大型水电厂主设备保护关键技术研究

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1、摘要y．578865一直以来大型发电机、变压器的可靠运行在电力系统的安全稳定运行中占有非常重要的地位。随着三峡、西部巨型水电等大型水电站的建设以及超大型火电机组的并网运行，对大型、超大型发电机变压器继电保护的研究任务更加紧迫。在诸多保护中主保护占据无可比拟的地位，其性能的优劣不仅影响单个被保护的发电机、变压器设备，而且与整个电网的安全稳定运行息息相关。因此本论文选择与保护性能关系最为密切的主保护为重点，结合三峡工程和葛洲坝电站的生产需求，就差动保护的性能分析、采样值差动保护的理论分析与改进、变压器综合

2、差动保护装置的研制、故障分量正序方向闭锁的发电机横差保护研究以及注入式定子接地保护分析等方面展开较为深入的理论分析和研究。论文首先在阅读大量国内外文献的基础上，系统地介绍大型发电机变压器主保护的发展历史、研究现状以及微机保护发展的趋势，提出了作者对此的一些认识和设想，明确本文研究的主要内容。突破传统在差动电流一制动电流平面中分析差动保护特性的方法，从两侧电流相对幅相关系着手，对目前电流差动常用判据的动作特性展开对比研究，提出目前差动保护判据的通用数学表达式。首次在复平面探讨TA饱和对差动电流和制动电流

3、的影响，并利用差动判据的通用数学表达式构造出一种理想的非线性制动判据。该判据从外部故障差动不平衡电流产生的机理出发，根据两侧电流的幅相关系自动调整制动系数，为差动非线性制动的工程应用和推广提供新思路。针对采样值差动保护理论分析的不足，详细分析了任意R、S取值与差动门槛和斜率定值的相互关系。从全新三维视角对R和s最优选择问题进行理论探讨。在对故障暂态过程中非周期分量对常规差动保护的影响深入分析基础上，对合理利用故障暂态过程非周期分量的特征，白适应调整采样值差动保护整定值，提高采样值差动的灵敏度展开分析和

4、探讨。研究清楚上述问题对推广或用好采样值差动保护无疑将具有积极意义。采样值差动保护由于具有对系统谐波不敏感和具有波形识别等优点，作为一种全新的涌流鉴别方案很快被应用到变压器中。但采样值本身的离散性使得它存在轻微故障时灵敏度不足的缺点。如何充分合理利用采样值的特点，将采样值差动保护与相量差动保护两者的优势结合起来同时提高保护可靠性和灵敏度，也将是一个十分有意义的工作。论文率先对如何利用三相电流同时刻采样值构成新的电流差动保护判据进行了探讨。新原理充分、合理地利用故障电流的有效信息，是一种兼有两种差动保护

5、优势的一种差动方案。分析和动模试验结果表明：这种差动保护方案具有数据窗短、可靠性高、波形识别能力强、不受频率偏差的影响的优点。III求岁、謦首、o，蒂弼意匆全文公布变压器保护中有关励磁涌流特征识别的方案和相关装置的研制始终是继电保护领域研究的一个热点，这也是本论文研究的一个重点。研究在保护装置中各种原理如何合理选取和相互配合，使得在复杂的系统工况下实现优势互补到达灵敏度与可靠性的和谐统一，对提高保护装置整体性能是一项比较有意义的工作。针对舀前单一主判据的变压器差动保护存在的不足，提出了基于多判据综合的

6、变压器差动保护思想，并研究了其实现方法．在此基础上完成葛洲坝大江电厂变压器保护装置的研制。该保护装置在差动保护原理和算法上首次采用了多判据协同技术，可充分发挥多判据各自的优势，实现功能互补，使保护的可靠性、灵敏性、速动性、励磁涌流鉴别能力以及抗饱和性能同时得到提高。横差保护是定子绕组内部故障的一种简单、灵敏的主保护，在条件允许时应尽量优先采用。如何在现有电量的基础上，不改变一次系统设备，提出采用合理可靠的外部故障闭锁以降低横羞保护的动作门槛的方案正是本论文工作的一个侧重点。在动模试验数据的基础上，对横

7、差电流的特点进行分析。而后提出一种基于故障分量正序方向闭锁的横差保护新方案。故障分量正序方向元件保证横差保护在发生外部故障时可靠不动作，使得横差动作电流只需考虑发电机正常运行的最大不平衡电流，从而可以大大减小横差保护的动作门槛值。动模试验数据验证了新方案的正确性。发电机定子单相接地往往是相间或匝间短路的先兆，因此定子接地保护有十分重要的意义。注入式定子接地保护具有灵敏度较高，能正确反映绕组绝缘下降的优点，随着发电机单机容量的增大，其应用也逐渐变得广泛。在这一背景下，探讨了注入式定子接地保护的相关问题，

8、而后以三峡参数为例对传统注入式的定子接地保护灵敏度进行分析。最后提出高灵敏的基于补偿原理的定子接地保护新方案，以更好地适应三峡工程等大型水电站的实际需求。论文最后对上述研究成果进行了总结，提出了进一步研究的方向。关键词：大型发电机变压器非线性制动采样值差动保护三相同时刻采样值横差保护注入式定子接地保护IVAbstractInelectricpowersystemitisalwayssignificantlytoimprovetheperformancea