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摘要：对潘家口水电厂一号水轮发电机组的保护配置进行介绍，根据GB/T 14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》对发电机保护配置进行分析，结合机组的实际运行情况对发电机保护配置存在的不足进行探讨。
关键词：潘家口；发电机保护；水轮发电机组
中图分类号： TM411 文献标识码： A 文章编号：
概况
潘家口水电厂位于河北省迁西县，为引滦入津工程的一部分，归属京津唐电网。潘家口水电厂于1981年建成投产，包括一台常规机组，该机组为装机容量150MW，设计水头63.5M，设计流量277m3/s。
1.发电机保护配置及出口方式
发电机保护配置及出口方式如表1所示，其中01DL为发电机出口断路器，2201DL为变压器高压侧断路器，11DL为厂用变高压侧断路器。
表1
1.1差动保护
纵联差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护，可以快速切除发电机定子绕组及引出线之间发生的故障。1#发电机采用的是比率制动式完全纵联差动保护，此纵联差动护保的保护区域灵敏度大，躲避区外故障不平衡电流的能力强。这种发电机的完全纵差动保护仅反映发电机及其引出线的相间短路故障，不反应定子绕组一相中的匝间短路故障、定子绕组开焊故障、定子绕组的接地故障以及转子回路的故障。
1.2失磁保护
发电机失磁是指发电机的励磁电流突然全部消失或部分消失。失磁的原因有：转子绕组故障，励磁机故障，自动灭磁开关误跳闸，励磁系统故障，自动调节励磁装置故障或误操作等。失磁保护可以防止转子转速高于同步转速，转子上感应的差频电流使得转子过热、定子过电流使得定子发热、交变的异步转矩造成发电机振动等危害。
1.3过电压保护
水轮发电机组的转动惯量相对较大，甩负荷后，转速将突然上升，可能导致定子电压过分升高，危机发电机绝缘，为此应装设电压保护。
1.4转子接地保护
发电机励磁回路一点接地故障是常见的故障形式之一,励磁回路一点接地故障,对发电机并未造成危害,但相继发生第二点接地,即转子两点接地时,由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体,并使磁励绕组电流增加可能因过热而烧伤；由于部分绕组被短接,使氣隙磁通失去平衡从而引起振动甚至还可使轴系和汽机磁化,两点接地故障的后果是严重的,故必须装设转子接地保护。
1.5定子匝间短路保护
同一支路绕组匝间短路或同相不同支路的绕组匝间短路，都称为定子绕组的匝间短路。发生匝间短路时，纵差动保护往往不能反映，应装设专用保护。
1.6定子接地保护
定子绕组与铁芯之间绝缘破坏而造成的定子绕组单相接地故障，是发电机常见的故障之一。故障点可能在中性点至机端之间的任何地点，所以要求机组的定子接地保护无死区，即有100%保护区。100%定子保护由基波零序电压保护与三次谐波电压保护共同构成。
1.7过负荷保护
过负荷保护对定子绕组进行保护，动作电流应躲过强力电流进行整定，出口方式为发信号或自动减励磁。
1.8负序过流保护
发电机通过负序电流时，在发电机空气隙中形成负序旋转磁场，在转子回路及其转子表面感应出100Hz交流分量电流，引起转子局部过热，同时引起机组振动，对发电机造成危害。因此，负序电流保护又称为转子表层负序过负荷保护。负序电流保护可反应发电机的不对称过负荷、非全相运行以及外部不对称短路故障引起的负序过电流。
1.9励磁变过流保护
励磁变过流保护是用作转子励磁回路过流的保护，电流达到额定值时动作于解列灭磁。
1.10低压过流保护
低压过流保护或复合电压过电流保护，电流元件取发电机中性点侧定子电流，低电压或复合电压取自机端。保护作发电机、发电机变压器组相间短路故障的后备。动作于停机。
一号发电机组的保护配置符合国家标准要求，但在长期投产运行中也体现出了保护配置的不足。
2.事故现象
2012年8月份，1号发电机组执行调度的发电任务开机发电，机组并网正常，正准备升负荷时，监控系统突然死机，导致无法上调有功功率，随后运行人员准备到下位机手动升负荷，此时调速器导叶自动全关，但01DL出口开关未跳开，随后运行人员手动跳开01DL出口断路器。由于运行人员及时的作出了正确处理并未造成严重后果。
