大埔水利枢纽发电机—变压器组保护设计

　　 大埔水利枢纽发电机—变压器组保护设计 郑　松
(广西水利电力勘测设计研究院，广西 南宁 530023)
摘 要：介绍由奥地利维奥水电公司供货的大埔水电站机组和变压器继电保护，对保护配置方案进行讨论，并针对维奥水电公司的专利技术Buetow发电机定子单相接地保护进行探讨。
关键词：发电机－变压器组；定子单相接地保护；继电保护；保护配置；Buetow
Design of generator-transformer unit protection for Dapu Hydro Power Plant
ZHENG Song
(Guangxi Water and Power Design Institute，Nanning 530023，China)
Abstract：The generator-transformer protective-relay device of Dapu HPP is supplied by Austrian VA TECH HYDRO.A discussion is made on the design of protection，especially on the patent of VA TECH，i.e.the Buetow generator stator single-phase earthing protection.

Key words：Generator＿transformer unit；stator single-phase earthing protection；relay protection；protection design；Buetow
大埔水电站装机3×30MW，1台40MVA变压器，1台70MVA变压器，分别按发电机－变压器组扩大单元接线和发电机－变压器组单元接线，发电机出口设断路器。两回 110kV出线，110kV母线单母分段。主接线见图1。

1　保护组屏与配置
发电机－变压器组保护由维奥水电公司供货，采用维奥公司的DRS定型保护模块。DRS定型件是一种新型、多功能的数字继电器，既可用于固化也可用于用户配置。它可以采用嵌入式和凸出式安装在19英寸的柜体内(高6μ，宽42μ)。尺寸约为：296mm×246mm×282mm。DRS定型件包括所有的外围设备，如：光耦合模件、报警出口和跳闸模件、二进制信号输入板、直流变换器和标有现地LED(发光二极管)显示的处理器板(控制单元或VE)。与个人计算机的通信通过继电器前面的接口插座进行。光接口可用于连接控制系统(VDEW6)和连接用于远方数据传送的DRS COM 通信软件。
发电机－变压器组扩大单元保护由2面柜组成，发电机－变压器组单元保护由1面柜组成。发电机－变压器组扩大单元保护柜1＃屏(U01＋JA01)由DRS－COMPACT－DGA1和DRS－COMPACT－DGA2两个保护模块构成1＃发电机保护，由DRS－COMPACT－DTA1和DRS－COM－PACT－DTA2两个保护模块构成1＃主变压器保护；发电机－变压器组扩大单元保护柜2＃屏(U02＋JA01)由DRS－COMPACT－DGB1和DRS－COMPACT－DGB2两个保护模块构成2＃发电机保护。发电机－变压器组扩大单元保护柜1＃屏(U03＋JA01)由DRS－COMPACT－DGC1和DRS－COMPACT－DGC2两个保护模块构成3＃发电机保护，由DRS－COMPACT－DTB1和DRS－COMPACT－DTB2两个保护模块构成2＃主变压器保护。
DRS－COMPACT－DGA1，DRS－COMPACT－DGB1，DRS－COMPACT－DGC1模块配置有发电机差动保护(87G)、发电机定子接地保护(64 G)、发电机失磁保护(40 E)、发电机过电压保护(59)和发电机过负荷保护(49)。
DRS－COMPACT－DGA2，DRS－COMPACT－DGB2，DRS－COMPACT－DGC2模块配置有发电机负序保护(46)、发电机逆功率保护(32)、带电流记忆低电压过流保护(51G/27)、发电机过电压保护(59)、频率保护(81)、发电机启动接地保护(64 S)、转子接地保护(64 R)和轴电流保护(SC)。
DRS－COMPACT－DTA1和DRS－COMPACT－DTB1模块配置有主变大差动保护(87U)、变压器放电间隙过流保护(51TD)、变压器低压侧接地故障保护(64NT)和变压器零序过电压保护(59N)。


