论文部分内容阅读
摘要：本文综述发电机变压器保护的现状，并提出发电机总柜切换变压器保护装置的建议，讨论了发电机变压器保护配置简化的问题。
关键词：发电机 变压器 保护 配置
主设备保护运行的可靠性关系到主设备本身的安全，而且影响电力系统的安全稳定运行。所以对主设备的保护一直受到各方面的关注和重视。为了确保主设备保护的可靠性，各个方面的科学技术工作者从各种不同侧面进行了一系列的研究工作，并且已经取得了很多成果。本文主要提出发电机变压器主保护配置简化的问题。
由于发电机变压器的重要性，国外保护的配置是比较复杂的。这种配置的出发点是确保发电机变压器万无一失。在电力系统结构合理、备用容量足够、稳定性好的电力系统中，把防保护拒动作为第一任务考虑，而把防保护误动作为第二位任务考虑是合适的。我国在目前电力系统结构还不很强大、稳定储备较小的情况下，把保护的拒动和误动都看得同样重要是必要的。对发电机变压器保护的配置进行论证，在确保发电机变压器安全的前提下，并充分考虑发电机变压器组自动监控系统，发电机变压器保护的配置完全可以简化。
一、发电机（兼变压器）的主保护
发电机的主保护是当发电机发生定子绕组的相间短路、发电机端引线的相间短路，定子绕组的匝间短路及定子绕组分支开焊等故障时，为确保发电机安全和电力系统稳定，快速有选择地切除故障的保护。要加强发电机变压器的主保护，并且实行多重化。
发电机的主保护大致有以下几种：一是纵差保护；二是完全纵差保护；三是单元横差保护；四是纵向零序电压保护；五是转子二次谐波电流保护；六是负序功率方向保护。发电机或发电机变压器组，宜采用纵差、不完全纵差、和单元横差作主保护。不宜采用纵向零序电压保护和转子三次谐波电流保护。但是，当不完全差动或单元横差无法使用时，在目前情况下，就只能采用纵差保护，在万不得已的情况下，可以考虑选用纵向零序电压保护或转子二次谐波电流保护。
二、发电机的接地保护
1. 发电机定子接地保护
目前发电机定子绕组接地保护普遍采用的是基波零序电压个三次谐波电压原理构成发电机定子绕组100%接地保护。其中基波零序电压型定子接地保护保护靠近机端的85—90%定子绕组，而三次谐波电压型定子接地保护保护靠近中性点的15—20%定子绕组。
发电机定子接地保护的最佳方案是基波零序电压+低频注入式。
发电机定子接地保护要加强，这不仅仅因为发电机定子绕组由于绝缘损坏接地故障时有发生，而且发电机定子绕组的接地又是诱发发电机内部匝间和相间短路故障的原因。
对于发电机定子接地保护，我们要进一步加大科研力度，同时在发电机自动监控领域研究发电机定子绕组对地绝缘的在线监视设备，可随时显示发电机定子绕组对地的绝缘电阻值。
2.发电机转子接地保护
发电机转子绕组发生一点接地故障实际上对发电机并无危害，只不过不能发展成为两点接地。为此加设转子一点接地保护，当发电机转子绕组发生一点接地时，保护动作信号，应立即转移负荷，平稳停机后检修。转子接地保护采用转子一点接地保护+转子两点接地保护的方案不好。应取消转子两点接地保护。
三、变压器的零序保护
主变零序保护一般为零序电流和零序电压保护。对大型主变，为提高单相接地故障的灵敏度，采用零差保护更为有利。
四、发电机总柜切换变压器的后备保护
发电机总柜切换变压器的后备保护承担发电机变压器主保护的后备保护（称近后备保护）和发电机变压器相临母线和线路的后备保护（称远后备保护）。后备保护品种繁多，有低压闭锁过流、复合电压闭锁过流、低压自保持过流、负序过流、低阻抗或方向阻抗保护等。
由于发电机总柜切换变压器的主保护都按多重化配置，相临母线和线路保护配置强大，并且不要求发电机变压器提供远后备保护，所以发电机变压器可以不设后备保护。
五、 开发微机式发电机变压器保护的几点建议
由于发电机变压器保护暂不考虑分散式安装，所以开发微机式发电机变压器保护以成套保护为宜。保护单元，保护单元采用插板—CPU板为宜。各CPU板应标准化、模块化，加上相应软件即具有相应的保护功能。
CPU宜选用32位数字信号处理器（DSP），DSP具有很高的集成度、工作频率和计算速度，具有很大的寻址空间、丰富的指令系统和较多的输入输出口，其寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存和浮点部件都集成在CPU内。