3.事故分析
3.1可能导致的后果
发电机组导叶全关，但机组不与系统解列，发电机从电网吸收有功功率维持转动，调节励磁，输出无功功率，此种运行状态为调相运行。调相运行会大幅度拉低电网的频率，同时也会增大机组的震动。
3.2事故原因
有两方面原因可能导致此次事故：1.监控系统，监控系统死机导致通信故障，误发指令导致导叶全关。2.调速器，系统出现波动，调速器发出关导叶信号，而在关导叶的过程中，行程开关不能正常反馈，导致导叶全关。
3.3体现出发电机保护的不足
此次事故保护未动作，亦未发信号，经查并为发现保护拒动的情况，而是在当时设计时未针对此种发电机异常运行状态设置保护方式。
4.事故处理方法
4.1运行处理方法
在发电过程中，导叶全关而出口断路器未跳闸时，首先要把调速器切手动，逐渐增加导叶开度，把发电机从调相运行状态拉回迟相运行状态，若调速器未能调整导叶开度，应跳开发电机出口断路器，并向调度申请开启备用机组，将故障机组退出运行全面检查。
4.2加装逆功率保护
逆功率保护是由于各种原因而停止供给原动机能量，与电力系统并列运行的发电机转为从系统吸取能量来带动原动机转动的电动机时，针对原动机配置的保护。在机组正常停机或事故停机过程中，都会失去原动力，此时对于水轮机组而言，逆功率保护可作为主保护来配置。
4.3加装正向低功率保护
这种保护与逆功率保护类似，只不过采用正向低功率逻辑元件代替逆功率逻辑原件。当导叶关闭后，机组正向输出功率低于设定值，则正向低功率保护动作。
对比逆功率保护和正向低功率保护，由于逆功率保护对于模拟量的测量要求很高，在实际工程配置中会受到限制，无法达到模拟量测量的较高要求。另外机组逆功率工况运行比正向低功率运行工况复杂得多，给保护正确动作带来难度。所以，采用正向低功率保护比较好。
5.结论
通过对这次停机事故的分析，发现潘家口一号发电机组缺少防止异常运行状态的保护，在机组的安全运行方面是个重大隐患，而且机组经过长期运行，部分设备老化严重，应在平时加强防范，及时更新设备，防止事故再次发生。
参考文献
[1]巩力魁.发电机变压器组保护中程序跳闸停机方式及其保护配置.华电技术.2012.NO8.Vol34.
[2] GB/T 14285-2006.继电保护和安全自动装置技术规程[S].
[3] 张艳霞；姜惠兰.电力系统保护与控制[M].北京：科学出版社,2010.
关键词：潘家口；发电机保护；水轮发电机组
中图分类号： TM411 文献标识码： A 文章编号：
概况
潘家口水电厂位于河北省迁西县，为引滦入津工程的一部分，归属京津唐电网。潘家口水电厂于1981年建成投产，包括一台常规机组，该机组为装机容量150MW，设计水头63.5M，设计流量277m3/s。
1.发电机保护配置及出口方式
发电机保护配置及出口方式如表1所示，其中01DL为发电机出口断路器，2201DL为变压器高压侧断路器，11DL为厂用变高压侧断路器。
表1
1.1差动保护
纵联差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护，可以快速切除发电机定子绕组及引出线之间发生的故障。1#发电机采用的是比率制动式完全纵联差动保护，此纵联差动护保的保护区域灵敏度大，躲避区外故障不平衡电流的能力强。这种发电机的完全纵差动保护仅反映发电机及其引出线的相间短路故障，不反应定子绕组一相中的匝间短路故障、定子绕组开焊故障、定子绕组的接地故障以及转子回路的故障。
1.2失磁保护
发电机失磁是指发电机的励磁电流突然全部消失或部分消失。失磁的原因有：转子绕组故障，励磁机故障，自动灭磁开关误跳闸，励磁系统故障，自动调节励磁装置故障或误操作等。失磁保护可以防止转子转速高于同步转速，转子上感应的差频电流使得转子过热、定子过电流使得定子发热、交变的异步转矩造成发电机振动等危害。
1.3过电压保护
水轮发电机组的转动惯量相对较大，甩负荷后，转速将突然上升，可能导致定子电压过分升高，危机发电机绝缘，为此应装设电压保护。
1.4转子接地保护
发电机励磁回路一点接地故障是常见的故障形式之一,励磁回路一点接地故障,对发电机并未造成危害,但相继发生第二点接地,即转子两点接地时,由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体,并使磁励绕组电流增加可能因过热而烧伤；由于部分绕组被短接,使氣隙磁通失去平衡从而引起振动甚至还可使轴系和汽机磁化,两点接地故障的后果是严重的,故必须装设转子接地保护。