大埔水利枢纽发电机—变压器组保护设计 : 　
DRS－COMPACT－DTA2和DRS－COMPACT－DTB2模块配置有变压器复合电压过电流保护(51T/27)、变压器过负荷保护(49T)和变压器零序电流保护(51NT)。
2　保护配置分析
(1)保护配置满足国家现行规范，并在很多地方超过了标准的要求，如定子单相接地保护已达到100％定子单相接地保护。
(2)发电机保护除了本身一套纵联差动主保护外，还装设有发电机－变压器组大差保护，构成双重主保护，装设带电流记忆的低电压过电流保护作为发电机－变压器组的后备保护，保护带两段时限，以较小的时限断开变压器高压侧断路器，以较大时限停机，能保证变压器故障时，确保厂用供电。
(3)变压器保护由瓦斯、压力和变压器大差动构成主保护，由发电机后备保护作为变压器的后备保护，变压器复合电压过电流保护配置在高压侧作为母线保护的后备保护，使整体保护相互配置，完整可靠。
(4)将主保护和后备保护分开配置于两个模块，并在两个模块中都配置发电机过电压保护，这样能在单个模块故障的情况下，发电机不至失去应有的保护。
3　定子接地保护
定子单相接地是最为常见的内部故障，主要是由于绕组对铁芯的绝缘损坏而引起的。单相接地故障对发电机的危害表现在故障点电弧将进一步扩大定子绕组绝缘损坏的范围，如不及时发现接地故障，将会发展成为相间或匝间短路，同时电弧将烧伤铁芯。1995年我国统计资料表明，全国100MW及以上发电机共发生本体故障71次，其中定子绕组接地故障有20次，约为本体故障28.17％。目前国内对定子单相接地时的保护主要有基波零序电压接地保护、三次谐波电压接地保护等。大埔水电站发电机定子绕组单相接地保护由85％发电机启动接地保护和100％Buetow定子接地保护组成。跟国内定子单相接地保护不同，Buetow定子单相接地保护本身就能完成100％定子接地保护(国内大多需要两种以上保护才能实现)，它是奥地利维奥公司的专利技术。
但由于Buetow电压互感器是安装在发电机断路器上侧(见主接线图)，因此在发电机并网前，如发生发电机定子单相接地故障是无法检测出来的。在合同谈判时我方曾要求将Buetow电压互感器安装在发电机断路器下侧，但为此将需要3台Buetow电压互感器(每台发电机1台)，性价比不合适，最终采用折中方案，在发电机未并网前采用85％发电机启动时接地保护充当并网前的定子单相接地保护，并网后采用100％Buetow定子单相接地保护。Buetow电压互感器保护构成原理是：将电压互感器二次A，B，C相三个线圈中第二线圈60％抽头与其他两个线圈接成开口三角，这样就使定子中性点电位对地产生位移100V左右，从而实现了 100％定子单相接地保护，保护出口跳发电机断路器。从构成原理来看，该保护对发电机－变压器组是合适的，但对发电机－变压器扩大单元接线型式保护存在失去选择性的弊端。如大埔水电站1，2号机，当1号机定子绕组发生单相接地故障时，由于接于10.5kV母线上的Buetow电压互感器是无法判断是1号机还是2号机发生接地故障的，因此只能将两台发电机都同时切除，这样就使故障范围扩大。这与目前广西电网用电紧张的情况是不相适应的，也会给业主造成不必要的损失，如检查判断比较麻烦。
当发电机中性点不接地时，单相接地故障电流就是发电机三相对地电容电流Ic，其值很小，以30MW机组来说，其值一般是小于3A。按国家规范，允许发电机运行一段时间。据此，我们提出用时间整定来保证选择性，方案如下：在每台发电机保护装置中都装设Buetow定子单相接地保护，当Buetow电压互感器检测到有定子单相接地故障时，其中1号发电机定子单相接地保护瞬时或带短时限跳本发电机断路器，2号发电机单相接地保护带长时限跳2号发电机断路器。这样的配置方案的优点：①能保证50％单相接地故障选择性。如单相接地故障发生在1号发电机，就能保证2号发电机正常运行；②能较准确判断发生故障机组。如1号发电机发生单相接地故障，1号发电机跳闸，这时故障解除，可判断故障在1号发电机，如2台机都故障跳闸，可初步判断是2号发电机故障，减少检查判断时间。
4　意见与建议
(1)目前我国在微机保护已取得长足进步，对元件保护方面的考虑比国外要全面细致，且更适合本国国情，应大胆进行国产化。
(2)主接线应尽量简洁明了，以更好的保证继电保护的动作正确性和灵敏性。
(3)由于发电机本身有一套差动保护、变压器也装有瓦斯和压力保护，同时还用发电机－变压器共用的一套大差动保护，这样从发电机中性点起到升压变压器高压侧为止，任何一点短路都有双重主保护，因此从近后备保护来说，发电机和变压器共用后备保护即可，即由发电机过流保护完成对发电机和变压器的后备保护。而变压器的复合电压过电流保护仅作为母线保护的后备保护，这样就保证从发电机到母线保护完整协调统一地结合在一起。广西水利水电


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