電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)原理及繼電保護(hù)方式分析

欒斌

（華電青島發(fā)電有限公司，山東 青島 266000）

1 引言

國家整體的用電需求量與日俱增的同時(shí)，電力行業(yè)也獲得了良好的發(fā)展空間。新時(shí)期，社會(huì)大眾對(duì)供電穩(wěn)定性與安全性等提出了更高的要求。為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，滿足市場(chǎng)所需，電廠在積極引進(jìn)先進(jìn)的發(fā)電機(jī)變壓器的基礎(chǔ)上，逐步給予了發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)工作充分關(guān)注。繼電保護(hù)裝置是發(fā)電機(jī)變壓器的重要保護(hù)部件，其性能與質(zhì)量直接影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。為提高發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)成效，各電廠需結(jié)合電廠發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，選擇出科學(xué)完善的繼電保護(hù)方式。

2 電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)原理與保護(hù)內(nèi)容

2.1 電廠繼電保護(hù)原理

電廠在運(yùn)營(yíng)過程中往往會(huì)出現(xiàn)多樣化的短路現(xiàn)象，如相間短路、匝間短路、兩點(diǎn)接地短路等不同形式。究其原因，多是發(fā)電機(jī)變壓器的定子出現(xiàn)了單相接地問題。短路問題發(fā)生后得不到及時(shí)有效的解決，會(huì)直接降低電廠供電安全性與穩(wěn)定性，影響到電廠正常運(yùn)營(yíng)，且?guī)в行阅芄收系淖儔浩?，其整體的運(yùn)行安全隱患徒增，提高發(fā)電機(jī)變壓器折舊率，縮短了發(fā)電機(jī)變壓器使用壽命。

在繼電保護(hù)設(shè)置中，工作人員可以在定子接地繼電保護(hù)的核心位置合理布置高阻設(shè)置，以此借助變壓器，對(duì)暫時(shí)狀態(tài)下的過壓現(xiàn)象進(jìn)行合理限制，并提高保護(hù)系統(tǒng)與機(jī)制的科學(xué)合理性。在電廠發(fā)電機(jī)變壓器實(shí)際運(yùn)行過程中，若變壓器定子單向接地存在問題，可以及時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)與機(jī)制，防止變壓器受到進(jìn)一步損害，有效規(guī)避電力事故的出現(xiàn)。

2.2 繼電保護(hù)的基本內(nèi)容

首先，合理開展轉(zhuǎn)子接地保護(hù)與定子接地保護(hù)工作。在日常維管工作中，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)與定子接地保護(hù)是變壓器繼電保護(hù)中較為常見的保護(hù)形式。定子接地保護(hù)配置工作開展過程中，多數(shù)發(fā)電機(jī)的定子繞組保護(hù)依托基波零序電壓實(shí)現(xiàn)。對(duì)于中性點(diǎn)附近的定子繞組來說，往往需要憑借三次諧波電壓方可達(dá)到良好的保護(hù)成效。為確保發(fā)電機(jī)的運(yùn)行與保護(hù)配置的基本需求相符合，工作者需做好獨(dú)立出口分析與研判工作。若電廠勵(lì)磁回路中存在接地故障，且相關(guān)故障未在發(fā)電機(jī)中有所表現(xiàn)，兩點(diǎn)接地導(dǎo)致發(fā)電機(jī)存在問題。此時(shí)，工作者需借助轉(zhuǎn)子保護(hù)配置，有效研判故障位置，并合理計(jì)算故障位置的接地電阻，為后續(xù)工作者提供充分的維保依據(jù)。

其次，變壓器繼電保護(hù)。電廠中的變壓器多分為廠用變壓器與主變兩種類型。從主變壓器繼電保護(hù)配置來看，往往會(huì)涉及溫度升高、重瓦斯、低壓過流等問題。有些電廠還會(huì)設(shè)置差動(dòng)速斷保護(hù)與間隙零序過流，以此提高變壓器的運(yùn)轉(zhuǎn)安全性。在主變壓器與廠變壓器的繼電保護(hù)管理工作中，多數(shù)電廠會(huì)借助工控機(jī)作為單元的主管理機(jī)，以此達(dá)到優(yōu)化外部接地線路的目的，為后續(xù)維管工作順利進(jìn)行提供良好條件。

最后，結(jié)合工作所需，將部分配置拆除。有些電廠會(huì)結(jié)合切實(shí)所需，將常用變電器繼電保護(hù)配置中高壓開關(guān)柜的保護(hù)配置拆除掉，有效節(jié)約了后續(xù)維管時(shí)間。抑或者，部分電廠在主變壓器保護(hù)屏附近，安裝上原有的保護(hù)片，實(shí)現(xiàn)單元管理機(jī)間地高效連接，有效節(jié)約發(fā)電成本，并為變壓器的多元化需求提供便捷條件，提高發(fā)電效率與質(zhì)量。

