水电机组内部短路故障的主保护探讨

水电机组内部短路故障的主保护探讨

钟镜峰

(广东梅雁水电股份有限公司三龙水电站，广东梅州514000)

睛要】

水电站发电机组内部短路故障是发电机运行中的重要问题，本文针对水电站发电机组内部删障的主保护进行了探讨。

压型转子一点接地保护；10)过励磁保护；”)过电压保护；12)反哄键闻水电机组；短路I；}护；设计要求

1

电气保护设计的要求

机组保护装置可以分为短路保护和异常运行保护二大类。短路保护用来保护区域内发生的各种类型的短路故障，这些故障将造成机组

的直接破坏。短路故障包括相间短路和匝间短路二种。

异常运行保护用来反应各种可能给机组造成危害的异常工况，但

这些故障不会或不能很蚀生成机组的直接破坏。异常运行保护包括定子

—点接地、转子一点接地、失磁保护、过励磁保护、过电压保护、失步保护、开停机保护、意外加电压保护等。

随着单机容量的增大，发电机在设计、结构工艺、运行方面对继

电保护提出了新的要求

U设计方面

1)随着单机容量的增大，机组的有效材料利用率不断提高，有效材料利用率的提高带来了二个直接后果：一是机组的惯性常数明显降低，发电机在受到扰动时更容易失步，因此必须装设专门的失步保护；二是发电机的热容量与损耗之比显著下降，为确保机组在安全运行的情况下充分发挥其过负荷能力，定、转子的过负荷保护及转子的负序保

护都不能采用定时限继电器，而应该采用新的反时限继电器。

2)随着单机容量的增大，发电机参数将发生很大变化，主要表现

在Xd、Xd’、Xd”等电抗普遍增大，定子绕组相对减小，其结果是：

a圭荒短毫电流能力相对下降，要求继电保护更灵敏。．

b-定子非周期电流的衰减大大变慢，严重恶化了CT的工作特性，也加剧了不对称短路时转子表层的附加发热，使负序保护更加复杂。

c发电机舶静稳储备系数减小，在系统受到扰动或发电机发生失磁故障时，很容易失去静态稳定，在保护配置时应考虑这种情况的发生。

d机组失磁后异步运行的滑差大，从系统吸收的感性无功多，允许

异步运行的负载小、时间短，所以机组需要性能更加完善的失磁保护。

12结构工艺方面

1)由于机组有效材料利用率高，冷却方式复杂，使铁芯检修困难，

转子承受负序电流的能力唰医，定子单相接地和负序反时限保护应考虑

这些因素。

2)机组运行时振动加剧，匝间绝缘磨损加快，因此在保护配置时应考虑匝间短路保护的灵敏度。

3)低速水轮机的定子并联分支数多，中性点引出方式复杂，其匝

问短路保护应重新设计。

1．3运行方面

1)由于单机容量大，发电机保护的任何误动或拒动都将造成十分

严重的后果，所以对保护的灵敏度和可靠性都提出了更高的要求。

2)机组的励磁系统更加复杂，故障机率较多，因此发电机过电压

或失磁故障的可能性更大。对于自并励系统，还应着重考虑后备保护的灵敏度。

因为该电站机组的结构形式在本阶段尚未完全确定，所以本章将针对机组的这些特点，对该电站机组的保护配置进行定性分析，讨论

的深度将以满足可行性研究的要求为基础，以期对今后的招标设计阶段

的研究具有一定的指导作用。

2发电机内部短路故障的主保护推荐的发电机保护配置

案如下：

1)完全纵差保护：2)不完全纵差保护：3)高灵敏零序电流型横差保护；4)裂相横差保护：5)低压记忆过电流保护i

6)失磁保护；

7)失步保护：8)迭加交流电压型定子一点接地保护；9)迭加波电

202

2‘’01’：‘’o。1年。1’’6。。8’’1。’。F——时限负序过流保护；13)定子绕组过负荷保护；14)转子表层负序过

负荷保护；15)发电机意外加电压保护；16)轴电流保护；17)断路

)CT断线保护；19)PT断线保护：20)励磁变差动21)励磁变过流保护。发电机电气保护措施设计有：甜i猛各保护；．过负荷保护设计：c定子一点接地保护设计：d．转子一点接地保护；邑失磁保护设计：t过励磁保护；g过电压保护；h．失步保护。下面重点阐

