摘要：本文介绍右江水电厂发电机保护的配置及其原理，以及保护与机组监控系统在水电站无人值班中的配合应用。要害词：保护配置监控系统1工程概述右江水力发电厂是郁江综合利用规划的二梯级水电厂，位于郁江干流右江中段，距百色市22km。电厂装机容量为4X135MW，最大出力580MW，年利用小时数3150小时，多年平均发电量1701GW•h，枯水期保证出力123MW，电厂承担广西电网的部分调峰任务，枯水年调峰电量占年发电量的64以上。电厂选用四台立轴混流式机组，两台双绕组变压器和两台三绕组变压器，机组发出功率经三回220kV线路送至广西电网。电站按“无人值班，少人值守”的运行治理方式进行综合自动化设计。2发电机保护的配置2.1保护的组成发电机保护为微机型保护装置，电量保护为双重配置。保护设有三面保护柜，分A、B、C柜，A柜和B柜各自配有电量保护箱和打印机，构成双套相同配置的主后备保护；C柜则配有非电量保护箱、断路器操作箱和打印机。A、B、C三面保护柜的直流工作电源和保护出口跳闸回路是独立的，分别设置引入引出，出口跳闸回路各自设置有投退连接片（压板），各保护都设有投退连接片（压板）；保护柜各自提供两组RS－485通信接口，A、B两电量保护柜的输入交流电流电压分别取自不同的CT、PT。C柜的断路器操作箱可提供完善的跳合闸控制操作、防跳闭锁回路、跳合闸位置及相关功能闭锁和其有关的信号接点。继电保护装置在发电机发生故障或不正常运行状态时，它能自动、迅速、有选择性地将发电机从系统中切除，并根据运行维护的条件动作发出信号，减负荷或跳闸，保证安全。2.2保护配置发电机三面保护柜与机组现地控制柜、励磁柜、电调柜同安装在发电机层，以便于维护操作。对于发电机来说，电气上可能出现的故障有短路、接地和失磁。（1）短路故障针对短路故障，设置不完全纵差保护和双元件横差保护结合作为主保护，在发电机定子绕组及其引出线相间短路故障，和定子绕组匝间短路及支路开焊故障时，保护快速动作作用于停机（跳发电机断路器、跳灭磁开关、关闭导水叶）；具有较高的灵敏度。不完全纵差原理为比率制动式差动原理，电流取自机端CT和中性点侧分支CT。双元件横差原理为发电机中性点连线上的零序过电流，保护对三次谐波分量电流具有较高的滤过比，大大减小了三次谐波分量对保护灵敏度的影响。电流取自中性点连线上的。同时设置负序过电流和低压记忆过流作为短路故障的后备保护，后备保护采用电流与过电流与低电压结合的方式，经两段延时动作出口，其一段延时动作作用于跳220kV母线分段断路器和110kV母线分段断路器，二段延时动作作用于停机。电流取自中性点侧CT。（2）接地故障针对接地故障，设置定子单相接地（100％）保护和转子（励磁回路）一点接地保护，其中定子单相接地（100％）保护采用双频式零序电压原理，是由基波零序电压元件（保护范围95％）和三次谐波电压比元件（保护范围25％）相叠加而构成100％定子接地保护。基波零序电压元件经延时动作作用于停机，三次谐波电压比元件延时动作作用于停机。基波零序电压元件的零序电压取自中性点侧接地变压器二次侧电压，三次谐波电压比元件取机端PT开口三角绕组电压和自中性点侧接地变压器二次侧电压。转子（励磁回路）一点接地保护采用乒乓式原理，可以在线实时进行转子对地绝缘电阻的检测，保护经延时动作作用于预告信号或停机。保护设两段定值，高定值作用于预告信号，低定值作用于跳闸停机。（3）失磁故障针对失磁故障，设置有发电机失磁保护。当发电机励磁系统出现故障时，励磁电流会下降（低励）或全部消失（失磁），从而导致发电机与系统间失步，对机组本身和系统安全运行造成危害。为了避免发电机失磁时危害产生，在发电机励磁系统出现故障时，失磁保护动作于解列，断开发电机与系统的连接。失磁保护由静稳极限励磁低电压、静稳边界阻抗和机端三相低电压（与）三个判据，和辅与过电流启动和PT断线闭锁构成。当发电机发生失磁后，机端电压不低于三相低电压（与）元件整定值时，静稳极限励磁低电压和静稳边界阻抗同时动作经一时限动作于减出力，三时限（长延时）动作于解列；若机端电压低于三相低电压（与）元件整定值时，静稳极限励磁低电压和静稳边界阻抗同时与三相低电压（与）元件相“与”后，经二时限动作于解列。