變壓器保護(hù)配置內(nèi)容具有繁雜性與專業(yè)性，工作人員需結(jié)合變壓器的規(guī)格等具體參數(shù)變化，制定出富有針對(duì)性的保護(hù)配置方案，從整體上提高發(fā)電廠變壓器保護(hù)配置質(zhì)量與效率。

3 繼電保護(hù)的重要性與保護(hù)方式

動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，繼而產(chǎn)生電能。在電廠建設(shè)前，建設(shè)者往往會(huì)將水流狀況、地形地貌等作為重要的考慮因素。對(duì)于水電廠而言，常見的發(fā)電設(shè)備為發(fā)電機(jī)與變壓器。通過有效連接兩個(gè)設(shè)備，推動(dòng)發(fā)電工作順利進(jìn)行。從發(fā)電機(jī)容量來看，容量范圍則多在20～100 MW。為實(shí)現(xiàn)多臺(tái)發(fā)電機(jī)的連接，在繼電保護(hù)工作中，工作者往往會(huì)采用擴(kuò)大單元線的方法，抑或者運(yùn)用并聯(lián)處理方法，有效解決斷路器與母線間的問題，提高繼電保護(hù)成效。

為推動(dòng)繼電保護(hù)工作順利進(jìn)行，工作人員需合理認(rèn)知繼電保護(hù)的重要性，并選擇出適宜的保護(hù)方式。

3.1 發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)的重要性

發(fā)電機(jī)變壓器機(jī)電保護(hù)工作是將電廠發(fā)電機(jī)變壓器等電力設(shè)備等作為重要的保護(hù)對(duì)象，防止發(fā)電機(jī)變壓器存在線路故障，以此推動(dòng)變壓器正常運(yùn)行，并提高運(yùn)行質(zhì)量。相關(guān)電力設(shè)備的正常運(yùn)行，可以確保電廠電力系統(tǒng)生產(chǎn)質(zhì)量與效率，并源源不斷輸出電力，提高電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性與安全性。電廠發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)配置具有安全性、可靠性、選擇性、快速性等諸多特點(diǎn)。繼電保護(hù)裝置可以結(jié)合電廠發(fā)電機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)以及發(fā)電機(jī)故障類型等，在最短時(shí)間內(nèi)高效切斷與處理故障機(jī)組，有效保證其他線路或機(jī)組的正常運(yùn)行。

電廠發(fā)電機(jī)機(jī)電保護(hù)裝置在及時(shí)切斷故障發(fā)電機(jī)后，可以對(duì)故障問題進(jìn)行有效分析與處理，待問題解決后，修復(fù)后的故障發(fā)電機(jī)可繼續(xù)投身到電廠生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)工作中。因此，電廠發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)工作不僅保證了各項(xiàng)電力設(shè)備的性能正常，使得各項(xiàng)電力設(shè)備能夠有效支撐發(fā)電工作，而且便于保護(hù)周圍線路與電力設(shè)備的安全性，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的正常電力輸出，增加電廠經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 發(fā)電廠變壓器常見故障類型

在電廠運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)變壓器故障體現(xiàn)為轉(zhuǎn)子繞組故障與定組繞組故障。轉(zhuǎn)子繞組故障又可分為轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地、一點(diǎn)接地與繞組匝間短路等問題。固定電容超額時(shí)變壓器的三相超負(fù)荷狀況尤為突出。一旦出現(xiàn)不對(duì)稱短路現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過電流的概率大幅度增加。

通過分析發(fā)電廠繼電保護(hù)工作，我們發(fā)現(xiàn)：電廠常用的保護(hù)方式具有多樣性，主要有接地保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)與短路保護(hù)3 種形式。后備保護(hù)裝置主保護(hù)裝置與異常運(yùn)行保護(hù)裝置均在變壓器內(nèi)，且跳閘線圈出口與直流電源以相互獨(dú)立形式存在，可各自發(fā)揮出應(yīng)有的效能。在變壓器出現(xiàn)性能故障時(shí)，跳閘線圈與直流電源可以及時(shí)啟動(dòng)保護(hù)操作，從整體上提高變壓器運(yùn)行安全性與可靠性。

3.3 電廠發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)方式

3.3.1 橫差保護(hù)

在電廠發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)設(shè)置工作中，橫差保護(hù)方式能否發(fā)揮出最大效能，依托于兩個(gè)支路間的電流差情況。在兩個(gè)支路間電流差的作用下，從整體上提高對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組匝的有效保護(hù)。在運(yùn)用橫差保護(hù)方式時(shí)，工作者可以在各相間安裝兩個(gè)電流互感器與一個(gè)繼電器設(shè)備，確保保護(hù)系統(tǒng)的獨(dú)立性，并高效保護(hù)運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)，提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。