殂短路保护

水轮发电机一般并联支路数多，中性点引出方式以往一般采用“分布式中性点”方式，每—个并联支路引出一组中性点，并在每个分

CTo但近几年来该作法已经改变，即将某几个分支组合后再

CT，并引出至相应的一组中性点。针对该水电站，并联分支数最5分支(水冷)或8分支《空冷)，本节将以5分支为例来作进一步

它分支与5分支相同的地方，不再说明。对于中性点引出方文将重点讨论图一和图二所示保护的配置。反应发电机内部短路1)高灵敏零序电流型横差保护包括单元件式(K1)或双元件式

(K”和K12)两种。该保护采用提高三次谐波滤过比、大幅度减小CT变比等技术措施，克服了传统零序电流型横差保护灵敏度低、容易误动

一并联绕组的开焊，还能保护部分相间短路，但不保护定子端部引线短路。保护反应定子并联绕组之间

的不平衡电流，具有较高的三次谐波游过比。但使用高灵敏零序电流型应注意：

a．高灵敏横差是通过改变CT的变比来达到大大嘲氏保护定值，从

b-由于CT变比很小，在区内只要发生一般性故障时CT就会严重，甚至会不满足CT的动热稳定要求，因此在设计时应考核CT的c如果机组由于设计原因存在较大的不平衡电流，‘则高灵敏横差的到限制：

d需要考核保护在波形严重畸变的情况下的工作情况je．应考虑保护与发电机失磁保护的动作配合。

2)完全裂相横差保护(K2)或不完全裂相横差保护(K3)，可以3)完全纵差保护，相间短路主保护，但不保护匝间短路。完全纵差保护可以采用比例制动式或标积制动式算法。

4)不完全纵差保护，匝间和相间短略主保护。不完全纵差保护可以采用比例制动式或标积制动式算法。但在使用不完全纵差保护时，应

注意：a由于发电机机端和中性点CT．的变比不再相等，不可能再使用

同一型号的CT，因此CT的误差增加了。b．除了常规的误差外，不完全纵差保护会增加一些误差源。例如，如果各分支参数存在微小差异，在

区外故障时就会引起额外的不平衡电流。c由于误差的增加，不完全纵

差保护的启动电流应比完全纵差保护的启动电流高．d要使用不完全纵差保护，必须进行严格的灵敏度分析，并经2种以上

法验证灵敏度满足

要求，

能使用。

每种原理的保护均有其优缺点，如横差保护不反应发电机端部引线短路、完全纵羞保护不反应匝间短路、某些保护能(下转第204页)

器失灵保护；侣保护：b述发电机电气短路保护。

支上装设装设可能为说明，其式，本故障的主保护类型包括：

等特点。该保护具有原理简单、可靠等特点，一般作为发电机定子匝间短路的第一主保护，也可反应定子某横差保护而提高灵敏度的目的；

饱和设计安全问题：

使用将受作为定子内部匝间和相间短路的主保护，但不保护定子端部引线短路。

《塞登：凰、

300nm)作用下Fe(OH)2+又可以生成Fe“，同时产生

OH，此外，

生成的Fe2+也能够与H202进行Fenton反应。徐明芳等人采用UV／Fenton光催化氧化技术，通过单因素分析实验及正交实验，对影

是有胡磷农药在环境中的主要降解途径。但是由于光催化氧化技术本身

的一些局限性，光催化剂种类不多、催化剂活性不高，光源利用率低、

中间产物很难确定等因素，在技术运用和开发中还需进一步研究分析。

响敌百虫农药废水的光催化降解过程中各因子进行分析及优化，研究结果表明，敌百虫有机磷农药光催化氧化降解率和COD去除率在最优条

件下达到了85％以上。当最适工艺条件控制为H202浓度为7mmol／L、Fe2+／H202比值1：5，光照强度2000uw／cmz，pH为3，光照时间为

开发更为高效的光催化剂，在太阳光照射下，常温光催化降解有机磷农

药将是今后工作的研究熟点。

本论文为保山学院校级课题(108003K)的研究内容。

作者简介：姚文华，硕士研究生，主要从事无机介孔材料以及有机催化研究。

90min时，其COD去除率、有机磷降解率分别为86B％、899％以

上。

23杂多酸光催化法降解有机磷农药

杂多酸是含有杂原子的多酸类化合物。在杂多酸中配原子多以Mo、＼~、v、Nb、Ta为主，最常见的是处于最高氧化态的Mo和W。杂多酸作为一类强氧化性的多电子氧化催化剂，其阴离子在获得多个电子后结构依然保持稳定。它氧化底物后自身呈还原态，这种还原态是可逆的，通过与各种氧化剂如02、H20：等相互作用，可使自身氢化为初始状态并循环使用。近几年来，杂多酸光催化降解有机污染物的研究备受关注。Kormali将杂多酸催化应用到农药降解领域，研究了PW、20403．