1.5定子匝间短路保护
同一支路绕组匝间短路或同相不同支路的绕组匝间短路，都称为定子绕组的匝间短路。发生匝间短路时，纵差动保护往往不能反映，应装设专用保护。
1.6定子接地保护
定子绕组与铁芯之间绝缘破坏而造成的定子绕组单相接地故障，是发电机常见的故障之一。故障点可能在中性点至机端之间的任何地点，所以要求机组的定子接地保护无死区，即有100%保护区。100%定子保护由基波零序电压保护与三次谐波电压保护共同构成。
1.7过负荷保护
过负荷保护对定子绕组进行保护，动作电流应躲过强力电流进行整定，出口方式为发信号或自动减励磁。
1.8负序过流保护
发电机通过负序电流时，在发电机空气隙中形成负序旋转磁场，在转子回路及其转子表面感应出100Hz交流分量电流，引起转子局部过热，同时引起机组振动，对发电机造成危害。因此，负序电流保护又称为转子表层负序过负荷保护。负序电流保护可反应发电机的不对称过负荷、非全相运行以及外部不对称短路故障引起的负序过电流。
1.9励磁变过流保护
励磁变过流保护是用作转子励磁回路过流的保护，电流达到额定值时动作于解列灭磁。
1.10低压过流保护
低压过流保护或复合电压过电流保护，电流元件取发电机中性点侧定子电流，低电压或复合电压取自机端。保护作发电机、发电机变压器组相间短路故障的后备。动作于停机。
一号发电机组的保护配置符合国家标准要求，但在长期投产运行中也体现出了保护配置的不足。
2.事故现象
2012年8月份，1号发电机组执行调度的发电任务开机发电，机组并网正常，正准备升负荷时，监控系统突然死机，导致无法上调有功功率，随后运行人员准备到下位机手动升负荷，此时调速器导叶自动全关，但01DL出口开关未跳开，随后运行人员手动跳开01DL出口断路器。由于运行人员及时的作出了正确处理并未造成严重后果。
3.事故分析
3.1可能导致的后果
发电机组导叶全关，但机组不与系统解列，发电机从电网吸收有功功率维持转动，调节励磁，输出无功功率，此种运行状态为调相运行。调相运行会大幅度拉低电网的频率，同时也会增大机组的震动。
3.2事故原因
有两方面原因可能导致此次事故：1.监控系统，监控系统死机导致通信故障，误发指令导致导叶全关。2.调速器，系统出现波动，调速器发出关导叶信号，而在关导叶的过程中，行程开关不能正常反馈，导致导叶全关。
3.3体现出发电机保护的不足
此次事故保护未动作，亦未发信号，经查并为发现保护拒动的情况，而是在当时设计时未针对此种发电机异常运行状态设置保护方式。
4.事故处理方法
4.1运行处理方法
在发电过程中，导叶全关而出口断路器未跳闸时，首先要把调速器切手动，逐渐增加导叶开度，把发电机从调相运行状态拉回迟相运行状态，若调速器未能调整导叶开度，应跳开发电机出口断路器，并向调度申请开启备用机组，将故障机组退出运行全面检查。
4.2加装逆功率保护
逆功率保护是由于各种原因而停止供给原动机能量，与电力系统并列运行的发电机转为从系统吸取能量来带动原动机转动的电动机时，针对原动机配置的保护。在机组正常停机或事故停机过程中，都会失去原动力，此时对于水轮机组而言，逆功率保护可作为主保护来配置。
4.3加装正向低功率保护
这种保护与逆功率保护类似，只不过采用正向低功率逻辑元件代替逆功率逻辑原件。当导叶关闭后，机组正向输出功率低于设定值，则正向低功率保护动作。
对比逆功率保护和正向低功率保护，由于逆功率保护对于模拟量的测量要求很高，在实际工程配置中会受到限制，无法达到模拟量测量的较高要求。另外机组逆功率工况运行比正向低功率运行工况复杂得多，给保护正确动作带来难度。所以，采用正向低功率保护比较好。
5.结论
通过对这次停机事故的分析，发现潘家口一号发电机组缺少防止异常运行状态的保护，在机组的安全运行方面是个重大隐患，而且机组经过长期运行，部分设备老化严重，应在平时加强防范，及时更新设备，防止事故再次发生。
参考文献
[1]巩力魁.发电机变压器组保护中程序跳闸停机方式及其保护配置.华电技术.2012.NO8.Vol34.
[2] GB/T 14285-2006.继电保护和安全自动装置技术规程[S].
[3] 张艳霞；姜惠兰.电力系统保护与控制[M].北京：科学出版社,2010.