软件要模块化、组态式。提供软件平台，便于用户掌握和扩展。要具备故障录波板，便于事故分析。保护，测量、监控、通信一体化。
如何把上述各单元有机地组合成为一个系统？这就是网络化问题。
美国罗克韦尔（Rockwell）公司三级通信网络是一个典范，可移植到发电机变压器保护系统中，把保护、测量、监控和通信有机的结合在一起。设备网（DeviceNet）完成现场保护、控制和操作单元间的通信。控制网（Controlnet）完成现场设备与计算机监控系统之间的通信。信息网（Ethemet）通过信息处理器和通信设备连接数据高速公路，实现广泛的数据通信，上传下达现场设备、工程师工作站、调度等的信息和指令。这是一个开放的结构，具有十分强大的信息交换能力，可以使保护获得更多的电力系统运行和故障信息，保护具有真正意义上的自适应性。同时保护还易于拓展和升级。
六、结语
从发电机变压器继电保护和自动化的整体考虑，发电机总柜切换变压器保护的配置应该简化，而且能够简化。随着科学技术的不断发展，发电机总柜切换变压器的保护应从发电机变压器的整体考虑，智能化、网络化，实现保护、测量、监控、通信一体化，承担故障前的事故预测、故障时的快速有选择动作和故障后的系统保护功能。
项目案例说明：笔者参与浙江某公司，新建集组培、提取和制剂一体的现代化中药生产基地，年产100万瓶石斛苗、180吨颗粒及1亿粒胶囊；生产基地位于天台西部工业生产区；包括质检综合楼、生产研发中心，制剂车间，提取车间，组培中心、加工车间，饮料车间，工程车间（包括消防泵房），成品仓库和门卫1（包括消防值班室）等，厂区建筑面积约7万平方米；根据生产工艺的要求，本工程生产用电为三级负荷；由于厂区室外消火栓用水量为45l/S，根据规范要求，消防设备为二级负荷；根据厂区具体情況，本工程设一路10KV高压进线，在成品仓库设厂区1#变配电所，内设1600KVA和1250KVA变压器各一台，制剂车间设2#变配电所，内设1250KVA和1000KVA变压器各一台；成品仓库设厂区发电机房，内设800kw发电机一台，做备用电源；所有用电设备电压均为380/220V。
关键词：发电机 变压器 保护 配置
主设备保护运行的可靠性关系到主设备本身的安全，而且影响电力系统的安全稳定运行。所以对主设备的保护一直受到各方面的关注和重视。为了确保主设备保护的可靠性，各个方面的科学技术工作者从各种不同侧面进行了一系列的研究工作，并且已经取得了很多成果。本文主要提出发电机变压器主保护配置简化的问题。
由于发电机变压器的重要性，国外保护的配置是比较复杂的。这种配置的出发点是确保发电机变压器万无一失。在电力系统结构合理、备用容量足够、稳定性好的电力系统中，把防保护拒动作为第一任务考虑，而把防保护误动作为第二位任务考虑是合适的。我国在目前电力系统结构还不很强大、稳定储备较小的情况下，把保护的拒动和误动都看得同样重要是必要的。对发电机变压器保护的配置进行论证，在确保发电机变压器安全的前提下，并充分考虑发电机变压器组自动监控系统，发电机变压器保护的配置完全可以简化。
一、发电机（兼变压器）的主保护
发电机的主保护是当发电机发生定子绕组的相间短路、发电机端引线的相间短路，定子绕组的匝间短路及定子绕组分支开焊等故障时，为确保发电机安全和电力系统稳定，快速有选择地切除故障的保护。要加强发电机变压器的主保护，并且实行多重化。
发电机的主保护大致有以下几种：一是纵差保护；二是完全纵差保护；三是单元横差保护；四是纵向零序电压保护；五是转子二次谐波电流保护；六是负序功率方向保护。发电机或发电机变压器组，宜采用纵差、不完全纵差、和单元横差作主保护。不宜采用纵向零序电压保护和转子三次谐波电流保护。但是，当不完全差动或单元横差无法使用时，在目前情况下，就只能采用纵差保护，在万不得已的情况下，可以考虑选用纵向零序电压保护或转子二次谐波电流保护。
二、发电机的接地保护
1. 发电机定子接地保护
目前发电机定子绕组接地保护普遍采用的是基波零序电压个三次谐波电压原理构成发电机定子绕组100%接地保护。其中基波零序电压型定子接地保护保护靠近机端的85—90%定子绕组，而三次谐波电压型定子接地保护保护靠近中性点的15—20%定子绕组。
