发变组系统保护分析

摘要 本文就发变组保护在电力系统中的设计与应用，由于发变组保护在电力系统中的重要地位，通过图形曲线方式及公式，浅显而透明的进行原理的简要介绍。本文着重介绍了发变组保护发电机差动保护和变压器差动保护原理，依据目前绝大多数电厂采用的三套发变组保护的配置方案，阐述方案的各种保护及特点；最后根据实际工作情况和多年对电厂发变组的运行状况，对常见的故障做简单的分析和介绍。

关键词 发变组；差动保护接地保护；零序电流；瓦斯保护；电压互感器

中图分类号TM715 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）84-0052-02

发电机组是电力系统中最主要的设备，大容量机组在系统中的地位举足轻重，如何保障发电机在电力系统中的安全稳定运行，就显得至关重要。

由于大容量机组一般采用直接冷却技术，体积和质量并不随容量成比例增大，从而使得大型发电机各参数与中小型发电机已经大不相同，因此故障和不正常运行时的特性也与中小型机组有了较大差异，给保护带来复杂性。

1 发变组保护原理

1.1 发电机差动保护

1.1.1 比率制动式差动保护

差动电流、制动电流计算公式：

差动电流：Iop=|IT+IN| 制动电流：Ires = | （IT-IN ）/2|

式中IT、IN分别为发电机机端和中性点二次电流，Iop为差动电流，Ires为制动电流；

当发电机正常运行或外部故障时，可以计算得出差动电流

Iop=0（不考虑不平衡电流）；而制动电流Ires=Id，此时保护不动作；

当发电机内部发生故障时，Iop=Id，而Ires=0，此时保护可靠动作；

动作方程：Iop>=Iop.0 （Ires

Iop>=Iop.0+S（Ires-Ires.0） （Ires>Ires.0时）

式中：Iop.0为最小动作电流；Ires.0为最小制动电流；

S为比率制动斜率。

比率制动式差动保护的动作特性

1.1.2 变斜率比率制动式差动保护

纵差保护的动作特性

纵差保护的动作方程：

Id>Kb1 XIr + Icdqd （Ir

Kbl=Kb/l + Kblr X （Ir/Ie）

Id>Kbl2 X（Ir-nIe）+b+Icdqd （Ir>=nIe）

Kblr=（kbl2-Kbl1）/（2X n）

B=（Kbl1+Kblr X n） X nIe

差动电流、制动电流的计算公式：差动电流：Id=|IT+IN| 制动电流：Ir=|IT+IN|

其中：

Id为差动电流；

Ir为制动电流；

Icdqd为差动电流起动定值；

Ie为额定电流；

IT和IN分别为发电机机端和中性点CT二次电流；

Kbl为比率差动制动系数；

Kblr为比率差动制动系数增量；

Kbl1为起始比率差动斜率；

Kbl2为最大比率差动斜率；

n为最大斜率时的制动电流倍数，固定取6。

1.2 变压器差动保护（发变组差动）

变压器差动保护的动作特性同发电机差动相同，但由于变压器差动存在多侧差动，所以其差动电流和制动电流的计算公式也有所不同，如下式：

Ir = （|I1|+|I2|+|I3|+|I4|+|I5|）/2

式中：

Id为差动电流；Ir为制动电流；I1、I2、I3、I4、I5分别为变压器各侧电流二次值。

2 发变组保护配置方案

330MW-220kV发变组按三块屏配置，A、B屏配置两套发变组单元全部电量保护，分别取自不同的TA。由于主变、厂变等非电量保护回路较多，外部干扰多，因此，非电量保护单独组成C屏。C屏配置非电量保护装置、失灵启动、非全相保护以及220kV断路器操作箱。配置方案示意如下图：

发电机主保护和变压器主保护说明情况如下：

1）发电机比率制动差动保护

发电机比率制动差动保护是以非穿越性电流作为动作指标、以穿越性电流作为制动指标，来区分被保护元件的正常运行状态、发生故障的状态和非正常运行状态。正常运行状态，穿越性电流又被称为负荷电流，非穿越性电流从理论上讲是零的。内部相间短路运行状态，造成非穿越性电流剧增。当外部故障时，穿越性电流剧增。

