凌津摊水电厂发电机变压器保护特点及存在问题分析

凌津滩电厂有9台单机容量为30MW的发电机，5台主变（其中#1、#2、#4、#5、主变额定容量70MVA，#3主变额定容量为35MVA），在主接线中，#5G与#3B组成发—变组单元接线，其余8台发电机和4 台主变压器组成两机一变扩大单元接线。
凌津滩水电厂发电机、变压器保护是引进奥地利ELIN公司数字式微机保护。该保护工艺优良、保护原理简单，保护判据明确可靠、保护软件人机界面友好的特点，从在凌津滩的运行情况来看，运行得比较稳定和可靠。
一、硬件工艺优良，没有出现过因为硬件损坏而导致保护误动的情况。
该保护在外观上比较漂亮，保护采用模块式结构，各个插件之间接触极其可靠，从之前多年的情况来看，从来没有出现过因为接触不良的事件。从保护插件看，除CPU板采用四层板外，其余的插件都采用单层板，但是，插件板采用的元件都极为考究。整个装置包含处理器板、DC/DC逆变电源、DC过滤打印、外围设备等。
1、处理器板：包括模拟信号采样处理回路，二进制信号输入回路及二进制信号输出回路。另外，还可接通、处理或断开串行接口的信息。每个处理板都单独工作，互不干涉。处理器板之间无总线连接。
2、DC/DC逆变电源：其逆变电源由直流系统供电。
3、DC过滤打印
4、外围设备
（1）带有插入CT/VT和过滤线路的输入板。该板与PC的通信是经过位于处理器板前端的接口插座完成，外部CT、VT电缆联到装在输入板后端的螺纹式端子块上。
（2）光藕合模块：将外界强电输入信号变弱电信号
（3）报警输入和跳闸模块
（4）跳闸矩阵
（5）二进制信号输入级
二、保护原理简单、保护判据明确可靠。
凌津滩水电厂发电机、变压器共装设有纵差保护、定子接地保护、失磁保护、过电压保护、过负荷保护、低压记忆过流保护、逆功率保护、转子一点接地保护、负序过流保护、轴电流保护、励磁变过流速断保护、PT断线保护、零序过电流保护、零序过流过压保护、以及开关量的瓦斯保护、温度保护、油位保护等。
该套装置最显著的特点是，各个保护避开了繁琐的保护原理，而采用明确可靠的判据和优良的工艺，保证了保护的选择性、速动性、灵敏性、可靠性要求。例如：在该装置中，发电机纵差保护采用的比例制动式纵差保护，避开了CT断线闭锁等功能。变压器纵差保护中，只用到比例制动和二次谐波制动，而没有用到五次谐波制动等，减少了闭锁环节，保证了保护动作的速动性，同时，减少了闭锁环节，也就减少了那些环节出现问题的机会。失磁保护，不用国内繁琐的苹果圆判据和UL-P元件，而直接用失磁最本质的特征：功角和励磁电流判据。
三、软件人机界面友好
该套保护装置没有面板的操作，所有的操作都通过笔记本电脑DRS软件来实现。该软件以WINDOWS为工作平台，操作和使用都特别方便和简单。其在设计方面也有显著特点，主要表现为：
1、输入矩阵：
DRS保护提供CT、PT与各保护之间的选择关系，使各保护采用CT、PT的方式变得十分灵活，同时软件系统还具有防止保护错误选择CT及PT。
2、数字输入量的选择
每个微处理器控制单元都有32个数字输入量，其中26个数字输入量可按要求编程设定其功能，如用作保护闭锁功能、试验输入、外部机械跳闸等。剩余的6个数字输入量专用于特殊功能，人远方复归、时钟分脉冲、试验等。
3、跳闸矩阵
每个微处理器控制单元都设有2个告警数字输出量和30个可编程的数字输出量，在参数整定时可选择这30个输出量的作用，即由软件选择每个保护的输出量的作用。
4、信号指示灯LED矩阵
与跳闸矩阵类似，各保护动作输出与插件面板上的信号指示灯LED间的关系也可以按要求由软件来指定。共有26个信号指示灯，通常黄色指示灯用作告警，红色指示灯用作跳闸。
5、事故记录