3.3.2 縱差保護(hù)

此種保護(hù)方式多用于發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路保護(hù)工作中。依托此種保護(hù)配置，可以在無延時(shí)的情況下，對(duì)保護(hù)范圍內(nèi)的短路問題執(zhí)行切斷處理，以此達(dá)到保護(hù)發(fā)電機(jī)的目的。從應(yīng)用實(shí)踐來看，此種保護(hù)方式多應(yīng)用到1 MW 及以上容量的發(fā)電機(jī)保護(hù)工作中，其整體的適用性較強(qiáng)，且保護(hù)效果顯著。

3.3.3 逆功率保護(hù)

逆功率保護(hù)方式多應(yīng)用到動(dòng)作斷路器的跳閘保護(hù)工作中。在設(shè)計(jì)與應(yīng)用環(huán)節(jié)，相關(guān)設(shè)備需高效采集三相電壓與二相電流信號(hào)，以此為保護(hù)功能的順利發(fā)揮提供充分的數(shù)據(jù)支持。例如，對(duì)于并網(wǎng)運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)而言，在實(shí)際保護(hù)工作中，若發(fā)電機(jī)的主氣門處于關(guān)閉狀態(tài)，可將發(fā)電機(jī)作為同步電機(jī)進(jìn)行使用。通過對(duì)有功功率的吸收，以此推動(dòng)汽輪機(jī)高效轉(zhuǎn)動(dòng)，并及時(shí)向系統(tǒng)發(fā)送無功功率信號(hào)。并網(wǎng)運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)，往往會(huì)因主汽門處于關(guān)閉狀態(tài)，致使發(fā)電機(jī)機(jī)尾葉片與殘留蒸汽間在相互摩擦作用下出現(xiàn)鼓風(fēng)損耗，且長(zhǎng)期置身于過熱環(huán)境下，發(fā)電機(jī)會(huì)出現(xiàn)不同程度的損傷。依托逆功率保護(hù)方式，則可以針對(duì)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的損傷情況展開針對(duì)性的防護(hù)。

3.3.4 單相接地保護(hù)

單相接地保護(hù)主要?jiǎng)澐譃槎ㄗ咏拥乇Ｗo(hù)與轉(zhuǎn)子接地保護(hù)兩種類型。在定子繞組接地保護(hù)方式下，在設(shè)計(jì)與應(yīng)用環(huán)節(jié)，工作者可以憑借零序電路積極開展定子接地保護(hù)工作。抑或者，憑借零序電壓、三次諧波電壓等不同形式實(shí)現(xiàn)定子接地保護(hù)目的。在設(shè)計(jì)與應(yīng)用轉(zhuǎn)子接地保護(hù)方式時(shí)，工作者可以憑借乒乓室開關(guān)切換原理，并在兩個(gè)不同接地回路方程基礎(chǔ)上開展求解計(jì)算，有效確定轉(zhuǎn)子接地電阻的阻值以及接力位置，從整體上提高轉(zhuǎn)子接地保護(hù)成效。

3.4 電廠變壓器繼電保護(hù)方式

工作者在選擇電廠變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)與方式時(shí)，需要將變壓器與主變壓器的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀充分考慮進(jìn)去。在設(shè)計(jì)與應(yīng)用繼電保護(hù)方式時(shí)，常見的保護(hù)方式被細(xì)化為差動(dòng)保護(hù)、重瓦斯保護(hù)、零序保護(hù)等不同方式。在繼電保護(hù)方式設(shè)計(jì)應(yīng)用期間，工作者需將差動(dòng)保護(hù)與零序保護(hù)靈活地安裝到相關(guān)保護(hù)裝置中，以此提高主變壓器維管成效，確保主變壓器高效運(yùn)行。

在對(duì)主變壓器與廠用變壓器開展繼電保護(hù)工作時(shí)，工作者需將工控機(jī)作為單元，發(fā)揮出日常維管工作的最大效能。在維管條件允許的情況下，工作者可以有效完善變壓器外部接線流程。抑或者，在設(shè)計(jì)與應(yīng)用變壓器繼電保護(hù)配置時(shí)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)設(shè)置的高效管控，工作者可以將原有的保護(hù)屏安裝到主變壓器的保護(hù)屏周邊。通過與單元管理的各個(gè)方面展開協(xié)調(diào)與配合，確保相關(guān)操作滿足變壓器的實(shí)際運(yùn)行與保護(hù)需求。此外，工作者應(yīng)有效把控變壓器繼電保護(hù)成本，最大程度上增加發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益。

