大型发变组差动保护的研究

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摘要：大型发电机组是现代电力系统最重要的组成部分之一，它造价昂贵，结构复杂，一旦故障，检修期长，给国民经济造成的直接和间接经济损失巨大。由于大型发变组不可避免地存在一些故障及不正常运行方式的可能，迅速地切除或隔离故障点，是继电保护的主要任务。本文主要介绍了现代大型发电机差动保护的原理及问题分析。

关键词：发电组；保护

中图分类号：U264.5+3文献标识码：A

1 大型发变组保护研究现状

电力系统的安全稳定运行和不断发展给国民经济和社会发展带来了巨大动力和效益。目前大型发变组保护主要配置以下保护:发电机差动保护、变压器差动保护、发电机定子匝间保护、发电机复合电压过流保护、发电机定子接地保护、发电机对称过负荷保护、发电机负序过负荷保护、发电机失磁保护、发电机失步保护、发电机过电压保护、发电机过激磁保护、发电机逆功率保护、发电机频率异常保护、突加电压保护及瓦斯保护等一些非电量保护。

随着电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展，人工智能技术等相继在继电保护领域得到应用，继电保护的发展经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段后，现在发展到了微机保护阶段。目前，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置，我国继电保护目前处于微机时代，发展趋势向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、量和数据通信一体化发展。随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展。

2 大型发变组存在的问题及差动保护研究

2.1 大型发变组存在的问题

对于大型发电机组，可能发生的故障有:定子绕组相间短路；定子绕组匝间短路；定子绕组一相绝缘破坏引起的单相接地；励磁回路(转子绕组)接地；励磁回路低励(励磁电流低于静稳极限对应的励磁电流)、失磁等。大型发电机组主要的异常工况有：过负荷；定子绕组过电流；定子绕组过电压；三相电流不对称；过励磁；逆功率；失步、非全相、断路器出口闪络、误上电；转子表层过负荷、励磁绕组过负荷；励磁电流异常下降或消失、定子铁芯过励磁；的发电机逆功率、频率异常等。

变压器常见的故障有:油箱内的故障:绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。油箱外的故障:主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。变压器的不正常运行状态主要有:由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式的过励磁故障。

由于大型发变组存在以上一些故障及不正常运行方式，一旦发生故障时，不能迅速切除或隔离故障点，将对机组产生极大的危害，造成巨额的经济损失。因此大型机组继电保护的原理和应用研究对于当前电力工业的迅速发展来说相当重要，针对上述故障，为保证大型发电机组的安全运行，经过电力工作者长期的努力，目前大型发变组保护主要配置以下保护:发电机差动保护、变压器差动保护、发电机定子匝间保护、发电机复合电压过流保护、发电机定子接地保护、发电机对称过负荷保护、发电机负序过负荷保护、发电机失磁保护、发电机失步保护、发电机过电压保护、发电机(变压器)过激磁保护、发电机逆功率保护、发电机频率异常保护、突加电压保护及瓦斯保护等一些非电量保护。本文主要介绍发变组的差动保护。

2.2 发变组的差动保护研究

2.2.1 发变组差动保护原理及问题分析

发电机定子绕组相间短路是最严重的故障，会产生很大的短路电流，故障点的电弧会使绕组绝缘烧坏，甚至可能引起火灾。因此，要求装设差动保护作为发电机定子绕组相间故障的主保护，瞬时动作于停机。

变压器差动保护是变压器内部故障的主保护，主要反应变压器油箱内部、套管和引出线的相间和接地故障，以及绕组的匝间短路故障。由于变压器具有两个及以上的电压等级，各侧所用CT额定参数各不相同，差动保护将产生不平衡电流；变压器分接头的调节也将增大差动保护不平衡电流；变压器励磁电流将成为差动保护不平衡电流的一种来源，过励磁时励磁电流可达额定电流水平，势必起差动误动；空载合闸或区外故障切除电压恢复时变压器将产生很大的励磁涌流，差动保护也将误动；还有各侧电流的幅值、相位补偿，零序电流的补偿问题。另一方面，匝间短路时虽然短路环中电流很大，但流入差动保护的电流可能很小，且此时变压器仍带有负荷，影响保护灵敏度；当高压侧(中性点直接接地)经阻抗接地故障时，故障电流也很小。一方面由于各种因素产生很大的不平衡电流，一方面又要求能反应内部轻微故障，可见变压器差动比发电机差动要复杂的多。

2.2.2 微机差动保护的实现

目前最常用的为比率制动差动保护，原理基本相同，但制动电流的选取各不相同。有选取各侧电流最大值作为制动量的(T60、DGT801A、RET521、SR745、PST1200)，有取各侧电流平均值作为制动量的(RCS985、RCS978)；也有取各侧电流和作为制动量的(7UT612)，注意不同的制动量对保护灵敏度的影响。稳态比率特性确保区内故障有较高的灵敏度，而区外故障时可靠不动。

励磁涌流的产生、识别及闭锁方式：

变压器在正常运行情况下，铁芯未饱和，相对导磁率很大，绕组的励磁电感也很大，因而励磁电流很小，一般不超过额定电流的3-6%。当变压器或外部故障切除后的电压恢复时，铁芯可能饱和，励磁电感降低，相应出现数值很大的励磁涌流。

目前主要的涌流识别方法为二次谐波原理、波形识别原理、间断角原理，都是提取其电流信息量。以二次谐波原理最为成熟。

利用谐波识别励磁涌流:采用三相差动电流中二次谐波、三次谐波的含量来

识别励磁涌流，判别方程如下:

I2nd>K2xb*I1st

I3nd>K3xb*Ilst

利用波形畸变识别励磁涌流:故障时，差流基本上是工频正弦波，而励磁涌流却有大量的谐波分量存在，波形发生畸变，间断，不对称.利用算法识别出这种畸变，即可识别出励磁涌流。

变压器差动的涌流制动新原理研究:目前提出了一种波形对称法识别涌流，进一步研究并改进了该原理。同时还研究了波形相关法。这类波形识别的方法可望在微机保护中得到更好的应用。励磁涌流闭锁方式:有分相闭锁和三相“或门”闭锁两种方式。

分相闭锁方式:当某相判断有励磁涌流，即闭锁该相差动元件，另两相不被闭锁，这种方式容易误动，如长兴电厂和温州电厂高压备变投运时都发生过差动保护动作情况，故省调继保科推荐三相“或门”闭锁方式。

三相“或门”闭锁方式:当某相判断有励磁涌流，三相差动元件全被闭锁，这种方式能防止空载合闸时的误动，但当手合于故障变压器时将使造成差动保护将延缓动作。

有些国外进口保护采用三取二闭锁方式，即当有两相判为有涌流时闭锁三相出口。由于变比、连接组的不同，变压器在运行时，各侧电流大小及相位也不同，在构成前必须消除这些影响，微机保护利用数字方法对变比与相移进行补偿。

3发变组继电保护发展展望

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。

参考文献

[1]王维俭.大型机组继电保护理论墓础[M].中国电力出版社.

[2]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].中国电力出版社

[3]史世文.大机组继电保护[M].水利电力出版社.1987

[4]杨奇逊.微型机继电保护基础[M].水利电力出版社.1988