DRS微机发变组保护可以记录故障时的CT、PT模拟信号及开关量动作信号。每个微处理控制单元VE可以储存多达5个故障记录，每个故障记录包含故障5个周波和跳闸后70个周波的数据。跳闸点用动作时间标注，共记录15个模拟输入量和30个数字输出量。新故障记录将其他故障记录后移，如故障记录超过5个，则将自动删除最早的故障记录，在保护功能参数整定时，可以选择此功能是否触发故障记录。故障记录可以以文件的形式从VE单元装载，屏幕记录可以在显示器上编辑并通过DRS—WIN 程序打印。
6、事件记录
保护的告警及跳闸信号储存在事件记录中。每个事件，从第一个跳闸触发到最后一个跳闸复归，都分别显示并标注动作时间。可以储存多达256个事件。当事件记录记满256个时，需人为将事件删除，否则以后的事件将无法记录。
四、凌津滩水电厂发电机变压器保护常见问题分析
凌津滩水电厂从投产到现在，发电机变压器保护共动作34次，其中发电机定子一点接地保护动作18次，发电机低压记忆过流保护动作1次，发电机纵差保护动作1次，发电机过负荷保护动作1次，逆功率保护动作5次，主变低压侧一点接地保护动作5次，主变过流保护动作3次。其在运行中暴露出以下问题：
1、定子一点接地保护动作频繁。
凌津滩水电厂发电机为单绕组机组，定子分支系数为1，中性点不接地。这种机组结构造成的结果是：
（1）不能安装作为同相定子匝间短路和定子绕组开焊的主保护--横差保护
（2）不能安装反映定子匝间短路的纵向零序电压保护
（3）发电机存在着同槽同相的线棒，虽然不是很多，但是，也存在着同相匝间短路的可能。
（4）发电机定子回路一点接地时，短路电流很小，等于发电机的容性电流，发电机在一点接地时，允许发电机运行两个小时，单纯的定子接地时，保护是不应该动作停机的。
但是，由于没有设定子匝间短路保护，而又存在着匝间短路的可能，我们用反映零序电压的定子一点接地保护，兼做为发电机的匝间短路保护，因此，定子接地保护也作用于停机。
凌津滩水电厂的厂用电取自发电机母线，当厂用系统发生短路和振荡时，产生很高的零序电压，使定子一点接地保护频繁动作停机。在这18次保护动作中，有17次是因为厂用电故障引起，只有1次是真正的定子接地。然而，从保护装置的录波图来看，发电机的零序电压确实应该使保护装置动作。
我们把发电机定子接地保护动作后果进行了改造：定子一点接地保护第一动作时限跳厂用开关，第二时限才停机。改造后，取得了良好的效果，从改造后到现在，一直没有出现过因为厂用电的故障而引起定子一点接的保护动作的情况。
（2）变压器的纵差保护和瓦斯保护同在一块CPU，违反了继电保护规程。
变压器纵差保护和瓦斯保护同在一块CPU，当CPU发生故障时，将使变压器失去主保护。现在我们新增加了一套常规瓦斯保护，使瓦斯保护双重化。
（3）PT断线闭锁保护原理有待进一步研究
该PT断线保护采用从不同发电机PT取两组电压，一组为工作电压，一组为参考电压，比较两组PT的线电压，当差值大于整定值时，保护动作。可是，当参考电压消失时，保护没有任何的报警，因而，在参考电压消失的时候，再发生PT断线，保护是不会动作的。2001年9月20日，由于发电机PT A相高压保险烧坏，而PT断线保护没有动作闭锁低电压的保护，当系统发生冲击时，过流元件动作，1#机低压记忆过流保护动作，跳开1#主变，停1#机。由于该保护在厂家的软件里已经做好，更改还有一定的困难，现在正在与厂家在协商中。
（4）监控参与保护控制机组
当保护发报警信号到监控时，监控行使保护的功能，来控制机组和开关。由于这是设计时的问题，现在已经改造好，使保护输到监控的信号仅仅只作报警用。
五、结束语
凌津滩水电厂发电机变压器保护整体运行可靠性比较高，但是在设计中也存在着一定的问题，期待厂内继电保护者能够根据实际问题提供解决方案，使本厂保护系统更加完善。