发电机定子接地保护的最佳方案是基波零序电压+低频注入式。
发电机定子接地保护要加强，这不仅仅因为发电机定子绕组由于绝缘损坏接地故障时有发生，而且发电机定子绕组的接地又是诱发发电机内部匝间和相间短路故障的原因。
对于发电机定子接地保护，我们要进一步加大科研力度，同时在发电机自动监控领域研究发电机定子绕组对地绝缘的在线监视设备，可随时显示发电机定子绕组对地的绝缘电阻值。
2.发电机转子接地保护
发电机转子绕组发生一点接地故障实际上对发电机并无危害，只不过不能发展成为两点接地。为此加设转子一点接地保护，当发电机转子绕组发生一点接地时，保护动作信号，应立即转移负荷，平稳停机后检修。转子接地保护采用转子一点接地保护+转子两点接地保护的方案不好。应取消转子两点接地保护。
三、变压器的零序保护
主变零序保护一般为零序电流和零序电压保护。对大型主变，为提高单相接地故障的灵敏度，采用零差保护更为有利。
四、发电机总柜切换变压器的后备保护
发电机总柜切换变压器的后备保护承担发电机变压器主保护的后备保护（称近后备保护）和发电机变压器相临母线和线路的后备保护（称远后备保护）。后备保护品种繁多，有低压闭锁过流、复合电压闭锁过流、低压自保持过流、负序过流、低阻抗或方向阻抗保护等。
由于发电机总柜切换变压器的主保护都按多重化配置，相临母线和线路保护配置强大，并且不要求发电机变压器提供远后备保护，所以发电机变压器可以不设后备保护。
五、 开发微机式发电机变压器保护的几点建议
由于发电机变压器保护暂不考虑分散式安装，所以开发微机式发电机变压器保护以成套保护为宜。保护单元，保护单元采用插板—CPU板为宜。各CPU板应标准化、模块化，加上相应软件即具有相应的保护功能。
CPU宜选用32位数字信号处理器（DSP），DSP具有很高的集成度、工作频率和计算速度，具有很大的寻址空间、丰富的指令系统和较多的输入输出口，其寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存和浮点部件都集成在CPU内。
软件要模块化、组态式。提供软件平台，便于用户掌握和扩展。要具备故障录波板，便于事故分析。保护，测量、监控、通信一体化。
如何把上述各单元有机地组合成为一个系统？这就是网络化问题。
美国罗克韦尔（Rockwell）公司三级通信网络是一个典范，可移植到发电机变压器保护系统中，把保护、测量、监控和通信有机的结合在一起。设备网（DeviceNet）完成现场保护、控制和操作单元间的通信。控制网（Controlnet）完成现场设备与计算机监控系统之间的通信。信息网（Ethemet）通过信息处理器和通信设备连接数据高速公路，实现广泛的数据通信，上传下达现场设备、工程师工作站、调度等的信息和指令。这是一个开放的结构，具有十分强大的信息交换能力，可以使保护获得更多的电力系统运行和故障信息，保护具有真正意义上的自适应性。同时保护还易于拓展和升级。
六、结语
从发电机变压器继电保护和自动化的整体考虑，发电机总柜切换变压器保护的配置应该简化，而且能够简化。随着科学技术的不断发展，发电机总柜切换变压器的保护应从发电机变压器的整体考虑，智能化、网络化，实现保护、测量、监控、通信一体化，承担故障前的事故预测、故障时的快速有选择动作和故障后的系统保护功能。
项目案例说明：笔者参与浙江某公司，新建集组培、提取和制剂一体的现代化中药生产基地，年产100万瓶石斛苗、180吨颗粒及1亿粒胶囊；生产基地位于天台西部工业生产区；包括质检综合楼、生产研发中心，制剂车间，提取车间，组培中心、加工车间，饮料车间，工程车间（包括消防泵房），成品仓库和门卫1（包括消防值班室）等，厂区建筑面积约7万平方米；根据生产工艺的要求，本工程生产用电为三级负荷；由于厂区室外消火栓用水量为45l/S，根据规范要求，消防设备为二级负荷；根据厂区具体情況，本工程设一路10KV高压进线，在成品仓库设厂区1#变配电所，内设1600KVA和1250KVA变压器各一台，制剂车间设2#变配电所，内设1250KVA和1000KVA变压器各一台；成品仓库设厂区发电机房，内设800kw发电机一台，做备用电源；所有用电设备电压均为380/220V。