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摘要：继电保护装置是在电力系统事故或异常运行情况下动作，保证电力系统和电气设备安全运行的自动装置，从变压器保护，发电机保护和发电机-变压器组保护入手，对电气设备继电保护的相关技术发展进行了研究。
关键词：电气设备；继电保护；变压器保护；发-变组保护
作者简介：李惠清（1960-），女，北京人，北京送变电公司设计所，工程师。（北京 102401）
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）24-0094-02
随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现的工作状态，系统失去稳定时出现的特征，尽快恢复其正常运行的控制策略等。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。此外，机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。本文对电气设备继电保护相关技术发展进行了研究。
一、变压器保护
1.变压器差动保护
按照反应电流和电压量变化构成的保护装置，测量元件限于装设在被保护元件的一侧，无法区别被保护范围末端和相邻范围始端的故障。为了保证动作的选择性，在整定动作参数时必须与相邻元件的保护相配合，一般采用缩短保护区或延长动作时限的方法来获得选择性。但从保证系统稳定运行和减轻故障变压器的损失及避免事故扩大的要求来看，希望能快速切除被保护范围内任意地点发生的故障。如果保护装置的测量元件能同时反应被保护设备两端的电量时，就能正确判断被保护范围区内和区外的故障。被保护元件发生内部和外部故障时，功率方向或电流相位是有差别的，因而使之根据比较被保护元件各端电流大小和相位差别的方法而构成的纵差动保护，获得了广泛的应用。
2.瓦斯保护
瓦斯继电器又称气体继电器。瓦斯继电器安装在油箱与油枕之间的连接管道中，这样油箱内的气体都要通过瓦斯继电器流向油枕。
以往普遍使用的浮筒式瓦斯继电器，由于浮筒的密封性不良而经常漏油，抗震性能差，常常造成瓦斯继电器误动作。因此，往往将重瓦斯切换到动作于信号，使瓦斯保护的正常运行受到影响。经过改进，将下浮筒改成旋转挡板后，提高了重瓦斯动作的可靠性。目前，国内采用的瓦斯继电器有浮筒挡板式和开口杯挡板式。
3.变压器后备保护
为防止外部故障引起的过电流和作为变压器的后备保护，一般变压器都要装设过电流保护。保护装置应装在变压器的电源侧，动作后断开变压器各侧断路器。根据需要，可装设带或不带低压起动的过电流保护装置，如灵敏度仍不能满足要求时，则要装设负序电流保护或复合电压起动的过电流保护。当为了满足完全后备作用而使接线大为复杂时，允许缩短对相邻线路的保护范围。变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏度，并能反应线绕型电流互感器与断路器之间的故障。多绕组变压器后备保护的配置，应考虑各侧分别断开的可能性。除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护。
4.自耦变压器保护
自耦变压器与其同容量的普遍变压器相比，具有节省材料，造价低、损耗小、重量轻、便于运输以及能够扩大变压器的极限制造容量等优点。自耦变压器在电力系统中主要用作联络变压器，当高、中压侧电压数值相差不大时，采用自耦变压器来传输功率的经济效益是很显著的。今后随着330kV，500kV等超高压系统的发展和高压电力系统中性点采用直接接地的运行方式，自耦变压器在电力系统中将逐渐得到推广和应用。自耦变压器也给变压器继电保护带来了一些问题，主要有以下几种：
（1）接地保护。由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地点，并要求直接接地。当系统内发生单相接地故障时，零序电流将由一个网络流向另一个网络，而流经接地中性点电流的大小及对零序电压的相位，将随系统运行方式和短路地点的不同而有较大的变化。
