周 江

（國(guó)電四川民和水電投資有限公司 四川 成都 610041）

0 引言

經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的努力，我國(guó)線路保護(hù)在理論、裝置制造和運(yùn)行管理等方面都有了較高水平，但是元件保護(hù)卻不盡如人意，其研究、運(yùn)行以及管理都與線路保護(hù)有較大差距。隨著三峽左岸發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)發(fā)電和一批大型或特大型水電站的開(kāi)工建設(shè)，發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量朝著越來(lái)越大的趨勢(shì)發(fā)展，300MW及以上的大型發(fā)電機(jī)組已成為我國(guó)系統(tǒng)的主力設(shè)備。這些大型設(shè)備在各個(gè)基層廠站中能否可靠穩(wěn)定地運(yùn)行，對(duì)整個(gè)電站乃至系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性具有非常重要的影響。因此，如何在熟悉保護(hù)原理的基礎(chǔ)上對(duì)大型發(fā)電機(jī)變壓器進(jìn)行合理的保護(hù)配置和正確的整定計(jì)算以及提高元件保護(hù)的運(yùn)行水平已成為一個(gè)十分重要的課題。

1 大型發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)的現(xiàn)狀及問(wèn)題

大型發(fā)電機(jī)變壓器是電力系統(tǒng)重要組成部分，其保護(hù)的拒動(dòng)或者誤動(dòng)均將造成十分嚴(yán)重的后果。發(fā)電機(jī)變壓器運(yùn)行特點(diǎn)和故障機(jī)理遠(yuǎn)較線路復(fù)雜，其期待解決和完善的問(wèn)題較多。

1990～1993年期間，220kV及以上主網(wǎng)保護(hù)的正確動(dòng)作率在93.2%～94.28%，1994～1996年全國(guó)正確動(dòng)作率平均達(dá)96.96%，其中10個(gè)網(wǎng)省局已達(dá)98.2%及以上。相對(duì)于主網(wǎng)保護(hù)，發(fā)變組保護(hù)遠(yuǎn)沒(méi)有那么樂(lè)觀。在96年的全國(guó)繼電保護(hù)工作會(huì)議上專家指出，發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)的正確動(dòng)作率普遍偏低，有的甚至30%～40%，最多不到70%。

1998～2002年間，隨著微機(jī)保護(hù)的不斷成熟以及大量推廣應(yīng)用，發(fā)電機(jī)保護(hù)(含發(fā)變組)運(yùn)行水平提高較快，保護(hù)不正確動(dòng)作次數(shù)逐年減少，正確動(dòng)作率不斷提高，運(yùn)行情況得到較大好轉(zhuǎn)。100MW及以上發(fā)電機(jī)保護(hù)的平均正確動(dòng)作率為96.98%。

2003年100MW及以上發(fā)電機(jī)保護(hù)正確動(dòng)作率為97.02%，比2002年的正確動(dòng)作率(98.32%)下降了1.3個(gè)百分點(diǎn)。其中，差動(dòng)保護(hù)和接地保護(hù)的不正確動(dòng)作次數(shù)較多。2004年全國(guó)電網(wǎng)交流系統(tǒng)全部繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作率為99.88%。元件保護(hù)裝置正確動(dòng)作率為90.16%，比2003年的正確動(dòng)作率90.43%下降了0.27%。

造成發(fā)電機(jī)保護(hù)不正確動(dòng)作的主要原因有運(yùn)行維護(hù)管理方面的責(zé)任，有制造部門的責(zé)任，以及設(shè)計(jì)部門的責(zé)任等。其中誤整定是造成這種局面的一個(gè)重要原因。

2 發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)原理

電力變壓器是電力系統(tǒng)中使用相當(dāng)普遍和十分重要的電氣設(shè)備，故障后將給系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重后果。根據(jù)繼電保護(hù)配置原則，變壓器應(yīng)裝設(shè)主保護(hù)和后備保護(hù)。當(dāng)主保護(hù)或有關(guān)斷路器拒動(dòng)時(shí)，后備保護(hù)裝置應(yīng)為被保護(hù)設(shè)備或相鄰設(shè)備提供后備保護(hù)作用。后備保護(hù)的保護(hù)區(qū)比主保護(hù)大，動(dòng)作速度較慢，一般以過(guò)電流保護(hù)為主，配以其他電氣量作為輔助判據(jù)。后備保護(hù)要求較主保護(hù)低。

2.1 變壓器主保護(hù)

變壓器差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)。差動(dòng)原理用于變壓器保護(hù)違反了差動(dòng)保護(hù)只適用于被保護(hù)設(shè)備僅為線性電路的基本原理，使空載合閘勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障難以區(qū)分。因此變壓器保護(hù)的發(fā)展史也就成為了一部變壓器勵(lì)磁涌流鑒別技術(shù)發(fā)展史。隨著超高壓輸電線路長(zhǎng)度的增加、靜止無(wú)功補(bǔ)償容量的增大以及變壓器硅鋼片材料的改進(jìn)，勵(lì)磁涌流的識(shí)別問(wèn)題變得更為突出。