4 電廠發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著我國電力資源需求量的與日俱增，發(fā)電廠也獲得了良好的發(fā)展空間。與此同時(shí)，發(fā)電廠面臨著較大的發(fā)電壓力。為增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，確保發(fā)電過程的安全性與穩(wěn)定性，發(fā)電廠逐步給予了發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)工作充分關(guān)注。從未來發(fā)展趨勢(shì)來看，繼電保護(hù)的微機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)信息化、智能化水平將會(huì)大幅度提升，這不僅有效順應(yīng)了信息化時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，也將大幅度提升繼電保護(hù)成效。以下內(nèi)容對(duì)具體發(fā)展趨勢(shì)展開了相應(yīng)分析。

4.1 微機(jī)化

計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，為微機(jī)系統(tǒng)硬件性能優(yōu)化與提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。從外形來看，繼電設(shè)備各個(gè)配件的體積與重量均有所減少，芯片的功能則日趨增多。尤其，CPU 在變壓器繼電保護(hù)裝置中的作用將會(huì)逐步凸顯，并成為繼電保護(hù)配置的核心構(gòu)件。在使用空間日趨優(yōu)化的大背景下，借助信息處理技術(shù)，便于高效開展信息處理工作，大幅度提高繼電保護(hù)成效，維護(hù)發(fā)電廠正常的生產(chǎn)秩序。在配置繼電保護(hù)裝置時(shí)，工作者需加大后期維管力度，確保電廠設(shè)備性能良好與使用安全性。

4.2 網(wǎng)絡(luò)信息化

信息化時(shí)代背景下，各行各業(yè)逐步加大了信息化建設(shè)力度。將信息化技術(shù)與各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)、管理活動(dòng)等相融合，大幅度提高了生產(chǎn)管理成效。通過將現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與機(jī)電保護(hù)工作相融合，從整體上提高了用電安全性與穩(wěn)定性。此外，依托網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，可以大幅度提高電廠運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)而為各個(gè)行業(yè)提供充分的電力資源，推動(dòng)各個(gè)行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。依托網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，可以及時(shí)篩查出變壓器故障位置，并分析出故障引發(fā)原因。此外，在數(shù)據(jù)采集過程中，憑借網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)可以大幅度提高信息采集精準(zhǔn)性，并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化監(jiān)管與掌握變壓器工作情況。結(jié)合所收集到的數(shù)據(jù)信息，組建完善的數(shù)據(jù)管理體系，從整體上提高電廠資源的配置效率。

4.3 智能化

智能化時(shí)代背景下，電廠發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)智能化與自動(dòng)化水平將會(huì)得到不同程度的提升。憑借非線性映射工作原理，快速精準(zhǔn)找出繼電保護(hù)配置故障位置，并制定出完善的整改方案。此外，借助專家系統(tǒng)，建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，在出現(xiàn)故障時(shí)，可以及時(shí)開展檢測(cè)工作?？傊?，智能化水平的提升，將會(huì)再次提升發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)工作質(zhì)量與效率。

4.4 多功能一體化

隨著發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)配置微機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)信息化、智能化水平的大幅度提升，可以為繼電保護(hù)多功能一體化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過將多功能于一體的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)高效地應(yīng)用到電廠發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)工作中，大幅度提高了繼電保護(hù)質(zhì)量與效率。在實(shí)際使用過程中，該系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)與研判電廠發(fā)電機(jī)與變壓器的實(shí)際運(yùn)行情況，并結(jié)合運(yùn)行技術(shù)以及相關(guān)故障信息等展開維管處理，及時(shí)將故障消除，確保發(fā)電機(jī)變壓器正常運(yùn)行。

5 結(jié)語

總之，新時(shí)期，發(fā)電廠面臨著較大的轉(zhuǎn)型發(fā)展壓力。為增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，有效管控電廠運(yùn)行成本，推動(dòng)發(fā)電工作持續(xù)性開展，發(fā)電廠逐步給予了發(fā)電機(jī)變壓器維管工作充分關(guān)注。在工作實(shí)踐中，繼電保護(hù)方式具有多樣性。為滿足新時(shí)期的繼電保護(hù)工作所需，工作人員需不斷提高自身的綜合素養(yǎng)，有效掌握電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)原理，并結(jié)合發(fā)電廠現(xiàn)實(shí)運(yùn)行情況等，選擇出適宜的繼電保護(hù)方式。通過加大機(jī)電保護(hù)力度，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)變壓器運(yùn)行中存在的性能故障，找出故障位置，結(jié)合故障原因，制定出富有針對(duì)性的繼電保護(hù)方案。以上內(nèi)容分別對(duì)發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)方式與變壓器繼電保護(hù)方式展開了分析，希望相關(guān)工作者可以從中得到一定的啟發(fā)或者幫助。