2）发电机100%定子接地保护

保护作为发电机定子绕组单相接地故障保护，保护动作出口，延时0.5s动作于发信号或全停；基波零序电压保护发电机85%～95%的定子绕组单相接地；三次谐波电压比率判断依据只保护发电机中性点25%左右的定子接地；取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点TV。

3）发电机过负荷保护

发电机长时间超过额定负荷运行时作用于继电信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。保护由定时限和反时限两部分组成，延时动作于程序化跳闸和没有启动的情况。

4）发电机失磁保护

作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障的保护，并具备PT断线闭锁功能，PT断线发信号。一种情况是满足定子阻抗静稳和转子低电压判据，但系统母线电压未低于允许值，经t0动作于减出力，当机端电压低于允许值时，t1动作于切换厂用电；其次满足定子阻抗静稳和低电压判据，母线电压低于允许值，当机端电压低于允许值时，经延时t2动作于解列；再者满足定子阻抗静稳判据，转子低电压判据，静长延时t3动作于解列。

5）低励、失磁保护

为防止大型发电机低励（励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流）或失去励磁（励磁电流为零）后，从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响，100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。

6）发电机低频保护

作为发电机在低于额定频率下带负荷运行的防护，当发电机频率降低到47.5Hz时，发生延时，整定的延时为66s或11s，动作于信号继电器，低频保护受发电机主保护开关辅助低频继电器的控制，只有发电机并网后，低频继电保护才能切入到运行状态。

7）主变差动保护

变压器差动保护是变压器的主保护，一般较大型变压器都装有差动保护。差动保护主要保护变压器内部线圈匝间短路，它的动作原理是利用变压器高低压两侧的两组差动保护专用电流互干器完成。差动保护的保护范围就是两组互感器之间电流差或电压差达到整定值的部分。

8）主变瓦斯保护

主变重瓦斯保护，瞬时动作于全停，不启动失灵。重瓦斯保护能切换至信号；主变压器轻瓦斯保护，动作于信号，它是主变内部故障的主保护，其中轻瓦斯反应油面下降或空气进入，重瓦斯反应内部故障。但是，主变差动保护与主变瓦斯保护不能同时退出运行。

3 常见的故障

3.1 装置电源故障

目前的继电保护装置多为微机式单片机保护，或小型芯片整合的电磁式继电保护，为其提供电源的稳定，是我们必须预防的重点，经常性的检测电源供电的质量，保证继电保护出口的正确动作，当发现不合格或已经发生故障的板子，尽快更换，保证保护设备的正确动作，不发生误动。

3.2 外部回路故障

微机保护是通过采集电网的就地采集单元信号，进行分析运算，达到故障诊断的，目前多数的就地采集单元是同过连接电网一次设备的电流互感器和电压互感器并通过数字式电度表获取的频次信号，进入微机保护系统，进行电网故障分析的，经常性的检测电度表和互感器的灵敏性是我们日常工作中，必须检测并检查的重点。

1）电流互感器常见问题：电流互感器的误差必然造成获取电流的点位降低或突然升高，不利于微机信号采集的准确性。发生这方面的问题，一是绕组问题，二是极性反向，三是设备老化，四是二次回路发生短路或断开，造成瞬间释放磁感应电流剧增，发生一系列的误动作；

2）电压互感器常见问题：检查二次回路是否发生断线和接地，经常性的进行绕组、极性、老化的故障诊断，保证电压互感器的正常稳定运行；

3）其他二次回路问题：二次回路绝缘降低：施工结束后几年后，由于电缆下沉与盘柜摩擦、电缆屏蔽层接地不合格等原因，部分电缆的绝缘层出现破损现象，这些问题可能直接导致保护装置不正确动作；

4）二次回路接线错误：施工及检修过程中，由于工作人员失误，造成二次回路接线错位，接线松动等，如不能及时发现，可能造成设备损坏和保护不正确动作的问题。如曾多次发生的交流电源串入直流回路中，导致机组停运等严重后果。

参考文献

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用.中国电力出版社，1996.

[2]国家电力调度通信中心.大型发电机变压器继电保护征订计算导则[DL/T 684-1999].

[3]国电南自 RCS-985型继电保护装置说明书.