关于火电厂继电保护的研究和分析

【摘要】近年来我国用电量与日俱增，这就要求电力企业必须能够持续稳定地进行供电，以保证居民日常生产生活和经济社会发展的用电需求。火力发电是我国目前主要的电力供应方式之一，因此研究如何通过继电保护来提高其供电稳定性是十分必要的。本文笔者就火电厂发电机、变压器和发电机一变压器的继电保护进行了深入探讨，以期为提高火电厂继电保护水平提供更多的参考资料。

【中图分类号】TM76 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0324-01

继电保护对于维护电力系统的正常运行具有十分重要的意义，一方面当电力系统中的电气设备发生短路故障时，继电保护能够迅速且自动地将故障元件从电力系统中切除，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；另一方面继电保护在切除故障的同时，也能够确保社会生活和经济的正常运转，从一定程度上保证了社会的稳定和人们生命财产的安全，因此本文将就火电厂的继电保护展开深入探讨。

1、火电厂发电机的继电保护

火电厂发电机继电保护的原则是：当发电机发生故障时，应该将损失降至最低；在非正常状况时，应该在充分利用发电机自身能力的前提下确保机组的安全。发电机继电保护方式主要有以下几种：

（1）发动机差动保护。根据接线方式和位置的差别，发动机差动保护又可以分为不完全纵联差动和完全纵联差动两种。比例制动式完全差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。作为相间短路主保护的纵差保护应用历史最为悠久，出现数字技术后人们首先进行的也是数字式纵差保护研究。继一种基于瞬时采样值的羞动保护方案被提出后，用相关函数法计算发电机端和中性点侧电流相量来实现差动保护的方案被提出，并且采用比例差动或以差流平方作动作量的标积制动判据，对具有单侧供电电源的元件取得了较好的选择性和灵敏度。

（2）发电机定子接地保护。发电机单相接地故障电流因中性点接地方式的不同而不同，保护方式也不同，按照继电保护配置规程的规定，大型发电机组单相接地故障电流达到1A时，定子一点接地保护应动作跳闸，同时要求实现100%定子接地保护，而且要求在保护区内任一点接地保护应有足够高的灵敏度。发电机定子接地的保护方式有如下几种：基波零序电压定子接地保护、100%定子接地保护、零序电流定子接地保护。

（3）发电机失磁保护。根据发生失磁故障后机端各电量的变化规律和对系统及失磁发电机安全运行的要求，可以选择合适的原理及动作处理方式来构成失磁保护。目前失磁保护的构成原理多种多样，以下以大型火力发电厂发电机常用失磁保护为例进行说明：用阻抗继电器构成的失磁保护原理。对于汽轮发电机，阻抗继电器可采用各种阻抗圆作为动作边界，来实现不同的动作判据。如可用表示静稳边界的临界失步圆作为阻抗继电器的动作边界，或者采用异步运行阻抗圆作为阻抗继电器的动作边界等；反映E和I随时间变化率的失磁保护原理。在失磁后的等有功过程中，发电机电势随时间不断减小，而定子电流在短暂下降后持续上升。这个规律是发电机失磁等有功过程中所特有的，可以用来构成失磁保护。

2、火电厂变压器的继电保护

2.1 火电厂变压器的差动保护

火力发电机组组均需装设单独的丰变压器差动保护。主变压器差动保护通常为三侧电流差动，即主变压器高压侧电流引自高压断路器处的电流互感器，主变压器低压侧电流分为两路，一路引自高压厂用变压器高压侧电流互感器，另一路引自发电机机端处的电流互感器。故主变压器差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，可以反应在这个区域内的相间短路，主变压器高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。

2.2 火电厂变压器中性点间隙过流保护

间隙过流保护在实际应用中主要有以下几种形式：（1）间隙过流保护与主变压器零序过流保护共用一组电流互感器。主变压器零序过流继电器与间隙过流继电器的电流线圈串接在中性点接地的电流互感器上，2个电流继电器的动作值不同，且2种接地电流的性质不同；（2）将间隙过流保护与主变压器零序过流保护的电流互感器相互独立，即交流回路分开，分别接在各自的正确位置处；（3）变压器出厂时装设了主变压器中性点CT，为了降低费用，零序过流采用主变压器自带中性点CT，间隙过流采用单独CT的综合接线。

2.3 火电厂主变压器的瓦斯保护

瓦斯保护就是利用反应气体状态的瓦斯继电器来保护变压器油箱内的一切故障。气体继电器安装于油箱与储油柜之间的连接管道上。不论那一种型式的起头继电器都有两对出点，一对反应轻瓦斯或油面降低的故障，另一对反应重瓦斯的故障。变压器内部发生严重漏油或距数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，差动保护及其他反应电量的保护均不能动作，而瓦斯保护却能动作，因此瓦斯保护是变压器内部故障的重要保护装置。

3、火电厂发电机一变压器的继电保护

3.1 断路器断口闪络保护

接在火电厂大型发电机变压器组，在进行同步并列的过程中，作用于断口上的电压，随待并发电机与系统等效发电机电势之间相角差6的变化而变换，当6为180°时其值最大，为两者电势之和。当两者电势相等时，则有两倍的相电压作用于断口上，有时要造成断口闪络事故。断口闪络不仅会给断路器带来损坏，还会破坏整个系统的稳定运行。为了尽快排除断口闪络故障，可以安装断口闪络保护，其动作的条件是断路器三相断开位置时有负序电流出现。断口闪络保护首先动作于失磁，失效时动作于断路失灵保护。

3.2 发电机变压器组纵差保护

在发电机变电器保护中，为了简化保护，通常并不按发电机和变压器各自单独配置第二套差动保护，而是采用发变组公用一套纵联差动保护方案，实现快速保护的双重化。发电机变压器组纵差保护的原理同变压器纵差保护原理相同。

3.3 发电机变压器的过励磁保护

发电机变压器的过励磁，可以在机组启动或停机过程中发生，也可能在机组负载突然卸去时发生。例如，发电机在额定负载运行条件下的励磁电流，要比发电机空载电压下所需要的励磁电流大得多。一旦负载突然卸去，满满的励磁电流便足以在空载发电机上引起一个相当高的电压值。在过励磁情况下，发电机和变压器的铁心就会因饱和而出现异常的磁通分布，并在某些铁心中引起涡流，造成局部过热甚至形成电弧使铁心烧伤。当铁心局部截面受损后，即使在正常的磁通密度下，也会使铁心进一步劣化，而铁心的修复则需要付出相当大的代价，因此需要安装过励磁保护。

4、小结

当电力系统发生故障或者是异常工况时，继电保护能够在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或主动发出报警信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。继电保护在确保火电厂的安全稳定运行中发挥着举足轻重的作用，继电保护工作人员必须以高度的责任心来确保继电保护系统的稳定运行。与此同时，火电厂要特别重视对继电保护工作人员的培训和继续教育，确保继电保护工作人员的专业知识和技能紧跟继电保护技术的发展。