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河北西柏坡发电有限责任公司 河北省 050400
摘要：发变组是现代电力系统最重要的组成部分之一，它结构复杂，一旦故障，检修期长，会给电厂和国民经济造成直接和间接经济损失。由于发变组不可避免地存在一些故障及不正常运行方式的可能，迅速地切除或隔离故障点，是继电保护的主要任务。本文主要介绍了发电机差动保护和变压器差动保护原理，并根据实际工作情况和多年对电厂发变组的运行状况，对常见的故障做简单的分析和介绍，最后对发电机组保护方案的特点进行阐述。
关键词：发变组；电压互感器
引言
电力系统的安全稳定运行和不断发展给国民经济和社会发展带来了巨大动力和效益。而在电力系统中最为主要的设备就是发电机组设备，其中大容量机组在系统中占据着举足轻重的地位，如何保障发电机在电力系统中的安全稳定运行，就显得至关重要。由于大容量机组一般采用直接冷却技术，体积和质量并不随容量成比例增大，从而使得大型发电机各参数与中小型发电机已经大不相同，因此故障和不正常运行时的特性也与中小型机组有了较大差异，给保护带来复杂性。
一、发电机差动保护
1、比率制动式差动保护
差动电流、制动电流计算公式：
差动电流：Iop=|IT+IN| 制动电流：Ires=|（IT-IN）/2|
式中IT、IN分别为发电机机端和中性点二次电流，Iop为差动电流，Ires为制动电流；
当发电机正常运行或外部故障时，可以计算得出差动电流。
Iop=0（不考虑不平衡电流）；而制动电流Ires=Id，此时保护不动作；
当发电机内部发生故障时，Iop=Id，而Ires=0，此时保护可靠动作；
动作方程：Iop>=Iop.0（Ires<=Ires.0时）
Iop>=Iop.0+S（Ires-Ires.0）（Ires>Ires.0时）
式中：Iop.0为最小动作电流；Ires.0为最小制动电流；S为比率制动斜率。
2、变斜率比率制动式差动保护
变斜率比率制动式差动的动作特点如下图：
纵差保护的动作方程：
Id>Kb1 XIr + Icdqd（Ir
Kbl=Kb/l + Kblr X（Ir/Ie）
Id>Kbl2 X（Ir-nIe）+ b+Icdqd（Ir>=nIe）
Kblr=（kbl2-Kbl1）/（2X n）
B=（Kbl1+Kblr X n）X nIe
差动电流、制动电流的计算公式：差动电流：Id=|IT+IN| 制动电流：Ir=|IT+IN|
其中：Id为差动电流；Ir为制动电流；Icdqd为差动电流起动定值；Ie为额定电流；IT和IN分别为发电机机端和中性点CT二次电流；Kbl为比率差动制动系数；Kblr为比率差动制动系数增量；Kbl1为起始比率差动斜率；Kbl2为最大比率差动斜率；n为最大斜率时的制动电流倍数，固定取6。
二、变压器差动保护
变压器差动保护的动作特性同发电机差动相同，但由于变压器差动存在多侧差动，所以其差动电流和制动电流的计算公式也有所不同，如下式：
Ir =（|I1|+|I2|+|I3|+|I4|+|I5|）/2
式中：Id为差动电流；Ir为制动电流；I1、I2、I3、I4、I5分别为变压器各侧电流二次值。
三、常见的故障分析
1、外部回路故障
（1）电流互感器常见问题：电流互感器的误差必然造成获取电流的点位降低或突然升高，不利于微机信号采集的准确性。发生这方面的问题，一是绕组问题，二是极性反向，三是设备老化，四是二次回路发生短路或断开，造成瞬间释放磁感应电流剧增，发生一系列的误动作；
（2）电压互感器常见问题：检查二次回路是否发生断线和接地，经常性的进行绕组、极性、老化的故障诊断，保证电压互感器的正常稳定运行；
（3）其他二次回路问题：二次回路绝缘降低：施工结束后几年后，由于电缆下沉与盘柜摩擦、电缆屏蔽层接地不合格等原因，部分电缆的绝缘层出现破损现象，这些问题可能直接导致保护装置不正确动作；
（4）二次回路接线错误：施工及检修过程中，由于工作人员失误，造成二次回路接线错位，接线松动等，如不能及时发现，可能造成设备损坏和保护不正确动作的问题。如曾多次发生的交流电源串入直流回路中，导致机组停运等严重后果。
2、装置电源故障
目前的继电保护装置多为微机式单片机保护，或小型芯片整合的电磁式继电保护，为其提供电源的稳定，是我们必须预防的重点，经常性的检测电源供电的质量，保证继电保护出口的正确动作，当发现不合格或已经发生故障的板子，尽快更换，保证保护设备的正确动作，不发生误动。
四、发变组保护配置方案
1、发电机比率制动差动保护
发电机比率制动差动保护是以非穿越性电流作为动作指标、以穿越性电流作为制动指标，来区分被保护元件的正常运行状态、发生故障的状态和非正常运行状态。正常运行状态，穿越性电流又被称为负荷电流，非穿越性电流从理论上讲是零的。内部相间短路运行状态，造成非穿越性电流剧增。当外部故障时，穿越性电流剧增。