电流取自机端CT，电压取自机端PT－三相电压。（4）其它故障针对发电机其它电量故障，设置有发电机过电压保护、励磁变压器过流保护、励磁变过负荷保护、励磁绕组过负荷保护以及发电机转子表层过负荷保护。（5）非电量故障发电机非电量保护集中于C柜，发电机非电量保护设置有火灾保护、轴电流保护和水力机械保护。另外，灭磁开关联跳、励磁变温度过高、励磁装置事故与电量无关的事故也分别设置为一种保护，并集中在C柜里。非电量保护的动作后果是相同的，都是作用于停机。3保护与监控的配合当发电机故障发生时，为了能迅速、有选择性地将故障从系统中切除，并自动地记录保护装置动作的情况，发出故障报警信息，让运行人员及时处理，保证设备运行的安全。发电机保护设置在某一保护装置动作之后，信号由以下四个回路输出:一、保护出口动作回路，此回路信号直接作用于发电机出口开关、灭磁开关跳闸线圈和停机，或者作用调速器系统减出力和励磁系统减励磁，电量后备保护一时限作用于高、中压分段断路器跳闸线圈；二、故障录波信号回路，此回路信号由保护装置输出送至故障录波器，作为故障记录和分析之用；三、事故信号回路（DCS），此信号瞬动输出微机监控系统和保护柜面板的信号、跳闸指示灯用。当电量保护动作时，此信号经保护A、B柜的“停机”、“解列灭磁”、“解列”硬压板回路送至机组LCU-A3柜的监控系统（如图1），此信号经机组LCU-A3的硬压板YB1、YB2、YB3启动1K、1KAUX、2K、3K继电器，使机组停机、解列或者灭磁。其中经“保护总出口”硬压板启动保护装置面板的信号、跳闸指示灯；四、事故信号回路（SOE），当保护装置动作时，此信号保持输出作遥信或远动用。对于发电机电量保护，此回路信号送至监控系统报警站；对于非电量保护，此信号除送至监控系统报警站外，还特设置了一个“保护总出口2”信号，此信号从保护装置输出至机组LCU-A3柜的监控系统（如图1、图2“非电量保护停机”信号），启动1K继电器再次给发电机出口开关跳闸令。对发电机保护来说，不管是电量保护或者是非电量保护，当保护动作时，首先由保护装置本身发信号出口至开关跳闸线圈，然后根据微机保护装置判定的动作后果，再发相应信号至机组LCU-A3柜的监控系统，由机组LCU-A3柜的监控系统二次发启动信号。监控系统的启动信号作为保护装置信号的一种后备功能，确保在保护装置出口信号回路出现故障是能保证设备安全动作。监控系统还设置有非电量保护的功能。在以下几种机械事故情况下监控系统启动9K、9KAUX1、9KAUX2继电器，不经过保护装置而直接作用跳发电机出口开关、跳灭磁开关、联动调速器停机：一、在机组LCU-A3柜面板上按下事故停机按钮（AN2）；二、当调速器油压装置事故时；三、当机组达到一级过速115ne时；四、当机组温度（定子温度）过高时；五、当轴电流过高时；六、当发电机上导、下导、推力、水导油槽油位过高或者过低时；七、当发电机冷却水流量过低时。当发生的机械事故可能导致不能正常停机时，由机组监控系统启动10K、10KAUX1、10KAUX2继电器，出口快速关闭进水塔对应机组的快速闸门。包括以下几种情况：一、机组转速达到二级过速转速159ne时；二、当调速器电源故障或者调速器PLC故障与组达到一级过速115ne时同时发生时；三、当有上述机械事故发生或者按下“事故停机”按钮（AN2）与剪断销剪断同时发生时；四、在机组LCU-A3柜面板上按下“紧急停机”按钮（AN1）；五、在水轮机调速器油泵控制箱面板上按下紧急停机按钮。4结论右江水电厂发电机电量采用双重保护配置，当一套保护因装置故障而不能正确动作时，另一套保护可以切除故障，提高了保护动作的可靠性。采用继电保护与监控系统配合，当运行中的发电机设备出现故障时增加了出口路径；在非电量故障产生时，测量装置同时把故障信号传送给保护装置和监控系统，经程序判别后同时出口，动作于停机。对非电量保护来说，与监控系统的配合实现了双重保护的功能。另外，在调速器故障或者剪断销剪断引起发电机失控时，可以通过监控系统来使进水口快速闸门快速关闭，弥补了继电保护的不足。在现代水电厂运行人员越来越精简的情况下，采用继电保护与监控系统配合，可最终实现水电厂的“无人值班，少人值守”的运行治理要求。