摘要：本文对目前发电机—变压器组中的保护构成原则进行简要介绍，从保护的基本原理以及保护逻辑等几个方面进行分析。并结合现场实际工作情况，重点对几个保护进行展开讨论。
关键词：差动保护；失磁保护；匝间保护
1 引言
发变组保护对发电机组的正常运行起到至关重要的作用。由于现在微电子和计算机技术的日新月异，继电保护技术得到了很快的发展。本文对发电机差动和变压器差动的异同点及其他几个在现场有代表性的保护进行展开讨论，以期对设计选型和现场维护提供帮助，来实现发变组保护装置在现场的安全稳定运行。
2 发电机差动与变压器差动的异同点
发变组的主保护指发电机和变压器差动保护。差动保护的理论基础就是电路中的基尔霍夫定律。简单来说。发电机和变压器的故障和保护范围如下：对发电机来说，就是定子绕组的相间短路、一相的匝间短路、单相接地、励磁绕组的接地、失磁等。发电机差动主要保护发电机的定子绕组的相间短路。变压器的故障主要是：各侧绕组的匝间短路、中性点接地侧绕组的单相短路、内部引线和套管故障、各侧绕组相间短路等。变压器则可以反映各侧绕组的匝间短路、中性点接地侧绕组的单相短路、内部引线和套管故障、各侧绕组相间短路。
发电机差动与变压器差动如下的区别：
2.1变压器各侧额定电压和额定电流各不相同，因此CT的型号一定不同、各侧的接线方式也不相同，所以电流相位也可能不一致，致使在外部短路的时候不平衡电流增大，所以其最大制动系数较发电机大，灵敏度也较低。
2.2变压器绕组常有调压分接头，有的还要求是带负荷调节，这种情况下，常常使已调整平衡的二次电流又被破坏，使不平衡电流增大，也使得变压器的最小动作电流和制动系数相应加大。
2.3对于定子绕组的匝间，发电机差动完全没有作用，但是变压器由于各侧绕组是通过变压器铁心磁路耦合，改变了各侧电流的大小和相位，使差动对匝间以及大电流系统侧绕组接地也起作用。
2.4大变压器由于运行时候，铁心以及绕组是浸泡在绝缘油中，而对于变压器内部的绕组铁心、匝间、单相接地等情况都没有再单独配置保护，实际上存在一些问题。如：当铁心过热、油面降低、或者是少数线匝发生短路，这时候反映到电流并不是很大，而变压器差动在这些情况是无法灵敏的动作的，所以变压器特别配置了瓦斯保护。
2.5变压器还存在励磁涌流的问题。它主要是空载合闸的 时候由铁心饱和所引起的。其特点:空载合闸励磁涌流峰值很大（可与短路电流相比拟），但是含有大量的高次谐波，其中又以二次谐波为主，其中包含了很多的非周期分量，往往使涌流偏向时间轴一侧，同时波形中亦存在间断角。
2.6在变压器保护的理论分析和实际调试中还存在一个不同，我们主变一般是Y，d变压器，若△侧线电流为I1，则Y侧电流为√3I1，这，始终有一个√3的关系。
3、与励磁涌流无关的变压器差动保护
3.1分侧差动
主要是应用于由三台单相变压器组成的巨型变压器组，它们每一个绕组均有两个引出端。所以可以装设分侧差动。在这里理解分侧差动就完全可以当发电机一样来理解了，此时变压器的空载合闸的励磁涌流就和外部短路一样都属于穿越性电流，保护将不受影响。
3.2零序差动保护
零序差动所用的互感器不仅变比相同，而且三组互感器的铁心全部同型同级，所以在外部发生三相短路的时候，理论上零序不平衡电流为0，而励磁涌流在三相相同的互感器上形成的零序不平衡电流也很小，因此它就不受励磁涌流的影响。但是零序差动在现场实际运行时还是存在一些缺陷，正常运行时无法对差流回路进行监视、无法及时发现保护出现的问题、保护容易误动等。
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电力系统的运行经验表明，励磁涌流对变压器的纵差有很大的影响。其根本的原因是纵差的保护范围内包含了由铁心磁路偶合的在电路上不相连的若干绕组，破坏了纵差保护的理论基础，所以未来变压器主保护的发展方向就是采用与励磁涌流无关的主保护。
4、发电机纵向零序电压匝间保护和100％定子接地的异同点
由于发电机差动无法反映绕组匝间短路，所以我们必须单独配置匝间保护。与100％定子接地相比两个保护都采取的零序电压作为主要判据，但是由于保护范围和作用的不一样，所以其保护内部设计有很多相同的地方。
