小水电系统继电保护技术的探讨

摘 要：本文以DGT_ 2801系列数字式发电机变压器为例，详细介绍了小水电发电机保护装置需求特点，并确定需要配置的保护功能，结合本人工作经验对发电机变压器组保护双重化配置可靠性提出了一些意见和建议。

关键词：继电保护；发电机特点

中图分类号：TM：文献标识码：A：文章编号1673-9671-(2012)022-0101-01

1DGT2801系列发电机的特点

1）强大的通信功能。装置配有RS2485口，100M以太网通信口，可与监控系统或专用的管理系统通信，上传有关信息和报文。

2）高性能的硬件平台。保护CPU采用Inte l公司高性能的32位嵌入式处理器，A/D采用16位高精度高速A/D转换器，大规模可编程逻辑控制器FPGA ，大容量快速出口继电器等，高性能的硬件保证了保护装置的高品质。

3）独创的双CPU并行处理技术。正常情况下，在保证出口回路悬浮不带电的安全机制下，同一组信息和数据由两个相同但相互独立的保护CPU系统同时进行同样的处理和判断。若有一个保护CPU系统出现故障，相关的自检电路发故障告警信号，同时该保护CPU退出出口组合。

4）完善的自检及互检功能。每个保护CPU 有设计周密的自检电路，配以强大的软件自检程序，装置可以检查出保护CPU系统的几乎所有回路故障，且定位精确。除此外，两个独立的保护CPU 之间，以及管理CPU 与保护CPU 之间还有互检功能。一旦自检或互检出异常，除发告警信号外，双CPU“与门”出口方式自动退出异常CPU后，变为单CPU 出口方式。

5）信号出口指示直观明确，保护压板和出口压板。装置设置48路带自保持的信号灯及其信号继电器，24 路出口灯及其出口继电器。装置面板上每种需出口的保护设有投退压板，上方有其状态指示灯，投退非常方便，且指示灯直观反映其“断”、“合”状态。保护柜下部每个出口回路装设投退压板。

6）友好的人机界面，装置全透明化。就地采用10.4 寸大屏幕真彩液晶显示，全中文提示，显示内容丰富。操作采用先进的触摸屏方式，一些重要的控制操作必须口令进入。既人性化，又安全可靠。

7）强抗干扰能力。整面板、背插式、全封闭机箱及强弱电彻底分离等措施，提高了装置的抗干扰能力，同时加强软件技术上的抗干扰措施，装置的整体抗干扰能力达到国家最高IV级标准，电磁辐射满足相关环保要求。

8）保护配置灵活可靠。本装置独创了保护高度模块化+ 图形组态选择配置的方法，解决了用1套软件版本实现不同功能的保护配置问题，这样既灵活地满足不同类型设备的需求，又绝对安全可靠。

2发电机的基本保护

1）发电机失磁保护。发电机失磁是常见的故障形式。特别是大型机组励磁系统的环节多，增加了发生低励或失磁的机会。发电机低励或失磁后，将过渡到异步运行，转子出现转差，定子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，无功功率反向（原为过励磁运行时）增大；在转子回路中出现差频电流，电力系统的电压下降及某些电源支路过电流。所有这些电气量的变化，都伴有一定程度的摆动，在一定条件下，将破坏电力系统的稳定运行，威胁发电机本身的安全。

从故障特性分析，构成失磁保护的主判据：系统侧主判据为高压母线三相同时低电压，以防止机组失磁时引发无功储备不足的系统电压崩溃；发电机侧主判据为异步边界阻抗（静稳极限阻抗）。辅助判据：负序电压（电流）元件，当机组发生失磁时，不存在负序电压（电流），只有发生不对称故障时，负序电压（电流）元件动作，闭锁失磁保护; 无功功率方向，当机组失磁时，无功反向，朝向机组，目前作为无功调节手段要求机组能无功进相运行，因此该判据已不适用。转子低电压元件（包括定励磁低电压判据和变励磁电压判据），该元件是比较好的判据，除自保护装设点到发电机励磁绕组这一区域开路引起的失磁外，该元件都能够正确动作。

2）发电机差动保护和变压器差动的保护。采用基于保护原理ANN 的比率制动原理，设置有差动速断段实现严重故障的快速出口。TA断线发电机差动选择闭锁差动方式，变压器差动选择发信号。发电机差动出口方式采用循环闭锁方式。对于变压器差动，防止励磁涌流采用二次谐波制动和新型波形对称原理，并可选择制动“或”方式。对于Y/变压器，各侧TA均可采用Y接线，相位和TA 变比调整平衡系数等由软件完成。

3）定子接地保护。可保护90%左右定子范围的3U0 定子接地保护，反应发电机机端侧零序电压，保护具有较高的三次谐波滤过比。三次谐波定子接地保护，反应发电机中性点侧三次谐波电压的矢量关系，保护具有较高的灵敏度，具有较高的基波分量滤过比。

4）转子接地保护。转子一点接地保护采用迭加电源切换采样原理，注入电压为直流50 V ，注入到转子负极与大轴之间，并由一个电子开关切换“开”、“闭”状态，获取转子负极对大轴的两个泄漏电流，实时计算出转子接地电阻，并在屏幕上显示。

5）变压器间隙零序保护。主变零序保护在采用数字式微机保护后得到完善，增加了间隙零序保护，实现了互相独立的主变零序保护，根据继电保护反事故措施要求取消了原互相联跳回路。间隙零序保护采用主变中性点接地刀闸辅助接点进行投退，当主变中性点接地刀闸断开时投入，即变压器不接地运行时投入。

6）发电机定子匝间短路保护。条件允许的情况下优先采用横差保护，一般采用纵向零序电压继电器（三次谐波电压滤过比大于80）+负序方向继电器+PT 断线闭锁。保护宜延时50 ms～100 ms动作于全停。纵向零序电压型匝间保护的主判据是纵向零序电压的基波分量，纵向零序电压取自专用电压互感器的三角开口电压回路，电压互感器一次侧的中性点与发电机中性点直接连接（通过高压电缆）而不能直接接地。当发电机内部或外部发生单相接地故障时，即使发电机的中性点电位升高，三相对中性点的电压仍然完全对称，开口三角输出电压仍等于0。只有当发电机内部发生匝间短路或者发生对中性点不对称的各种相间短路时，电压互感器三相对中性点的电压不再平衡，开口三角才有电压输出。对于单元接线的发变组，主变的接线多为Y/型，即发电机侧为小电流系统。用对称分量法分析，在变压器高压侧发生各种故障时，均不会出现纵向零序电压。实际上当主变高压侧发生单相接地故障时，发电机只有两相中流过故障电流。但是发电机三相参数不可能完全对称，在短路时的暂态过程中，电枢反应及漏磁通的影响，使得三相电压对中性点的不对称增大，产生较大的纵向零序电压。为提高零序电压型匝间保护的动作可靠性，应有负序功率方向闭锁元件，且适当提高零序电压动作值。

参考文献

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