[参考文献1

f1】徐明芳，彭延冶．陈，C咕筠，葛婀锋．光催化反应器中UV／1％nton光催化降解

敌百虫农药废水的研究2007，

【2】杜芳，蘧永春，韩振邦下mon反应技术在纺织染料氧化降解中的应用进

展．针织工业，2008．

【3】王铎，陈建秋。苏燕．纳米二氧化钛光催化降解有机磷杀虫剂毒性的研究．佛山陶瓷．2006

【41尹荔松，朱剑，闻立时，杨硕，谢琦口．稀土掺杂纳米TiO=光催化降解氯胺磷冲南大学学报(自然科学版)，2009，

对杀螟硫磷的光催化降解活性。在PW，20。沪催化剂下，杀螟硫磷可完

全矿化为C02和无机离子，目反应均符合一级动力学方程。

3结论

光催化法是一种高效、无二次污染的去除有机磷农药的方法，也

(上接第202页)22其它异常保护

1)发电机应装设意外加电压保护，保护第一段动作于跳开发电机

出口断路器，第二段动作于跳开与主变高压侧相连的所有断路器。

2)对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间装设断路器时，

灵敏反应某种短路而不能反应某些其它类型的短路。对于图一所示的发电机中性点接线形式，发电机具有3组中性点，其中性点引出方式采用图一(2—1—2)方式。对于槽内短路，优先采用双元件式横差保护及与

之配合的裂相横差保护，但这2种保护都不能保护发电机定子端部引线短路，所以应配置完全纵差保护或不完全纵差保护以保护发电机端部

应配置发电机出口断路器失灵保护，保护第—段动作于重跳发电机出口断路器，第二段动作于跳开与主变高压侧相连的所有断路器。

3)发电机定子绕组过负荷保护一般由定时限和反时限两部分组成，定时限部分的动作电流按发电机允许负荷电流下能可靠返整定，反时限部分按发电机允许发热曲线整定。

4)3MW及以上自并励发电机，应装设带定时限和反时限两部分的励磁绕组过负荷保护。定时限部分动作于信号和降低励磁电流，反时

限部分动作于解列灭磁。

引线短路。因为不完全纵差保护的保护范围较宽，所以应t|芒先作为发电

机内部故障的另一种主保护。因为完全纵差保护对相间短路的灵敏度较

高，所以保留完全纵差保护。这样的保护配置在中性点侧共需要11组

CTo

对于图二所示的发电机中性点接线形式，发电机具有2组中性点，

其中性点引出方式采用图1方式。对于槽内短路，优先采用单元件式横差保护及与之配合的裂相横差保护，但这2种保护都不能保护发电机

端都引线短路，所以应配置完全纵差保护及不完全纵差保护以保护发

5))对200MW及以上发电机，应装设CT断线保护，以防止CT

开路时产生的高电压危及人身及设备安全。CT断线保护应动作于立即跳闸。

电机端部引线短路。综合比较图—和图二两种接线形式，图一保护的综合性能优于图二，所以推荐发电机中性点引出方式采用图一的方式。

因为此水电站机组配置了完整的主保护，所以对后备保护应简化配置，建议配置发电机低医记忆过电流作为主变高压侧短路的远后备保护，该保护的电流取自发电机中性点侧CTo

6)发电机应装设PT断线闭锁保护，并动作于詹号。7)发电机应装设轴电流保护。

3结语

综上所述，水电站发电机保护的发展经历了电磁型、整流型、晶

体管型、集成电路型和微机型五个阶段。因为微机型保护具有硬件统一、所有保护均由软件实现、整定计算方便、运行可靠等待点，具有其它类型保护所不具有的优越性，我们在选择保护类型时不作过多的比

较，直接选用微机保护装置进行控制与保护。

作者简介：钟镑牵，1976年生，男，广东梅州人，专科学历，水

利电气助理工程师，主要研究方向为水电站电气工程。

图1短路保护设置图