2、发电机过负荷保护
发电机长时间超过额定负荷运行时作用于继电信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。保护由定时限和反时限两部分组成，延时动作于程序化跳闸和没有启动的情况。
3、发电机失磁保护
作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障的保护，并具备PT断线闭锁功能，PT断线发信号。一种情况是满足定子阻抗静稳和转子低电压判据，但系统母线电压未低于允许值，经t0动作于减出力，当机端电压低于允许值时，t1动作于切换厂用电；其次满足定子阻抗静稳和低电压判据，母线电压低于允许值，当机端电压低于允许值时，经延时t2动作于解列；再者满足定子阻抗静稳判据，转子低电压判据，静长延时t3动作于解列。
4、低励、失磁保护
为防止大型发电机低励（励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流）或失去励磁（励磁电流为零）后，从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响，100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。
5、主变差动保护
变压器差动保护是变压器的主保护，一般较大型变压器都装有差动保护。差动保护主要保护变压器内部线圈匝间短路，它的动作原理是利用变压器高低压两侧的两组差动保护专用电流互干器完成。差动保护的保护范围就是两组互感器之间电流差或电压差达到整定值的部分。
6、主变瓦斯保护
主变重瓦斯保护，瞬时动作于全停，不启动失灵。重瓦斯保护能切换至信号；主变压器轻瓦斯保护，动作于信号，它是主变内部故障的主保护，其中轻瓦斯反应油面下降或空气进入，重瓦斯反应内部故障。但是，主变差动保护与主变瓦斯保护不能同时退出运行。
参考文献：
[1] 石生.发变组系统保护分析[J].科技传播，2013（03）
[2] 韦晨.大型发变组保护装置的配置方案分析[J].中国科技纵横，2009（12）
[3] 陆于平，李鹏，赵永彬.1000MW发电机变压器组保护容错设计和配置[J].电力科学与技术学报，2008（4）
摘要：发变组是现代电力系统最重要的组成部分之一，它结构复杂，一旦故障，检修期长，会给电厂和国民经济造成直接和间接经济损失。由于发变组不可避免地存在一些故障及不正常运行方式的可能，迅速地切除或隔离故障点，是继电保护的主要任务。本文主要介绍了发电机差动保护和变压器差动保护原理，并根据实际工作情况和多年对电厂发变组的运行状况，对常见的故障做简单的分析和介绍，最后对发电机组保护方案的特点进行阐述。
关键词：发变组；电压互感器
引言
电力系统的安全稳定运行和不断发展给国民经济和社会发展带来了巨大动力和效益。而在电力系统中最为主要的设备就是发电机组设备，其中大容量机组在系统中占据着举足轻重的地位，如何保障发电机在电力系统中的安全稳定运行，就显得至关重要。由于大容量机组一般采用直接冷却技术，体积和质量并不随容量成比例增大，从而使得大型发电机各参数与中小型发电机已经大不相同，因此故障和不正常运行时的特性也与中小型机组有了较大差异，给保护带来复杂性。
一、发电机差动保护
1、比率制动式差动保护
差动电流、制动电流计算公式：
差动电流：Iop=|IT+IN| 制动电流：Ires=|（IT-IN）/2|
式中IT、IN分别为发电机机端和中性点二次电流，Iop为差动电流，Ires为制动电流；
当发电机正常运行或外部故障时，可以计算得出差动电流。
Iop=0（不考虑不平衡电流）；而制动电流Ires=Id，此时保护不动作；
当发电机内部发生故障时，Iop=Id，而Ires=0，此时保护可靠动作；
动作方程：Iop>=Iop.0（Ires<=Ires.0时）
Iop>=Iop.0+S（Ires-Ires.0）（Ires>Ires.0时）
式中：Iop.0为最小动作电流；Ires.0为最小制动电流；S为比率制动斜率。
2、变斜率比率制动式差动保护
变斜率比率制动式差动的动作特点如下图：
纵差保护的动作方程：
Id>Kb1 XIr + Icdqd（Ir
Kbl=Kb/l + Kblr X（Ir/Ie）
Id>Kbl2 X（Ir-nIe）+ b+Icdqd（Ir>=nIe）
Kblr=（kbl2-Kbl1）/（2X n）
B=（Kbl1+Kblr X n）X nIe
差动电流、制动电流的计算公式：差动电流：Id=|IT+IN| 制动电流：Ir=|IT+IN|
