现代大型发电机组继电保护配置探讨

现代大型发电机组继电保护配置探讨

陈国峰

安徽理工大学电气工程学院淮沪电力田集发电厂，安徽淮南232000

摘要：针对大型发电厂单机容量1000MW机组的发电机变压器组的结构特点和国内外的运行经验，对其继电保护配置中一些概念模糊的技术问题进行了调查研究。详细讨论了一些主要的保护配置特点，如中性点引出方式不同的发电机主保护配置方案，匝间保护的配置原则，主变压器的分侧差动和零序差动的配置方案，和其他保护的配置特点。简单分析了保护用电流互感器的选型问题，并结合目前实际应用的条件对1000MW机组的配置方案提出了建议。

关键词：大型发电厂1000MW机组发电机变压器组继电保护配置

引言

随着电力系统规模的不断发展，电力系统正朝着“大机组、超高压、大电网”的方向发展。大机组是指容量更大的主力发电机组，也指因容量增大而结构发生变化、性能得以改进及参数变化的机组。目前，大型发电厂基建项目中，有相当一部分为单机容量1000MW机组，对于这种大级别机组的继电保护，不能盲目套用300MW,600MW机组的设计，而要根据发电机和变压器结构的特点，配置合适的保护对电流互感器的性能也要有所考虑。

1发变组继电保护的配置

现行的《继电保护和安全自动装置技术规程》(GB14285-93)仅对600MW及以下的发电机保护做了规定，对于更大的机组只能参照执行，对于二十五项反措中有关保护双重化的要求也未能充分反映，有必要根据具体情况对某些地方进行讨论。

1.1发电机主保护

发电机完全纵差保护对相间故障的灵敏度最高，但对定子绕组匝间短路和开焊故障却无能为力，而单元件横差保护、不完全差动保护、裂相差动保护则可以弥补其不足，对相间短路也能很好地反应。它们组合在一起，可以对发电机构成非常完善的主保护双重化方案。

据了解，国内在建和已运行的百万千瓦级汽轮发电机组，还有调研过的一些日本的大型电厂，其发电机中性点和出线侧均只能引出3个端子，国内3大电机厂与外方合作的产品均是如此，所以不可能安装横差保护、不完全差动保护和裂相差动保护，只能采用发电机完全纵差保护作为主保护。在这方面，应不断关注发电机中性点引出方式的新方案提高主保护方案的性能。

由于在保护双重化之后采用2套发电机差动保护和主变压器差动保护，发变组大差动保护在提高可靠性方面已没有什么作用，反而会增加误动的可能，所以建议不配置发变组大差动保护，在发电机出口有断路器时更不能再采用发变组大差动保护。

1.2发电机匝间短路保护

据调查，国内3大电机厂均承诺过其发电机不会发生匝间短路，不必装设此保护，理由是槽内上下线圈的绝缘是相对槽侧壁绝缘的2倍，因此发生匝间短路前应先发生定子接地故障。但在发电机端部结构复杂，既有相间绝缘又有匝间绝缘，如果端部固定不当或发生振动，可能会使绝缘逐渐磨损引起短路。目前，对百万千瓦级发电机内部结构未能有充分了解，而且发电机出口电压达到26kV或27kV，对绕组绝缘的要求更高，因此还是有必要装设匝间短路保护。

保护原理方面，如前所述，由于发电机结构方面的原因，不能装设单元件横差保护、不完全差动保护、裂相差动保护等对匝间短路有很好技术性能的保护，可使用纵向零序电压原理保护，但需关注区外故障及电压互感器(TV)断线暂态过程对保护的影响。

1.3主变压器主保护

一直以来，纵差保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，已成功地应用了多年。对于百万千瓦级机组的主变压器，由于运输等方面的原因，预计很多工程将会选用单相变压器，其每个绕组均有2个引出端，这就为装设单独的分侧纵差保护创造了必要条件。每套分侧纵差保护的保护对象只是纯电路的绕组，而不是像传统变压器纵差保护那样，这就从根本上避免了励磁涌流的影响。一台双绕组的变压器装设6套分侧纵差保护，比传统纵差保护增加了1倍，但对于相间短路和高压侧接地故障均有很好的保护效果，其缺点是对绕组匝间短路没有保护作用，需要和其他保护配合使用。由于发电厂中主变低压侧多为高阻接地系统，当低压绕组接地时，接地电流很小，分侧纵差很难对这种故障有所反映。对于高压侧为Yn绕组的主变压器，若采用传统的纵差保护作为主保护，当单相接地短路时，相间差动保护灵敏度可能会较低。随着单相变压器的应用，相间短路的几率大为降低，接地短路的几率相对增加有必要加强这方面的保护。

综上所述，不论是三相变压器还是单相变压器，均需配置纵差保护作为主保护，而对于单相变压器，相间短路几乎不可能，配置零差保护和分侧纵差保护均是为了反应单相接地故障，性质相同，而零差保护所需元件较少，可优先考虑。对于三相变压器，不可能配置分侧纵差保护，在纵差保护对高压绕组单相接地灵敏度不够时可配零差保护。

1.4发变组其他保护

1.4.1转子接地保护

进口的保护均采用注入式原理，且无转子两点接地保护，国产保护采用乒乓原理和注入式原理，并有转子两点接地保护作为选项。根据大机组的情况和转子接地保护的现状，可以只安装转子一点接地保护，为避免突然跳闸，可动作于信号，并马上转移负荷安排停机。由于目前的转子一点接地保护对接地电阻值的测量已有相当的精确度，直接取出比较危险，电缆也不好选择，建议安装在励磁系统屏柜内。目前，很多励磁系统生产厂家均可提供转子接地报警和保护装置，该功能也可由励磁系统完成。

1.4.2突加电压保护

发电机盘车时误合闸，导致机端突然加上三相电压，使发电机异步启动，将在转子中感应差频电流，产生的过电压和热效应将对转子造成损坏。曾经有电厂在开机过程中误捅同期回路端子而误合发电机断路器，使转子严重损坏，需要返厂修理。因此必须配置该保护。

1.4.3失步保护

对于大型发变组，电抗较大，系统等值阻抗却往往较小，一旦发生系统振荡，振荡中心常位于发电机附近，对机组和厂用电产生严重影响。因此，对于百万千瓦级机组要装设失步保护。大机组多采用自并励系统，失磁可能引发失步，需要在传统失步保护基础上加强对失步预测的要求。

1.5发电机出口断路器对保护的影响

发电机出口断路器(GCB)将发变组分为发电机和主变部分，使保护的跳闸矩阵发生改变。对于反映发电机内部故障的保护，如发电机差动保护、匝间短路保护等，可仅跳开GCB,避免了500kV断路器的频繁动作。在保护配置方面，需要增加主变低压侧接地保护，用于反映GCB断开，主变带厂用电运行时主变低压侧至高厂变高压侧封母的接地故障。另外还需设置GCB失灵和非全相保护，并为发电机和主变分别设置过激磁保护。

3结论

大机组的继电保护非常重要如何确保大型发电机和变压器的安全，是需努力研究的课题。在今后的工程设计中应对发电机、变压器、电流互感器的电磁特性和故障过程进行深入研究。只有对被保护对象的特性有了全面的了解，才能设计出最优化的保护配置方案。

参考文献

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M]北京:中国电力出版社.2002.

[2]张全斌.1000MW等级大容量汽轮发电机组的配置[J].浙江电力，2003(5):34一36.

[3]王维俭，桂林，毕大强.大型发电机一变压器组继电保护的探讨[J]中国电力，2001,34(1):39-43,88.