摘要:继电保护设备的工作原理是一旦水电站在具体的运行过程中电力系统出现故障，而此时问题元件上的电流和电压都会发生不同程度的变化，而继电保护通常在元件上安装变换器，变换器通过自身的监测功能，对出现故障的电流以及电压的参数及时进行隔离，进而保证变压器稳定安全运行。
关键词:发电机变压器组；继电保护配置；配置分析
1 发电机变压器继电保护的重要意义
1.1 发电机继电保护的意义
发电机是电力系统中较为重要组成部分之一，其运行稳定与否直接关系到整个系统的运行可靠性。在发电机上加装继电保护装置后，能够使其故障发生率大幅度降低，从而保证了电力的正常输出。继电保护装置会在发电机出现故障时，以最快的速度将故障设备从机组中切除，这样便不会对周围的线路和其它设备的运行造成影响，而发电机在故障设备被切除后，仍然可以维持正常运行。这样便可以在不影响发电的前提下，对故障设备进行维修处理，当故障消除后，便可使其重新投入运行。针对发电机的继电保护方式有以下几种：纵差保护、横差保护以及接地保护等。按照不同的情况，可对继电保护方式进行合理选择。
1.2 变压器继电保护的意义
电力变压器是一种处于静止状态的电气设备，其主要作用是变换交流电压和电流，是电力系统中不可或缺的重要元件之一，与供电可靠性具有密切的关联。变压器可以满足不同地区的用电要求，一旦发生故障，会对用户用电造成影响。通过继电保护，可以提高变压器的运行稳定性，降低故障发生几率，为正常供电提供强有力的保障。针对变压器的继电保护方式有以下几种：电流速断保护、瓦斯保护、过负荷保护、过电流保护、阻抗保护等等。可按照变压器的实际情况，对继电保护方式进行合理选择。
2 发变组重要保护特性分析
2.1 差动保护
差动保护作为发电机和变压器主保护具有成熟的应用经验，但由于大容量机组短路电流水平相对降低，以及非周期电流衰减变慢，造成了常规折线式原理的差动保护灵敏度降低。近年来大容量机组多采用变斜率和工频变化量原理的差动保护。
图1 变斜率差动与折线式差动比较
如图1所示，A、B区域为灵敏区，C区域为易误动区；曲线1为变斜率制动特性、曲线2为不平衡电流、曲线3为两折线式制动特性。
与折线式差动保护相比，变斜率比率差动的制动曲线能更好地与不平衡电流曲线配合，并且起始斜率不为零，降低了差动启动值，同时增大了灵敏动作区，减小了易误动区。
由于负荷电流总是穿越性质的，因此发电机或变压器内部短路故障时负荷电流总是起制动作用的。为提高灵敏度特别是匝间短路故障时的灵敏度，应将负荷电流扣除，因此差动保护可采用故障分量比率制动特性，即工频变化量比率制动特性。工频变化量比率差动设置浮动门槛值，随着变化量输出的增大而逐步自动提高，可保证门槛电压始终略高于不平衡输出，保证在系统振荡和频率偏移情况下，保护不误动。从而只反映故障前后的差动电流和制动电流的变化量，最大程度消除负荷电流影响。
工程应用中，仍有许多变电站主变采用折线式差动保护，而对于1000MW级发变组来说，其故障影响程度更大。因此，可采用变斜率和工频变化量原理构成的差动保护，作为发电机与变压器的主保护。
2.2 发电机匝间保护
随着发电机容量的增大和机端电压的提高，对于绕组的绝缘性提出更高的要求，而机组运行对匝间绝缘造成的磨损也会产生短路故障隐患。然而由于汽轮发电机结构特点，多数机组无法装设横差保护、不完全差动保护等高性能配置，因此可采用纵向零序电压和工频变化量原理的匝间保护。
纵向零序电压量应从安装在机端的匝间保护专用TV上获取，提高匝间保护的可靠性，并网后经工频变化量负序功率方向组件闭锁。而当机端没有装设专用TV时，可采用工频变化量匝间保护，直接取机端电流、电压量计算，并且由于采用浮动门槛值，保护可靠性有较大提高，但其缺点是不能反映并网前的匝间故障。
2.3 发电机定子接地保护
基波零序电压与3次谐波比率相结合的定子接地配置技术成熟、应用广泛；但同时也存在一些缺陷，例如发电机静止及无励磁状态下无法实现保护；3次谐波含量会受到发电机运行工况的影响，从而影响保护的灵敏度。而1000MW级发电机机端电压较高的特点，对定子绕组对地绝缘检测提出更高要求，因此需配置一套不同原理的定子接地保护装置，以避免共性缺陷，即采用注入式定子接地保护。
注入式定子接地保护采用接地电阻判据与接地电流判据。接地电阻判据反映发电机定子绕组接地电阻的大小，与定子绕组的接地点无关，可反映100%定子绕组接地。另外，考虑到当接地点靠近发电机机端时，检测量中的基波分量会明显增加，导致检测量中低频故障分量的检测灵敏度受到影响。为了提高此种情况下的灵敏度，增设接地电流判据，能够反映距发电机机端90%的定子绕组接地，而且接地点越靠近发电机机端其灵敏度越高，从而与接地电阻判据构成高灵敏度的100%定子接地保护。
2.4 主变接地保护
对于中性点直接接地的变压器，差动保护能灵敏反应相间短路故障，但对于单相接地短路尤其是故障点靠近中性点时，差动保护可能不能灵敏反应，因此需配置零序过流保护作为主变接地保护。普通三绕组变压器高、中压侧同时接地运行时，任一侧发生接地故障都会在两侧产生零序电流，为使两侧的零序过流保护相配合则需要添加零序方向元件。而对于1000MW机组的主变，多采用Yn/△接线的双绕组变压器，配置零序过流保护时无需零序方向元件，使得保护原理结构更为简化。另外，还可在零序过流保护中设置反时限段，提高严重故障的反应速度。
部分工程应用中也采用零序差动保护作为主变接地保护。由于使用的零序电流之间没有电磁耦合关系，不受变压器励磁电流、励磁涌流等因素的影响，具有比纵差保护更高的灵敏度。但是零序差动保护主要缺点在于其范围只包括星形绕组近中性点出处，不能反映主变低压侧故障，也不能反映相间不接地故障，多用于单相变压器。因此，对于三相结构的主变接地保护，应优先采用零序过流保护。
3 发变组保护配置方案分析
发电机与励磁变电量保护设置于保护A、B屏，其中功率保护用TA2-1、TA2-2为0.2S级，励磁变装设的TA5为5P40级，而其他保护用TA均为TPY级，满足暂态性能以及准确性的要求。定子接地保护第一套采用注入式原理，设置于保护A屏；第二套采用基波零序电压和3次谐波比率原理，从而形成双套定子接地保护。转子接地保护由安装在灭磁开关柜内独立的转子接地保护装置实现。构成匝间保护的电压互感器TV3，即为纵向零序电压匝间保护的专用TV。启停机保护配置一组差回路过流保护和一套零序过电压保护，其中零序电压量由中性点接地变压器获取。
4 结语
发电机和变压器作为电力系统的核心部件，它们的运行稳定与否关系重大。在具体的应用中，应当结合实际情况，选择适宜的继电保护方式，从而确保继电保护的作用能够获得最大限度地发挥，这对于推动我国电力事业的健康发展具有重要的现实意义。
参考文献:
[1]姚刚.大型发电机、变压器继电保护的现状与发展[J].科技展望,2017(05).