（2）过负荷保护。自耦变压器过负荷保护与自耦变压器各侧的容量比值和负荷的分布有关，而负荷分布又与运行方式和负荷的功率因数有关。当自耦变压器的中压侧同时向高、低压侧，或高、低压侧同时向中压侧送电时，自耦变压器的通过容量不能充分利用。因为在这种运行方式下，自耦变压器的通过容量受到公共绕组容量的限制。当流过自耦变压器高、低压侧的负荷电流小于相应的额定电流时，公共绕组可能已经过负荷。因此，自耦变压器的过负荷保护应根据具体情况作具体分析。
二、发电机保护
1.提高定子接地保护的动作灵敏度
中性点经配电变压器接地的目的是防止发电机过电压。引起发电机过电压的原因大致有3种：传递过电压、断线过电压及谐振过电压。但对于大型发电机组，由于主变高压线圈对低压线圈之间的电容很小，而定子线圈对地的分布电容很大，不可能产生传递过电压；同时，由于机端TV对地电容很小，也不可能发生断线过电压；此外，对于大中型发电机，只要TV的质量无问题，也不会产生谐振过电压。
当前应用的主要技术是在配电变压器二次侧并联很小的电阻（约0.2Ω），折算到一次侧，相当于发电机中性点经1kΩ～2kΩ的电阻接地，这样可以提高定子接地保护的灵敏度，防止发电机过电压。
2.失磁保护
当前应用的发电机失磁保护的精度主要受失磁保护组件结构的影响，其中失磁保护常由阻抗元件、母线低电压元件（机端低电压）和闭锁（启动）元件组成。阻抗元件用于检出失磁故障，阻抗元件可按静稳边界或异步边界整定。阻抗元件用于检出失磁故障，阻抗元件可按静稳边界或异步边界整定。母线低电压元件用于监视母线电压保障系统安全。母线低电压元件的动作电压，按由稳定运行条件决定的临界电压整定。应取发电机断路器（或发变组高压侧断路器）连接母线的电压，通常取0.8～0.85倍母线额定电压。
三、发电机-变压器组保护
1.保护原则
对于大型火力发电厂或水力发电厂，如果发电机电压侧没有直配负荷，而电能主要是经升压后输送至电力系统时，一般采用发电机-变压器组的工作方式。发电机-变压器组的保护与发电机和变压器单端工作时的保护有相同之处，但又有许多不同点。如某类型保护可以合并，可装设公共的纵差保护、过电流保护和过负荷保护等。发电机-变压器组的保护需要根据具体情况具体分析，国内外相关的技术一直在迅猛发展。
2.保护特点
当发电机和变压器之间有断路器时，发电机和变压器应分别装设纵差保护；发电机与变压器之间无断路器并在以下情况时，一般装设整组共用的纵差保护。
（1）发电机容量在200兆瓦及以上时，因为大型发电机在系统中占有重要地位，一般阻抗较大，装设单独的保护可提高可靠性和灵敏度。
（2）水轮发电机和绕组直接冷却的汽轮发电机，当共用的差动保护整定值大于1.5倍发电机额定电流时，为了对发电机内部故障有较高的灵敏度，要加装单独的发电机差动保护。
（3）对于阻抗较大的发电机，如果无法装设横联差动保护，在发电机上可装设灵敏度高的纵联差动保护。
3.后备保护
发电机-变压器组的后备保护，同时又作为相邻元件故障的后备保护。对于发电机-双绕组变压器组，利用发电机侧的过电流保护作为整组的后备保护，变压器低压侧不另装设过电流保护。如果发电机与变压器之间有厂用分支线时，分支线上应装设单独的保护。此时，发电机的过电流保护应带两段时限，以较小的时限断开变压器高压侧断路器，以便在外部短路时仍能保证厂用电的供电，以较大的时限断开所有的断路器和发电机的自动灭磁开关。
四、结论
继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的，应着重考虑大型机组和大型变压器的继电保护，系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力，机、炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护，还应研究、推广故障预测技术，为系统整体的保护奠定基础。
参考文献：
[1]贺家李.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2010.
[2]王来军.继电保护常见故障处理及实例[M].北京:电子工业出版社,2011.
