关于发电机主变压器保护存在的主要问题的分析

本文详细论述发电机主变压器保护存在的问题，主要有三个方面：保护设计不完善、继电器原理有缺陷、设备老化。结合工程实践，提出一种有效的试验方案，能够对变压器二次电流回路正确性进行全面的检验。

1发电机主变压器保护配置情况

1.1发电机主变压器主保护

瓦斯保护、差动保护，瓦斯保护，属于机械保护，用于保护变压器内部故障，又分轻瓦斯和重瓦斯之分，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于掉闸，动作原理是变压器内部短路过热产生气体，气体由于密度较轻聚集于变压器上部，上部空气增多则对变压器油产生向下的压力使油的液面下降，油杯浮力减小随着油面下降致使接触节点轻瓦斯动作，重瓦斯与之原理相同，只是重瓦斯油杯处于轻瓦斯油杯下方，只有更大事故的才能启动。

差动保护：变压器差动保护是在变压器一次侧、二次侧各装一个CT，由于大部分变压器是星角接线，所以两个CT要求是角星接线，这样才能使输出的相位、电压等数据具有可比性(主要是由于变压器星角接线后一次侧、二次侧会产生30°的相角差)。外部故障时，变压器两侧同时变化则保护不会动作，内部故障时两侧产生变化则引起差动动作。

1.2后备保护

主要包括过电流、复合电压起动的过电流保护和负序电流保护。后备保护需要有一定时限，也就是说不能在主保护无故障时提前动作，要滞后于主保护的动作时间。

三种后备保护只是灵敏度不同，所以三种后备保护不一定要全部使用，其中过电流保护最简单，多用于保护普通的降压变压器，动作原理简单，就是当电流超过一定数值时引起保护动作，复合电压起动的过电流保护是用于保护升压变压器及当过流保护灵敏度不够时的降压变压器，引起保护动作的条件不仅仅是过电流还有低电压，当同时满足两个条件时保护才能动作，这样就可以减少误动的机会，负序电流保护用于保护大容量变压器或者联络电压器，是将负序电流整定出来，正常情况下负序电流为零，当发生非三相短路的任何故障时负序电流都有变化，则保护可以启动，因此加装一个单相低电压起动的过电流保护装置就可以实现保护的目的。

1.3发电机组的保护配置

1)发电机组的差动保护分横差、纵差，横差就是匝间短路，纵差就是相间短路。现在大容量机组多是双星型接线，这样就会产生例如A1相与A2相匝间短路，此时就需要横差保护，因为这时纵差电流不会很大，动作灵敏度不高，单星形接线一样道理，另外匝间短路时会产生二次谐波，也可以利用二次谐波保护来反映匝间短路。

2)发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路。定子接地按接地时间长短可分为瞬时接地、断续接地和永久接地;按接地范围可分为内部接地和外部接地;按接地性质可分为金属性接地、电弧接地和电阻接地;按接地原因可分为真接地和假接地。

3)励磁回路接地保护：励磁一点接地保护和励磁两点接地保护一点接地发信号，两点接地则跳闸。励磁一点接地保护主要采用叠加直流电压式，通过励磁绕组与地之间的电阻变化来反映是否接地。励磁两点接地保护是在发生一点接地之后投入的，因为两点接地保护需要利用一点接地才能动作，所以不需要时时投入，两点接地保护主要采用直流电桥原理，一点接地时形成电桥，两点接地时电桥平衡被破坏则保护动作。但存在死区，当接地点比较靠近时不平衡电流较小，继电器可能拒绝动作。

其他保护功能

1 主变低阻抗保护 17 过电压保护

2 复合电压过流保护 18 发电机定、反时限过励磁保护

3 零序过流保护 19 逆功率保护

4 间隙零序电压保护 20 程序跳闸逆功率

5 间隙零序电流保护 21 频率保护

6 主变定、反时限过励磁保护 22 起停机保护

7 发电机低阻抗保护 23 误上电保护

8 发电机复合电压过流保护 24 轴电流保护

9 发电机95%定子接地保护 25 高厂变两段复压过流保护

10 发电机100%定子接地保护 26 A分支两段过流保护

11 转子一点接地保护 27 A分支两段零序过流保护

12 转子两点接地保护 28 B分支两段过流保护

13 定、反时限定子过负荷保护 29 B分支两段零序过流保护

14 定、反时限转子表层负序过负荷保护 30 励磁变过流保护

15 失磁保护 31 定、反时限励磁过负荷保护

16 失步保护 32 TV、TA断线功能

2发电机主变压器保护存在的问题

发电机主变压器保护存在的问题主要有三个方面：保护设计不完善、继电器原理有缺陷、设备老化。

2.1保护设计不完善

发电机组在设计中存在一定的问题。对于发电机保护，配置匝间保护方案时，为防止匝间保护专用TV高压侧断线导致保护误动，一套保护需引入两组TV。如考虑采用独立的TV绕组，机端配置的TV数量太多，一般不能满足要求。发电机机端建议配置三个TV绕组：TV1、TV2、TV3，A屏接入TV1、TV3电压，B屏接入TV2、TV3电压。正常运行时，A屏取TV1电压，TV3作备用，B屏取TV2电压，TV3作备用，任一组TV断线，软件自动切换至TV3。(TV3既匝间保护专用TV，只做复压过流的复压后备，不做接地保护的后备)

2.2设备老化

设备老化增加了维护成本，检修过程中多次发现由于元器件老化而更换继电器。设备老化增大了安全运行隐患。如发电机转子因使用年限较长，或运行中因各种原因使转子过热造成线圈绝缘材料老化、劣化。

2.3继电器存在原理缺陷

2.3.1零序电压型发电机定子接地保护存在的问题

图1是最基本的零序电压型发电机定子接地保护，实际运行中，经常发生保护误动或拒动现象。因此，有必要对这些问题进行分析与改进，从而提高保护的正确动作率。

2.3.2差动继电器存在的设计缺陷

现代电力系统是一个由电能产生、输送、分配和用电环节组成的大系统。同时，由于电能的发、送、变、配、用电各个环节是同时进行，这样现代电力系统又是一个复杂的实时动态系统，这个系统除了包括发电、送电、变电、配电和用电设备外，还包括监测系统、继电保护系统、调度通信系统、远动和自动调控设备等组成的二次系统。在这个大系统中，其设备众多，分布区域很广，要保证每一台装置设备或每一条输电线路在任何时候都不发生任何故障是绝对不可能的。目前，发电机差动保护现状，发电机纵差保护可以很好地保护定子相间短路，大型发电机造价昂贵，内部故障造成的损失巨大，内部相间故障由于故障点电势可能较低，故障时受过渡电阻影响较大，如何采用新原理，不受过渡电阻影响，提高内部故障时保护灵敏度已成为重要课题。差动继电器存在的设计缺陷主要是二次谐波分相闭锁的问题。

3结束语

当前，电力已作为现代社会的主要能源，与国民经济建设和人民生活有着极为密切的关系，供电不稳定，继电保护装置的不完善，不仅不能保证设备安全运行和对设备造成的损坏，还会发生大面积停电事故所造成的经济损失和社会影响是十分严重的。因此，对现代电力系统的运行提出了更高的要求，为保证安全、可靠和经济地发供电能，就必须尽快改造现有发电机主变压器保护，使之适应电网要求。