在電子繞組接地保護(hù)中存在一定的盲區(qū)，變壓器正常運(yùn)行的情況下還需要配備完善的預(yù)警系統(tǒng)，發(fā)生接地故障要及時(shí)切斷電源，保護(hù)電子系統(tǒng)元件。

（五）增加發(fā)電機(jī)出口斷路失靈的保護(hù)

傳統(tǒng)的水電站主線連線方式都是在發(fā)電機(jī)和變壓器中間加入出口斷路器，這種裝置可以最大程度上實(shí)現(xiàn)保護(hù)工作。工作原則具體來(lái)說(shuō)就是當(dāng)變壓器運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過(guò)斷開(kāi)發(fā)電機(jī)出口斷路將發(fā)電機(jī)和變壓器分離開(kāi)來(lái)。為防止長(zhǎng)電纜直流接地后電容電流導(dǎo)致保護(hù)裝置誤開(kāi)入，引起誤啟動(dòng)失靈保護(hù)動(dòng)作，其他屏保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)經(jīng)大功率重動(dòng)繼電器后輸入開(kāi)入回路采用雙開(kāi)入，2個(gè)開(kāi)入量同時(shí)置“1”，才認(rèn)為該失靈開(kāi)入有效，外部設(shè)計(jì)回路如圖1所示。

所以在實(shí)際的運(yùn)行工作中，一定要將發(fā)電機(jī)出口斷路失靈的保護(hù)工作重視起來(lái)，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

三、 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，變壓器的繼電保護(hù)工作是水電站正常運(yùn)行的基礎(chǔ)工作，發(fā)揮著不可忽視的重要作用，相關(guān)工作人員必須對(duì)此引起高度的重視，及時(shí)對(duì)存在缺陷的機(jī)電保護(hù)裝置進(jìn)行改造，以確保繼電保護(hù)裝置的重要應(yīng)用價(jià)值能夠得以充分發(fā)揮，從而更好地推動(dòng)水電站的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王冰冰.并網(wǎng)光伏電站LVRT特性對(duì)升壓變壓器繼電保護(hù)的影響[J].電工電氣，2019.

[2]楊乾純.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)保護(hù)配置及整定分析[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2019.

作者簡(jiǎn)介：

鄭冰濤，國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司鳳灘水力發(fā)電廠;

蘇艷華，國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司水電分公司。