其中：Id为差动电流；Ir为制动电流；Icdqd为差动电流起动定值；Ie为额定电流；IT和IN分别为发电机机端和中性点CT二次电流；Kbl为比率差动制动系数；Kblr为比率差动制动系数增量；Kbl1为起始比率差动斜率；Kbl2为最大比率差动斜率；n为最大斜率时的制动电流倍数，固定取6。
二、变压器差动保护
变压器差动保护的动作特性同发电机差动相同，但由于变压器差动存在多侧差动，所以其差动电流和制动电流的计算公式也有所不同，如下式：
Ir =（|I1|+|I2|+|I3|+|I4|+|I5|）/2
式中：Id为差动电流；Ir为制动电流；I1、I2、I3、I4、I5分别为变压器各侧电流二次值。
三、常见的故障分析
1、外部回路故障
（1）电流互感器常见问题：电流互感器的误差必然造成获取电流的点位降低或突然升高，不利于微机信号采集的准确性。发生这方面的问题，一是绕组问题，二是极性反向，三是设备老化，四是二次回路发生短路或断开，造成瞬间释放磁感应电流剧增，发生一系列的误动作；
（2）电压互感器常见问题：检查二次回路是否发生断线和接地，经常性的进行绕组、极性、老化的故障诊断，保证电压互感器的正常稳定运行；
（3）其他二次回路问题：二次回路绝缘降低：施工结束后几年后，由于电缆下沉与盘柜摩擦、电缆屏蔽层接地不合格等原因，部分电缆的绝缘层出现破损现象，这些问题可能直接导致保护装置不正确动作；
（4）二次回路接线错误：施工及检修过程中，由于工作人员失误，造成二次回路接线错位，接线松动等，如不能及时发现，可能造成设备损坏和保护不正确动作的问题。如曾多次发生的交流电源串入直流回路中，导致机组停运等严重后果。
2、装置电源故障
目前的继电保护装置多为微机式单片机保护，或小型芯片整合的电磁式继电保护，为其提供电源的稳定，是我们必须预防的重点，经常性的检测电源供电的质量，保证继电保护出口的正确动作，当发现不合格或已经发生故障的板子，尽快更换，保证保护设备的正确动作，不发生误动。
四、发变组保护配置方案
1、发电机比率制动差动保护
发电机比率制动差动保护是以非穿越性电流作为动作指标、以穿越性电流作为制动指标，来区分被保护元件的正常运行状态、发生故障的状态和非正常运行状态。正常运行状态，穿越性电流又被称为负荷电流，非穿越性电流从理论上讲是零的。内部相间短路运行状态，造成非穿越性电流剧增。当外部故障时，穿越性电流剧增。
2、发电机过负荷保护
发电机长时间超过额定负荷运行时作用于继电信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。保护由定时限和反时限两部分组成，延时动作于程序化跳闸和没有启动的情况。
3、发电机失磁保护
作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障的保护，并具备PT断线闭锁功能，PT断线发信号。一种情况是满足定子阻抗静稳和转子低电压判据，但系统母线电压未低于允许值，经t0动作于减出力，当机端电压低于允许值时，t1动作于切换厂用电；其次满足定子阻抗静稳和低电压判据，母线电压低于允许值，当机端电压低于允许值时，经延时t2动作于解列；再者满足定子阻抗静稳判据，转子低电压判据，静长延时t3动作于解列。
4、低励、失磁保护
为防止大型发电机低励（励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流）或失去励磁（励磁电流为零）后，从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响，100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。
5、主变差动保护
变压器差动保护是变压器的主保护，一般较大型变压器都装有差动保护。差动保护主要保护变压器内部线圈匝间短路，它的动作原理是利用变压器高低压两侧的两组差动保护专用电流互干器完成。差动保护的保护范围就是两组互感器之间电流差或电压差达到整定值的部分。
6、主变瓦斯保护
主变重瓦斯保护，瞬时动作于全停，不启动失灵。重瓦斯保护能切换至信号；主变压器轻瓦斯保护，动作于信号，它是主变内部故障的主保护，其中轻瓦斯反应油面下降或空气进入，重瓦斯反应内部故障。但是，主变差动保护与主变瓦斯保护不能同时退出运行。
参考文献：
[1] 石生.发变组系统保护分析[J].科技传播，2013（03）
[2] 韦晨.大型发变组保护装置的配置方案分析[J].中国科技纵横，2009（12）
[3] 陆于平，李鹏，赵永彬.1000MW发电机变压器组保护容错设计和配置[J].电力科学与技术学报，2008（4）