目前普遍采用的是比例制動(dòng)方式和標(biāo)積制動(dòng)方式的差動(dòng)保護(hù)來(lái)防止外部短路時(shí)不平衡電流所造成的誤動(dòng)，兩種制動(dòng)方式在原理上是完全統(tǒng)一的。對(duì)于防止勵(lì)磁涌流導(dǎo)致誤動(dòng)的問(wèn)題，目前應(yīng)用較多的方案是電流波形特征識(shí)別法。該方法以勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流波形特征的差異為依據(jù)，主要有二次諧波制動(dòng)原理和間斷角原理差動(dòng)保護(hù)。

另外，隨著人們研究領(lǐng)域的逐步擴(kuò)大，研究層次的逐漸加深，產(chǎn)生的若干新興學(xué)科也為判別勵(lì)磁涌流提供了新的手段，其中有代表性的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波變換。然而，就目前發(fā)表的文獻(xiàn)看，這些新興手段也只是局限于對(duì)電流波形進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的加工，所以仍屬于電流波形特征識(shí)別法的范疇。

2.2 變壓器后備保護(hù)及相關(guān)問(wèn)題探討

隨著變壓器主保護(hù)的研究不斷取得進(jìn)展，變壓器后備保護(hù)的研究和應(yīng)用也日益引起人們的重視。對(duì)于變壓器后備保護(hù)來(lái)說(shuō)，由于變壓器結(jié)構(gòu)型式多樣，運(yùn)行環(huán)境不盡相同，對(duì)后備保護(hù)的配置存在不同應(yīng)用要求。變壓器短路故障后備保護(hù)主要包括相間短路后備保護(hù)和接地短路后備保護(hù)。

1）變壓器相間短路后備保護(hù)

（1）過(guò)流保護(hù)

用于降壓變壓器，動(dòng)作電流應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)和變壓器可能出現(xiàn)最大過(guò)負(fù)荷時(shí)不誤動(dòng)。

微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)應(yīng)當(dāng)雙重化，兩套主保護(hù)互為后備，于是過(guò)流保護(hù)對(duì)變壓器內(nèi)部故障的后備作用淡化，但還有對(duì)中、低壓母線及饋線故障的后備保護(hù)作用，所以過(guò)流保護(hù)還是必需的。

（2）復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)

復(fù)合電壓閉鎖元件是利用正序低電壓和負(fù)序過(guò)電壓反映系統(tǒng)故障防止保護(hù)誤動(dòng)作的對(duì)稱序電壓測(cè)量元件。

（3）負(fù)序過(guò)流保護(hù)和單相式低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)流保護(hù)

對(duì)于大型變壓器或大型發(fā)電機(jī)變壓器組常配置負(fù)序過(guò)流保護(hù)和單相式低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)流保護(hù)作為相間短路后備保護(hù)以滿足保護(hù)的靈敏度要求，尤其是滿足變壓器在不對(duì)稱短路時(shí)后備保護(hù)的靈敏度要求。

2）變壓器接地短路后備保護(hù)

變壓器高壓（110kV及以上）側(cè)單相接地短路應(yīng)裝設(shè)后備保護(hù)，作為變壓器高壓繞組和相鄰元件接地故障主保護(hù)的后備。

220kV及以上的大型變壓器，高壓繞組均為分級(jí)絕緣，其中性點(diǎn)絕緣水平有2種類型：一類絕緣水平很低，其中性點(diǎn)必須直接接地運(yùn)行；另一類絕緣水平較高，中性點(diǎn)可直接接地，也可在系統(tǒng)中不失去接地點(diǎn)的情況下不接地運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)，變壓器中性點(diǎn)就將承受中性點(diǎn)對(duì)地電壓、為了限制系統(tǒng)接地故障的短路容量和零序電流的水平，也為了接地保護(hù)本身的需要，有必要將220kV變壓器的部分中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。

3 結(jié)論

發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)原理多而復(fù)雜，而且隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，這些保護(hù)也面臨著機(jī)組及系統(tǒng)容量增大、電壓等級(jí)升高等許多新的問(wèn)題。計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展為繼電保護(hù)解決這些問(wèn)題提供了廣闊前景；新的數(shù)學(xué)工具的出現(xiàn)，新的控制技術(shù)的不斷成熟，使得元件保護(hù)在原理上和實(shí)現(xiàn)上將比傳統(tǒng)保護(hù)有更多的創(chuàng)新和進(jìn)展；信號(hào)處理、人工智能等相關(guān)科學(xué)的不斷進(jìn)步，新的測(cè)量手段、技術(shù)的應(yīng)用，也將使繼電保護(hù)的性能得到極大的提高：元件保護(hù)必然因此向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向高速發(fā)展。

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