4.1匝间保护反映是发电机定子绕组同相同分支或者是同相不同分支之间匝间短路（发电机一相绕组通常有两个分支），定子接地反映的是定子绕组的单相接地故障。
4.2两个保护都是取的机端TV，但是两个TV一次侧中性点接地不一样，匝间保护用TV的中性点与发电机中性点直接连接而且不接地，而定子接地用的TV一次侧中性点直接接地。当发电机内部发生单相接地故障的时候，由于专用TV的中性点和发电机的中性点连接在一起而且不接地，所以该接地故障不破坏三相机端电压的平衡，所以不会有纵向3U0输出，所以匝间保护不可能动作。
5、失磁保护
发电机失磁的电气特征：(1)、发电机正常运行，向系统送出无功功率，失磁后将从系统中吸取大量的无功功率，使机端电压下降。当系统此时无功不足，则有可能破坏系统的稳定。(2)、发电机电流增大，失磁前送出的有功愈多，失磁后电流愈大。(3)、发电机有功方向不变，将继续向系统送有功。(4)、发电机机端测量阻抗，失磁前在阻抗平面的第一象限，失磁后测量阻抗的轨迹将沿着等有功阻抗圆进入第四象限，随着失磁的发展，机端测量阻抗的端点落在静稳极限阻抗圆内，转入异步运行。正因为有上述的电气特征对电网来说，发电机失磁后出现的现象为：（1）、发电机失磁后，发电机不但不能向系统送出无功，而且会从系统中吸收无功，将造成系统的电压下降。（2）、为了供给失磁发电机的无功，可能造成系统中其他发电机过流。对发电机本身会出现的异常状况为：（1）、发电机失磁后，转子和定子磁场间出现了速度差，则在转子回路中感应出差频电流，引起转子局部过热。（因为发电机失磁后，并不是一个完全意义上的同步发电机，至少是在吸收无功方面与异步发电机有类似的地方，所以会出现速度差）（2）、发电机受到交变的异步电磁力矩的冲击而发生振动，转差率愈大，震动愈厉害。尽管有这些影响，但是失磁在有些条件满足的情况下，仍然可以运行一段时间，它需要的条件是：系统有足够的无功储量来供给失磁运行的发电机，而不导致系统电压严重下降；必须降低发电机的有功输出，使之能在很小的转差率下。在允许的一段时间内异步运行，也就是在较少的有功下失磁运行，使之不导致危害发电机转子的发热与振动。所以我们配置保护的原则就是根据失磁后发电机的电气特征。有如下判据：阻抗判据（机端电压降低、电流升高）、转子低电压、机端低电压、系统低电压、功率判据。但是实质上，现在的发电机基本上没有可能在完全失磁的情况下运行，因为励磁开关断开后（完全失磁）的情况，发电机会迅速的停机。所以如果我们要研究发电机在失磁后的运行特点，我们实质讨论的应该是在发电机部分失磁的情况下，需要进行如下的操作来保证机组的运行：(1)、当部分失磁的时候，首先是知道减负荷，一般是降到额定的40％—50％。(2)、还需要考虑到此时厂用电的情况，如果机端电压低到对厂用电有为危害的程度，一般还需要进行切换厂用电。
结语
为了进一步提高发电机—变压器组保护装置的运行稳定性，保证差动保护的可靠性。笔者提出以下建议：（1）在差动保护的TA选型中尽可能使用TPY级的暂态型CT；（2）失磁保护的判据应尽可能简单，出现发电机失磁时直接将机组解列，以避免对系统的影响；（3）对变压器差动应加快新型保护的推广和应用，来提高变压器差动保护的可靠性。
参考文献
［1］王维俭.电气主设备继电保护原理与应用.北京：中国电力出版社，1996.
［2］朱声华.变压器绕组短路接地故障的保护.电力自动化设备,2002.第8期：1～3.
［3］许建安.提高变压器差动保护单相接地短路灵敏度的探讨.继电器,2002.第6期：54～55.
作者简介
林立，男，长期从事电力系统继电保护的技术招标、设备管理等工作，先后参与了3家大型发电企业共8台机组的建设工作，在火电厂电气二次基建和设备管理领域有丰富的经验。
论文作者:林立
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/10
标签：发电机论文; 绕组论文; 变压器论文; 差动论文; 电流论文; 定子论文; 单相论文; 《电力设备》2019年第3期论文;