1、第 卷第 期红水河 年 月 大藤峡 发电机内部故障主保护配置方案分析与研究李镇江，尹绍清，阁亮成（广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，广西 桂平）摘 要：大藤峡水利枢纽 发电机组的定子引出线采用 分支结构，然而在接入保护设备之前必须将 个分支的 测量信号两两合并，如何选择分支进行合并对发电机主保护配置类型和保护效果有着不同的影响。因此需要分析对比不同组合下 发电机相应主保护配置方案动作的灵敏度和可靠度差异，从而做出科学的抉择。笔者通过对 分支结构的发电机引出线 信号的两两组合所能配置的保护进行分析与研究，最终选择出一组保护范围最大、动作可靠度与灵敏度最好的方案。关键词：发电机；主保护；配置；大
2、藤峡水利枢纽中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：开放科学（资源服务）标识码（）：,(,):,:;引言大藤峡水利枢纽位于广西最大最长的峡谷 大藤峡出口处，作为国务院确定的 项节水供水重大水利工程的标志性工程，它集防洪、航运、发电、水资源配置、灌溉等综合效益于一体，是珠江流域关键控制性水利枢纽，被喻为珠江上的“三峡工程”。大藤峡电站总装机容量 ，共安装 台单机容量 （单机容量国内最大）的轴流转桨式水轮发电机组，分别布置在左、右岸厂房，其中左岸厂房布置 台机组，由哈尔滨电机厂有限责任公司提供。发电机额定电压 ，额定转速 ，定子绕组连接形式为“”形，定子槽数为 槽，绕组并联支路为 路，为了更 收稿
3、日期：；修回日期：作者简介：李镇江（），男，新疆库尔勒人，高级工程师，主要从事水利水电工程自动化、信息化建设与运维工作。：。红水河 年第 期为详细地监测每路分支的电流情况，在每路分支上都设置了单独的电流互感器。然而在选择发电机主保护配置方案时，必须首先选择出合理的分支汇流组合。在经过对发电机内部短路故障分析和计算后，最终得出了发电机主保护覆盖率和动作灵敏度均最为合适的配置方案。发电机内部故障类型和数量分析根据对大藤峡 发电机定子绕组连接图的分析，采用清华大学电机系相关科研组提出的交流电机的多回路分析法，得出此型号发电机内部故障中槽内短路故障和端部交叉故障的数量和特点统计结果，如表 和表 所示。
4、表 大藤峡 发电机槽内短路故障统计表故障类型故障数量 种同相故障同分支之间不同分支之间不同相相间故障相同编号分支间不同编号分支间 由表 可知，大藤峡 发电机定子槽内上下层线棒匝间、相间短路故障共 种（等于实际定子槽数）。表 大藤峡 发电机端部交叉故障统计表故障类型故障数量 种同相故障同分支之间（按短路匝数划分）不同分支之间 匝 匝 匝 匝 匝 匝 不同相相间故障相同编号分支间不同编号分支间 由表 可知，大藤峡 发电机端部交叉处短路故障共 种。通过进一步分析发现，发电机在相近电位的同相不同分支匝间短路（两短路点位置相差 匝）发生在每相的、分支（或、分支，或、分支，或、分支）间，如图 所示。图 大
5、藤峡 发电机发生在相近电位的同相不同分支匝间短路统计分析结果 发电机主保护配置方案对比分析与选择由于所有的保护装置均无法将 分支的所有 信号全部接入后再进行组合判断，因此需要将 分支 两两汇流后再进行接入。下面就发电机中性点侧引出 个出线端子、每相装设 个分支组，考虑中性点引出方式的差异以及相应的主保护方案的组合，再结合上述发电机故障特点的统计分析结果，对比分析不同主保护配置方案的优缺点。考虑到完全纵差保护只能反映相间短路故障，而发电机还存在匝间短路的可能，故应为发电机同时配置横差保护和纵差保护。通过参考已有的 分支绕组发电机的设计经验，在对比传统零序电流型横差保护和完全纵差保护组合的基础之上
