裴文明 苟宏军

摘要：本文针对水轮发电机组保护若干问题进行了探讨，包括水轮发电机组保护及征订研究的现状，对水电站水轮发电机组运行设備的定期检修分析，以及对水电站水轮机组运行设备的状态检修进行分析。

关键词：现状；检修；状态检修

1.前言

我们具有丰富的水资源，是大力推动水电事业发展的先天条件，水轮发电机起着至关重要的作用，所以需要对水轮发电机配置完善的继电保护。

2.水轮发电机组保护及整定研究现状

水轮发电机通常与主变压器形成单元连接形成变压器联动系统，需要按照变压器-传动组保护设计和配置的一般原则进行保护和配置。目前，针对发电机继电保护的配置形成了多种典型的配置方案。

水力发电机不仅具有各种故障，而且还具有各种不正常的运行条件。因此，水力发电机的保护可能多达十几种。每种保护类型都针对故障或不正常的运行条件。明确分工，相互配合，确保发电机组安全稳定运行。发电机的故障主要包括发电机定子侧的故障和转子侧的故障。定子侧的故障包括绕组之间的相间故障，匝间故障和定子绕组中的单相接地故障。转子侧故障包括转子绕组的一点接地和转子绕组的两点接地故障以及转子励磁回路的故障。发电机的异常运行状态主要包括以下状态：定子绕组因外部短路而导致的过电流；由于外部非对称短路和不对称，发电机的负序过流和过载；对称过载引起的过载；甩负荷造成的过电压；励磁回路过大或励磁时间过长会导致励磁绕组过载。

以下是基于故障和异常操作条件的一般发电机保护配置列表：

1）针对定子绕组之间短路的差动保护。

2）防止定子绕组匝间短路，如零序保护和纵向零序电压保护。

3）为保护定子单相接地故障，如基波的零序电压保护和三次谐波的零序电压保护，共同构成100%定子单相接地保护。

4）防止转子单点和双点接地故障，如乒乓开关转子接地保护。

5）低励磁磁故障的低励磁保护。

6）发电机外部故障不及时后备用保护，如复合电压引起的过流保护。

7）定子过载保护，防止定子绕组过载。

8）由于非对称操作引起的负序过电流的负序过流保护。

9）过电压或低频过激励引起的过励磁保护。

10）逆功率运行时涡轮叶片的逆功率保护受损。

11）发电机的其他异常运行情况，如频率异常，失步运行和其他频率保护和失步保护的配置。

2.2水轮发电机的保护设计与整定问题

除了考虑发电机中可能发生的各种故障和异常运行条件之外，在水轮发电机的保护配置设计中还有许多因素需要考虑。例如，发电机的容量，发电机的结构（绕组结构等）；发电机的中性点接地，无论是配电变压器接地还是高阻或灭弧线圈接地；发生器的励磁系统是他的。励磁也是自谐振的；保护装置中使用的电压互感器和电流互感器的类型和安装位置。这些影响了保护的具体配置和设定计算工作中固定值的确定。

另外，水力发电机的一个重要特征是定子绕组通常具有多个分支并且其内部故障是多种多样的。配置针对这些各种内部故障的完整主保护并不容易。根据发电机定子绕组结构复杂，形成内部故障的故障集是发电机内部故障模拟的重要问题之一。准确有效的内部故障模拟计算可为主保护设定计算提供可靠依据，并有助于灵敏度验证。对于其他保护，还需要进行设置计算和灵敏度检查，以确保发电机根据发电机的具体条件和运行条件安全稳定地运行。如果设置值不合适，会导致保护失效或拒收率增加，严重影响发电机的正常运行。

3.水电站水轮机组运行设备的定期检修分析

定期检修制度具有一定的科学性，并且已经有了大量的关于机组运行的数据。经过认真详细的分析和总结，根据单元运行失败的时间间隔来确定维护和修理周期。一般情况下，水轮发电机组的检修要尽可能在干燥季节安排，发电机组的损失可以通过损失小时数降至最低。对于电网来说，只要有足够的剩余容量，一些单位会被彻底检修。这很好。

另一方面，由于时间充足，综合考虑各种条件，定期维护和大修可以处理水轮发电机组的一些不可检测的缺陷，例如：空化磨损，机械联轴器的螺栓断裂和流道水。建筑物受损等。如果在雨季发现这些缺陷计划进行维护，发电量的损失将会增加。

因此，在干燥季节对机组进行大修时，一般的小故障和缺陷需要重新处理，而在汛期，机组可以产生更多的动力，产生更少的动力，并获得更大的经济效益。定期进行维护和大修，有计划，有针对性地进行维护和维修管理工作，但要掌握长期运行设备的损坏，维护和更换周期往往是困难的。

4.水电站水轮机组运行设备的状态检修分析

水轮发电机组的所谓条件检修（或称诊断和修理）是使用计算机监控系统对水轮发电机组的运行状态和参数进行全面记录，监控，检测，分析和预测。发现设备运行异常时，科学判断或诊断，并提供可靠的报告作为水轮发电机组检修的依据。此时，水轮发电机组进行大修，以确保机组安全稳定。只要计算机的所有传感元件都是可靠的，检测到的数据是真实的，并且在重要部件中配置两用自动感测元件。即使自动感应元件发生故障，计算机监控专家系统也可以做出准确的判断。处理不会影响设备的安全操作。

为了实现水轮发电机组的状态检测和检修，必须事先确定一个标准。当设备状态改变达到或超过此标准时，确定设备将被检修。严格来说，每个设备和每个设备的每个参数或索引都需要标准化。机械振动评估的标准是判断机组的振动程度和是否需要检修。判断标准有两个条件：一是设备的综合指标。个别指标是指示设备状态的基础，需要逐一制定。个别指标超过标准限值，需要重新检修；综合指标是指单个设备或组件的多个指标，也指一个组合设备的多个指标，如一个单位。振动，汽蚀，轴承等。其次是设备的单个指示器。最终，哪些指标决定了维护或决策维护的规模取决于具体情况。

当导致状态变化的原因，机制和影响因素得到正确认识和判断时，可以使用自动检查和维护。即由状态诊断专家进行的系统诊断分析决定是否需要维护，但自动方法的使用必须具备完整，完整的状态诊断专家系统，否则只有工程师才能根据所提供的数据确定是否进行检修监控系统以及检修和大修技术的内容。这也是各种水电站广泛使用的方法，并且根据状态诊断方法也可以不同。为了实现分阶段实施，即首先执行手动状态诊断模式，同时积累用于自动模式状态诊断的经验和数据；当技术各方面都成熟时，实现自动模式状态诊断。

从以上可以看出，现状检修仍处于国内水电系统的初级阶段。它还不成熟，缺乏经验，还有很多研究工作要做。我们必须对此有清晰的认识。定期维护已经进行了很多年。对水轮发电机组进行有条件的检修也是有风险的。如果没有按照预期执行基于状态的维护，可能会有许多意想不到的后果。安全第一是确保经济效益的先决条件。

5.结束语

随着水利事业的发展，水轮发电机组已经成为水利发电的主要力量，但是水轮发电机组结构复杂、价格昂贵，所以要根据水轮发电机组的特性进行检修。

参考文献：

[1]戴建民，何其伟，潘仁秋，陈俊.特大型水电机组发变组保护配置方案的探讨[A].中国水力发电工程学会继电保护专业委员会.2016

[2]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2016.