[3]刘小明.继电保护专业的安全管理[J].电力安全技术,2010,(2):68-69.
（责任编辑：刘丽娜）
关键词：电气设备；继电保护；变压器保护；发-变组保护
作者简介：李惠清（1960-），女，北京人，北京送变电公司设计所，工程师。（北京 102401）
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）24-0094-02
随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现的工作状态，系统失去稳定时出现的特征，尽快恢复其正常运行的控制策略等。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。此外，机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。本文对电气设备继电保护相关技术发展进行了研究。
一、变压器保护
1.变压器差动保护
按照反应电流和电压量变化构成的保护装置，测量元件限于装设在被保护元件的一侧，无法区别被保护范围末端和相邻范围始端的故障。为了保证动作的选择性，在整定动作参数时必须与相邻元件的保护相配合，一般采用缩短保护区或延长动作时限的方法来获得选择性。但从保证系统稳定运行和减轻故障变压器的损失及避免事故扩大的要求来看，希望能快速切除被保护范围内任意地点发生的故障。如果保护装置的测量元件能同时反应被保护设备两端的电量时，就能正确判断被保护范围区内和区外的故障。被保护元件发生内部和外部故障时，功率方向或电流相位是有差别的，因而使之根据比较被保护元件各端电流大小和相位差别的方法而构成的纵差动保护，获得了广泛的应用。
2.瓦斯保护
瓦斯继电器又称气体继电器。瓦斯继电器安装在油箱与油枕之间的连接管道中，这样油箱内的气体都要通过瓦斯继电器流向油枕。
以往普遍使用的浮筒式瓦斯继电器，由于浮筒的密封性不良而经常漏油，抗震性能差，常常造成瓦斯继电器误动作。因此，往往将重瓦斯切换到动作于信号，使瓦斯保护的正常运行受到影响。经过改进，将下浮筒改成旋转挡板后，提高了重瓦斯动作的可靠性。目前，国内采用的瓦斯继电器有浮筒挡板式和开口杯挡板式。
3.变压器后备保护
为防止外部故障引起的过电流和作为变压器的后备保护，一般变压器都要装设过电流保护。保护装置应装在变压器的电源侧，动作后断开变压器各侧断路器。根据需要，可装设带或不带低压起动的过电流保护装置，如灵敏度仍不能满足要求时，则要装设负序电流保护或复合电压起动的过电流保护。当为了满足完全后备作用而使接线大为复杂时，允许缩短对相邻线路的保护范围。变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏度，并能反应线绕型电流互感器与断路器之间的故障。多绕组变压器后备保护的配置，应考虑各侧分别断开的可能性。除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护。
4.自耦变压器保护
自耦变压器与其同容量的普遍变压器相比，具有节省材料，造价低、损耗小、重量轻、便于运输以及能够扩大变压器的极限制造容量等优点。自耦变压器在电力系统中主要用作联络变压器，当高、中压侧电压数值相差不大时，采用自耦变压器来传输功率的经济效益是很显著的。今后随着330kV，500kV等超高压系统的发展和高压电力系统中性点采用直接接地的运行方式，自耦变压器在电力系统中将逐渐得到推广和应用。自耦变压器也给变压器继电保护带来了一些问题，主要有以下几种：
（1）接地保护。由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地点，并要求直接接地。当系统内发生单相接地故障时，零序电流将由一个网络流向另一个网络，而流经接地中性点电流的大小及对零序电压的相位，将随系统运行方式和短路地点的不同而有较大的变化。