6、，优先考虑“完全裂相横差保护和不同构成形式纵差保护”进行组合的两种初步格局。为了简化描述过程，用、和 分别代表零序电流型横差保护、完全裂相横差保护、两套中性点侧 分支接入的不完全纵差保护和完全纵差保护。方案一方案一配置如图 所示，配置 套零序电流型横差保护（代号）加 套完全纵差保护（代号）。李镇江，尹绍清，阁亮成，等：大藤峡 发电机内部故障主保护配置方案分析与研究图 大藤峡 发电机主保护配置方案一（传统设计方案）按照传统设计方法，大中型水轮发电机组应配置完全纵差保护，以应对可能发生的相间短路故障；由于发电机还存在匝间短路的可能，故还应设置横差保护。零序电流型横差保护结构简单、功能全面，因此应优
7、先选择。按传统设计方案配置的方案一（代号）的保护性能如表 所示。表 方案一的保护性能分析表故障种类构成方式故障数 种主保护均不动作只有 种主保护动作 种主保护都动作同槽故障端部故障 方案二方案二配置如图 所示，发电机中性点侧引出 个中性点，配置 套完全裂相横差保护（代号）、套完全纵差保护（代号）加 套零序电流型横差保护（代号）。将、接在一起，形成中性点；再将、接在一起，形成中性点。其他分支分组方式依此类推。所需电流信息取自 之间连接的电流互感器，的构成则基于每相装设的分支电流互感器，所需电流信息则来自机端相电流互感器 和对应的中性点侧每相已有的 个分支组。按方案二配置（代号）的保护性能如表 所
8、示。方案三方案三配置如图 所示，发电机中性点侧引出图 大藤峡 发电机主保护配置方案二表 方案二的保护性能分析表故障种类构成方式故障数 种主保护均不动作只有 种主保护动作 种及以上主保护都动作同槽故障端部故障 个中性点，配置 套完全裂相横差保护（代号）、套不完全纵差保护（代号）加 套零序电流型横差保护（代号）。红水河 年第 期图 大藤峡 发电机主保护配置方案三 将每相的、分支（或、分支，或、分支）接在一起，形成中性点；再将每相的、分支（或、分支，或、分支）接在一起，形成中性点。在 之间接 个电流互感器，并在每相的、分支组（或、分支组，或、分支组）和、分支组（或、分支组，或、分支组）上装设分支电流
9、互感器，且有机端相电流互感器 ，以构成 套零序电流型横差、套完全裂相横差和 套不完全纵差保护。按方案三配置（代号）的保护性能如表 所示。方案四方案四配置如图 所示，发电机中性点侧引出表 方案三的保护性能分析表故障种类构成方式故障数 种主保护均不动作只有 种主保护动作 种及以上主保护都动作同槽故障端部故障 个中性点，配置 套完全裂相横差保护（代号）、套不完全纵差保护（代号）、套零序电流型横差保护（代号）加 套完全纵差保护（代号）。方案四结合了方案二与方案三的纵差保护，从表面上看，保护配置更加全面。图 大藤峡 发电机主保护配置方案四李镇江，尹绍清，阁亮成，等：大藤峡 发电机内部故障主保护配置方案分
10、析与研究 按方案四配置（代号）的保护性能如表 所示。表 方案四的保护性能分析表故障种类构成方式故障数 种主保护均不动作只有 种主保护动作 种及以上主保护都动作同槽故障端部故障 大藤峡 发电机不能可靠动作的同槽故障和端部故障及其构成特点如表 表 所示。从以上各表的分析结果可知：）传统设计方案（方案一）的保护死区最大，不能动作故障数有 种（占内部故障总数的），对 的内部故障（种）有 种及以上原理不同的主保护灵敏动作。原因在于传统的发电机主保护设计基于定性分析，没有经过发电机自身内部故障特点的分析、全面的内部故障仿真计算以及主保护的定量化及优化设计过程，也没有考虑分支分组方式对主保护配置方案性能的影
11、响，在方案的选择上没法做到有的放矢。）方案二、方案三、方案四不能保护动作的同相同分支匝间短路的短路匝比都小于。其不同原理的主保护动作的故障数也相同，而主保护配置方案的冗余度有所不同，在相应的保护死区没有增加的情况下，保护冗余度越低，则越能减轻装置 的负荷率，更有利于微机保护装置的正常运行。）发电机主保护配置的设计是一个多变量的复表 大藤峡 发电机不能可靠动作的同槽故障数及其构成特点主保护配置方案具体连接形式不能可靠动作故障数同相不同分支匝间短路相邻分支（两短路点位置相差匝数）匝 匝 匝 匝 匝相隔分支（两短路点位置相差匝数）匝 匝 匝 匝 匝一二三四表 大藤峡 发电机不能可靠动作的端部故障数及
