水轮发电机主保护配置方案设计论文

1引出两个中性点情况下的主保护方案

1.1分支组合方式的选择

根据柘溪发电站的4个并联分支的基本情况，本文主要考虑的是12-34、13-24以及14-23这三种分支的组合形式。

1.2横差保护分析

在仿真实验的过程中，我们对各种分支情况下的零序横差、裂相横差以及这两种横差保护相互联合作用时候的保护效果进行了统计整理，在实验的过程中，将零序横差的保护选择为0.04IN，并将其作为动作门槛，裂相横差的保护采用比率的制动特性，，差动的门槛选择为0.2IN，斜率为0.3。根据我们对零序横差以及裂相横差的保护可动作的故障数统计结果分析，我们可以看出柘溪的横差保护具有如下特点：

a.两种横差保护对同相异分支的故障动作的反映灵敏度均不高，个别的分支的动作数目可以达到18种，这主要是由于同相异分支短路的匝差太小，大部分不超过1匝所造成的。

b.同相异分支的短路故障的保护效果显示相隔的分支组合要强于其他的组合情况，而这主要是因为同相异分支的短路现象只能够发生在相邻的分支之间，比如第二分支只能够与第一或者是第三分支发生同相异分支形式的短路故障，所以采用分支相隔的组合方式具有比相邻分支组合更强的保护效果。

c.无论是零序的横差还是裂相的横差对于异相的短路故障均具有较高的反映灵敏度，这也是因为同相同分支之间的短路匝差比较小的缘故。所以柘溪水力发电站在今后的发展过程中需要不断的加强对同相同分支以及同相异分支的短路故障的保护力度。

d.同时，仿真的结果表明，零序横差以及裂相横差保护的故障动作效果之间具有较强的互补性，所以为了提高保护的效果，可以考虑将二者同时装设在同一个系统中。

1.3纵差保护分析

我们对发电机组中的各种不同分支的组合方式条件下的纵差保护的动作效果进行了效果的统计与分析，差动的门槛以及斜率的数值均与以上仿真工作中的条件相同。仿真的结果表明，纵差保护具有如下特点：a.完全的纵差保护不能够实现对于同相同分支以及同相异分支的短路故障的保护作用，但是可以实现对于2832中异相短路故障的完全保护动作；b.不完全的纵差保护对于各种的短路故障形式均具有较高的反映灵敏度，但是对同相同分支或者是同相异分支的故障的动作不够灵敏；c.对相间故障具有较高的灵敏度的保护是单套的不完全的纵差保护，但是能够实现对于异相短路故障100%动作率的只有双不完全纵差保护。

1.4联合保护方案分析

上述的各种保护方案在单独作用的情况下均有着一定的局限性，不能够收到令人满意的效果，所以需要研究横差保护与纵差保护协同作用的保护方案。通过对组合方案条件下可动作故障数的统计分析，我们得出了结论包括：

a.如果选用的是3种中性点侧的分支组合方式，那么最好选择12-34式的分支组合，以便达到最高的故障动作效率；

b.如果裂相横差与零序横差均不对这种匝间的短路进行反映，则不完全的纵差保护方案也不能够起到很好的保护作用或者是具有较高的动作率；

c.这种联合保护的方案对于异相的短路故障具有较高的动作率，几乎可以实现全部类型故障的动作，但是提高零序横差或者是裂相横差的保护门槛的时候，组合的保护方案并不能够显著的提高动作的效率，所以在现场值不确定的条件下为了提高保护的动作率，可以增加一套纵差保护，进而为异相故障提供双重化的保护效果。

2结束语

在各种规模的水力发电站中，发电机都是关键的设施。但是因为发电机分支结构以及定子绕组结构的方式各不相同，所以实际的主保护方案的设计需要根据实际情况进行选择。本文仅仅例举了柘溪水电站的引出两个中性点情况下的保护方案的设计思路，希望能够对相关的工程设计以及学术研究有所帮助。

作者：冯业海 单位：南宁广发重工集团发电设备公司设计部