（2）过负荷保护。自耦变压器过负荷保护与自耦变压器各侧的容量比值和负荷的分布有关，而负荷分布又与运行方式和负荷的功率因数有关。当自耦变压器的中压侧同时向高、低压侧，或高、低压侧同时向中压侧送电时，自耦变压器的通过容量不能充分利用。因为在这种运行方式下，自耦变压器的通过容量受到公共绕组容量的限制。当流过自耦变压器高、低压侧的负荷电流小于相应的额定电流时，公共绕组可能已经过负荷。因此，自耦变压器的过负荷保护应根据具体情况作具体分析。
二、发电机保护
1.提高定子接地保护的动作灵敏度
中性点经配电变压器接地的目的是防止发电机过电压。引起发电机过电压的原因大致有3种：传递过电压、断线过电压及谐振过电压。但对于大型发电机组，由于主变高压线圈对低压线圈之间的电容很小，而定子线圈对地的分布电容很大，不可能产生传递过电压；同时，由于机端TV对地电容很小，也不可能发生断线过电压；此外，对于大中型发电机，只要TV的质量无问题，也不会产生谐振过电压。
当前应用的主要技术是在配电变压器二次侧并联很小的电阻（约0.2Ω），折算到一次侧，相当于发电机中性点经1kΩ～2kΩ的电阻接地，这样可以提高定子接地保护的灵敏度，防止发电机过电压。
2.失磁保护
当前应用的发电机失磁保护的精度主要受失磁保护组件结构的影响，其中失磁保护常由阻抗元件、母线低电压元件（机端低电压）和闭锁（启动）元件组成。阻抗元件用于检出失磁故障，阻抗元件可按静稳边界或异步边界整定。阻抗元件用于检出失磁故障，阻抗元件可按静稳边界或异步边界整定。母线低电压元件用于监视母线电压保障系统安全。母线低电压元件的动作电压，按由稳定运行条件决定的临界电压整定。应取发电机断路器（或发变组高压侧断路器）连接母线的电压，通常取0.8～0.85倍母线额定电压。
三、发电机-变压器组保护
1.保护原则
对于大型火力发电厂或水力发电厂，如果发电机电压侧没有直配负荷，而电能主要是经升压后输送至电力系统时，一般采用发电机-变压器组的工作方式。发电机-变压器组的保护与发电机和变压器单端工作时的保护有相同之处，但又有许多不同点。如某类型保护可以合并，可装设公共的纵差保护、过电流保护和过负荷保护等。发电机-变压器组的保护需要根据具体情况具体分析，国内外相关的技术一直在迅猛发展。
2.保护特点
当发电机和变压器之间有断路器时，发电机和变压器应分别装设纵差保护；发电机与变压器之间无断路器并在以下情况时，一般装设整组共用的纵差保护。
（1）发电机容量在200兆瓦及以上时，因为大型发电机在系统中占有重要地位，一般阻抗较大，装设单独的保护可提高可靠性和灵敏度。
（2）水轮发电机和绕组直接冷却的汽轮发电机，当共用的差动保护整定值大于1.5倍发电机额定电流时，为了对发电机内部故障有较高的灵敏度，要加装单独的发电机差动保护。
（3）对于阻抗较大的发电机，如果无法装设横联差动保护，在发电机上可装设灵敏度高的纵联差动保护。
3.后备保护
发电机-变压器组的后备保护，同时又作为相邻元件故障的后备保护。对于发电机-双绕组变压器组，利用发电机侧的过电流保护作为整组的后备保护，变压器低压侧不另装设过电流保护。如果发电机与变压器之间有厂用分支线时，分支线上应装设单独的保护。此时，发电机的过电流保护应带两段时限，以较小的时限断开变压器高压侧断路器，以便在外部短路时仍能保证厂用电的供电，以较大的时限断开所有的断路器和发电机的自动灭磁开关。
四、结论
继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的，应着重考虑大型机组和大型变压器的继电保护，系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力，机、炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护，还应研究、推广故障预测技术，为系统整体的保护奠定基础。
参考文献：
[1]贺家李.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2010.
[2]王来军.继电保护常见故障处理及实例[M].北京:电子工业出版社,2011.
[3]刘小明.继电保护专业的安全管理[J].电力安全技术,2010,(2):68-69.
（责任编辑：刘丽娜）