大型水輪發電機組繼電保護若干問題分析

汪洪魁+殷翠玲

摘 要：當前水電事業發展過程中，大型水輪發電機組機電保護在實際運行過程中存在諸多問題，嚴重影響機組運行的安全性和可靠性。對于大型水輪發電機組而言，合理且完備的機電保護裝置以及整定計算是保證繼電保護正確行駛職能的關鍵點。本文就大型水輪發電機組繼電保護相關問題進行分析，以保證大型水輪發電機組的安全穩定運行。

關鍵詞：大型水輪發電機組；繼電保護；若干問題

現代社會經濟不斷發展進步，社會生產生活對能源的需求也不斷加大，為更好的適應可持續發展戰略，我國正大力發展水電，大型水輪發電機組紛紛投入運行，為電力系統的安全穩定運行提供可靠的支持，以更好的滿足能源結構調整需求。

1 大型水輪發電機零序橫差保護的改進

通常情況下，大型水輪發電機的繞組結構為多分支結構，將零序電流互感器引入并聯粉質繞組中性點之間，能夠對定子繞組故障進行靈敏反應，促進零序橫差保護的順利實現。單元件橫差保護接線示意圖見圖1。通過分析研究可知，轉子偏心以及定子繞組空間結構分布對稱性不足等，都是導致水輪發電機組存在不平衡電流的主要原因。若發電機內部結構不對稱，使得主氣隙磁通分布的均勻程度較低，此種情況下往往會導致分布的不對稱程度明顯加大，最終導致定子繞組出現不平衡感應電動勢。

為促進不平衡電流問題的妥善解決，應當積極采取有效措施對改行水輪發電機零序橫差保護進行合理改進。零序橫差保護的實現，應當通過帶制動量的保護判據來實現主保護，從而保證繼電保護的安全性，最大程度上避免外部穿越性故障導致誤動情況發生。由于橫差不平衡基波電流與氣隙主磁通之間存在一定相關性，并且與電機內部因素之間存在密切的聯系，因此在改進過程中可以將氣隙感應電動勢作為制動量，從而對結構不對稱所導致的不平衡電流進行有效躲避，保證繼電保護的安全性和有效性。若動作判據以氣隙磁勢為制動量，其能夠在最大程度上彌補機端相電流為制動量的判斷的不足，保證整定的有效性，切實改善零序橫差保護的整體效率。

就保護輔助判據來看，以氣隙感應電動勢作為制動量的條件下，其比率制動判據具有一定合理性，能夠在一定程度上彌補機端相電流在實際應用中的不足，為橫差保護提供可靠的支持，提高主判據的有效性，使得大型水輪發電機組的繼電保護性能明顯提升。

2 大型水輪發電機勵磁回路故障快速保護研究

大型水輪發電機靜止勵磁系統主要由勵磁變壓器、整流橋以及勵磁繞組等組成，靜止勵磁系統是大型水輪發電機組運行的重要環節，為保證大型水輪發電機組的安全穩定運行，應當配備完善的繼電保護，從而切實降低勵磁系統故障事故的發生幾率，保證大型水輪發電機組的實際應用價值的有效發揮。

在發電機保護配置下，勵磁主回路的故障問題往往與其阻容器吸收裝置和熔斷器存在密切聯系，一旦二者保護動作時間過長，往往會導致勵磁設備被燒毀，從而給大型水輪發電機組造成極為嚴重的后果。當前對于勵磁裝置故障的保護上缺乏明確的規定，此種情況下導致勵磁裝置保護配置問題尚未得到有效解決，給大型水利發電機組的安全運行埋下嚴重的安全隱患，極易導致保護功能出現配置重疊而發生故障，若未能夠及時采取有效保護措施勢必會加大故障影響。因此在大型水輪發電機組實際運行過程中準確把握靜止勵磁系統的工作原理，并對常見故障問題進行科學化分析，明確有針對性的繼電保護及合適的整定值，對于大型水利發電機組的安全穩定運行都具有重要意義。

3 大型水輪發電機組繼電保護整定相關問題

大型水輪發電機組繼電保護單機容量較大且結構復雜的條件下，使得發電機故障保護配置的復雜程度明顯加大，并且繼電保護整定的技術難度較大。為保證大型水輪發電機組的安全穩定運行，提高繼電保護的科學性和有效性，應當充分做好發電機的保護配置分析和整定計算工作，為水電站的安全運行提供可靠的技術支持。對于工程建設及實際應用均具有重要的意義。

通過發電機失磁保護中轉子輔助判斷的取舍分析可知，大型水輪發電機組繼電保護的實現，大多是在異步邊界或靜穩邊界下對阻抗繼電器進行整定，以阻抗繼電器輔助以三相低電壓繼電器，通過各項設備之間的斜體配合，從而保證大型水輪發電機組的安全穩定運行。在非低勵和失磁條件下，一旦出現異常工況，極易導致大型水輪發電機組出現異動情況，嚴重影響繼電保護的安全穩定運行。為促進此類問題的有效解決，通常以轉子勵磁低電壓來實現輔助判斷，在實際應用中應當準確把握水電站大型水輪發電機組失磁保護中轉子輔助判斷的合理性和有效性。相關研究表明，在判斷依據上，轉子低電壓判斷依據與發電機靜態穩定邊界具有高度一致性，在準確把握發電機靜穩極限條件的基礎上，依照靜穩邊界整定定子側機端阻抗判斷依據的本質上具有相似性。而在轉子判斷工作特性上，其在本質上具有一致性，但二者的判斷依據為不同的電氣量，此種情況下導致二者在工作特性上存在一定差異。

就轉子判斷依據在非失磁故障條件在異常工作的行為進行分析可知，轉子判據與定子判據都能夠在一定程度上反映靜穩邊界，而轉子判據對于失磁故障的反應更為迅速。失磁保護在非失磁故障條件下，出現外部短路和系統振蕩時，判據存在失誤幾率，保護裝置對電壓回路斷線情況具有一定監視作用，誤動的情況較少。由此可知，以以判據作為輔助判據能夠有效防止長線充電工況下失磁保護發生誤動。整定定子接地保護過程中其基波零序電壓具有一定穩定性和特殊性，為保證實際整定的科學性，應當對機端單項金屬性接地時中性點火機端的零序二次值進行實測，并依據實際要求靈敏度進行整定，從而保證大型水輪發電機組繼電保護的順利實現。

就大型水輪發電機組保護配置及整定計算的工程實踐應用來看，基于哲態仿真軟件所建立的水電站發電機仿真模型具有一定特殊性，能夠對發電機內部不同類型的短路故障形式進行科學化分析，并對短路電流進行合理計算，通過對仿真計算結構的合理應用，促進定值校核的順利實現，促進大型水輪發電機組在繼電保護配置上的各項問題得到妥善解決。

結束語

當前社會可持續發展理念下，為更好的保證大型水輪發電機組的安全穩定運行，應當積極做好繼電保護的配置工作，準確把握潛在影響因素及相關問題，在準確把握工程實際并結合以往工作經驗，積極采取有效的技術手段提高橫差保護的靈敏度，確?？焖俜磻h短路故障得到妥善解決，進而對勵磁回路進行有效保護，全面提高大型水輪發電機組繼電保護的安全性和可靠性，推進水電事業的穩定發展。

參考文獻

[1]婁玲嬌.大型水輪發電機組繼電保護若干問題研究[D].武漢：華中科技大學，2014.

[2]于強.大型水輪發電機定子接地方式及其繼電保護的相關問題分析[J].中國科技投資，2013（A35）：211-211.