12、其构成特点主保护配置方案具体连接形式不能可靠动作故障数同相同分支匝间短路 匝 匝 匝 匝 匝 匝相间短路一二三四 红水河 年第 期表 大藤峡 发电机端部同相不同分支匝间短路及其构成特点主保护配置方案具体连接形式同相不同分支匝间短路相邻分支（两短路点位置相差匝数）匝 匝 匝 匝 匝 匝 匝 匝 匝相隔分支（两短路点位置相差匝数）匝 匝 匝 匝 匝 匝 匝 匝一二三四 杂系统工程，需要兼顾科学性与实用性；在不显著降低主保护范围与动作性能的前提下，发电机中性点引出线的设计必须考虑发电机结构的合理性，是否有利于减少硬件制造的投资，是否便于保护配置。对于大藤峡 发电机这种采用集中布置的水轮发电机组，配置
13、完全纵差保护有助于机组偏心引起振动事故的分析，这在已经投产运行的大中型电站得到了证实，如彭水电站（）、天荒坪抽水蓄能电站（）等。综上所述，推荐如图 所示的方案作为大藤峡 发电机的主保护配置和 组合汇流方案，中性点 将每相的、分支接在一起，中性点 再将每相的、分支接在一起。电流互感器 接在 之间以构成一套零序电流型横差保护，完全裂相横差保护和完全纵差保护的构成则基于每相的、分支组和、分支组上装设分支电流互感器，以及机端相电流互感器。对于大藤峡 发电机实际存在的 种内部短路，图 所示主保护配置方案不能动作的故障数仅有 种（占内部故障总数的），不能动作的故障类型均为 至 匝同相同分支匝间短路（对应的
14、短路匝比小于）；对 种内部故障（占内部故障总数的）确保有 种及以上原理不同的主保护灵敏动作。特别要注意的是，大藤峡 发电机每相 分支均装设了分支电流互感器，在分支电流信息送入保护装置前，应按照图 所示分支分组的要求，对每相的、分支电流和、分支电流分别进行合并，再将汇流的信号送入保护装置，以构成裂相横差保护。图 大藤峡 发电机内部故障主保护及全套 配置推荐方案（相隔连接）结语大藤峡工程 发电机内部故障主保护配置方案的分析与研究，为发电机组主（下转第 页）红水河 年第 期）水库库容大，一旦出现机组事故或泄水系统故障，现场值守人员较少，在应急处理不及时的情况下可能出现次生灾害。）各电站离集控中心距离
15、较远，在集控设备故障、通信中断等情况下会发生无法远程控制的情况。解决方案：在集控中心不能接受调度指令时，受控电厂人员恢复现场运行值班、恢复接受电网调度指令，与电网调度进行业务联系。结语）按照成熟一个、集控一个的方针制定集控方案，逐步实现国家电投集团青海区域所有电站集控工作。集控工作实施过程中，对电站落后、自动化程度低的设备进行升级改造，对暴露出的安全隐患全面整改，极大地提高设备可靠性。）建设一体化管理平台保障远程集控工作和智能诊断分析，推进公司产业数字化发展。青海区域集控中心建设，全面落实国家电投集团区域统筹发展的要求。）梯级水库联动实现精细化调度，提升区间洪水防护能力，提高水库运行安全，同时
16、能够提升梯级水库发电效益。）利用黄河上游已建水库群建设抽水蓄能电站后高效联动应用。参考文献：丁斌，姚保顺，李勇，等黄河水库调度运行信息平台研究与实现人民黄河，（）：邓志华，田启荣跨流域梯级电站群远程集控管理模式的探索与实践水电站机电技术，（）：赵庆绪，马光文，黄炜斌，等多开发主体梯级水电站统一调度模式研究水电能源科学，（）：尹熬以大数据为支撑的流域电站检修管理应用趋势和探索红水河，（）：高家奇中小水电“无人值班、少人值守”运行模式探讨四川水利，（）：黄青刚黄河上游梯级水电站远程集中管理规划与工程实践水电自动化与大坝监测，（）：陈启萍梯级水电站群“远程集控”模式实施探索中国水能及电气化，（）：王德宽，张煦，文正国，等面向智慧水电厂的 智能一体化平台水电站机电技术，（）：罗德志水电集控建设调试与管理探讨水电站机电技术，（）：杨承熹多流域、多机型水电远程集控中心存在的风险及应对措施红水河，（）：黄杰水电厂“远程集控、无人值班（少人值守）”运行模式的探索与实践红水河，（）：（责任编辑 秦凤荣）（上接第 页）保护配置的最终选择提供有利的理论依据，避免盲目随意的保护配置和分支汇流选择，尽可能完整地