大容量二手發(fā)電機(jī)機(jī)組往往按發(fā)電機(jī)—變壓器組單元接線與高壓或超高壓電網(wǎng)直接相連，在電力系統(tǒng)中占有十分重要的地位。由于它結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，一旦因故障而遭到破壞，在經(jīng)濟(jì)上必然會(huì)受到很大損失，因此在考慮大容量二手發(fā)電機(jī)—變壓器組的繼電保護(hù)整體配置時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)限度地保證機(jī)組和限度地縮小故障破壞范圍，盡可能避免不必要的突然停機(jī)，對(duì)某些異常工況采用自動(dòng)處理裝置，特別要避免保護(hù)裝置誤動(dòng)和拒動(dòng)。所以不僅要求有可靠性高、靈敏性和選擇性強(qiáng)、快速性好的保護(hù)繼電器，還要求在繼電保護(hù)的整體配置上盡量做到完善、合理，并力求避免繁瑣、復(fù)雜。
1 傳統(tǒng)的繼電保護(hù)方式及其不足之處
傳統(tǒng)的二手發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障主保護(hù)方案常采用：傳統(tǒng)縱差保護(hù)、傳統(tǒng)橫差保護(hù)、基波縱向零序電壓保護(hù)、轉(zhuǎn)子二次諧波電流保護(hù)、標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)等。這些傳統(tǒng)的保護(hù)方式在一定程度上起到了有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除、減少對(duì)電力系統(tǒng)的損壞程度、恢復(fù)無故障部分的正常運(yùn)行、反應(yīng)電氣元件異常運(yùn)行工況的作用，但是由于諸多原因，在電力系統(tǒng)中始終存在發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備的保護(hù)元件正確動(dòng)作率普遍偏低——許多都不到70%的問題，因此有必要對(duì)這些保護(hù)方式略作分析，以期找到改進(jìn)措施。
1.1 傳統(tǒng)縱差保護(hù)
傳統(tǒng)縱差保護(hù)只對(duì)相間短路有效，對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組同相的匝間或?qū)娱g短路和開焊(斷線)故障均無保護(hù)作用，因而保護(hù)功能不，再加上目前存在元器件產(chǎn)品質(zhì)量差、維護(hù)管理水平低等諸多問題，必須加以改進(jìn)。
1.2 傳統(tǒng)橫差保護(hù)
以往的單元件橫差保護(hù)，其動(dòng)作電流約為(0.2～0.3)In，所用中性點(diǎn)連線的電流互感器變比選為0.25 In/5 A，所以舊式的單元件橫差保護(hù)的動(dòng)作電流約為發(fā)電機(jī)額定電流的二次值(5 A)，由于發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障用的老式橫差繼電器對(duì)三次諧波濾過比小于15，所以這樣的整定值就限制了保護(hù)正常動(dòng)作靈敏度的提高。
1.3 基波縱向零序過電壓保護(hù)
對(duì)于中性點(diǎn)側(cè)只有U，V，W三相引出三個(gè)端子的發(fā)電機(jī)，習(xí)慣上都裝設(shè)縱差保護(hù)以反應(yīng)內(nèi)部相間短路。為了保護(hù)發(fā)電機(jī)的定子繞組匝間短路或開焊故障，可增設(shè)縱向零序過電壓保護(hù)，但縱向零序過電壓保護(hù)裝置較復(fù)雜、靈敏度低，且可能引起某些誤跳閘。只有在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)三相僅引出三個(gè)端子，并裝設(shè)了縱差保護(hù)時(shí)才選用。
1.4轉(zhuǎn)子二次諧波電流保護(hù)
轉(zhuǎn)子諧波二次電流保護(hù)中啟動(dòng)元件與選擇元件的配合要求十分嚴(yán)格，容易發(fā)生誤動(dòng)作，整定較困難，須用專門的轉(zhuǎn)子回路電抗變壓器。只在發(fā)電機(jī)已確定中性點(diǎn)側(cè)僅引出三相三個(gè)端子，并決定裝設(shè)縱差保護(hù)而不可能裝設(shè)高靈敏橫差保護(hù)的情況下才選用。
1.5標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)
標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)不能反應(yīng)匝間短路和定子繞組開焊故障，且這種保護(hù)也需要發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)引出三相三個(gè)端子。
目前國(guó)內(nèi)300MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)均采用每相兩并聯(lián)分支、中性點(diǎn)僅引出三相的三個(gè)端子，普遍采用發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)和發(fā)電機(jī)—變壓器組縱差保護(hù)作為發(fā)電機(jī)—變壓器組內(nèi)部短路主保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)只有三相三個(gè)引出端子時(shí)，就無法裝設(shè)單元件橫差保護(hù)，這將影響整套繼電保護(hù)裝置的可靠性、靈敏性。
2 大機(jī)組內(nèi)部故障主保護(hù)的改進(jìn)方案
2.1 改進(jìn)方案
對(duì)于二手發(fā)電機(jī)大機(jī)組繼電保護(hù)的配置原則是：加強(qiáng)主保護(hù)，簡(jiǎn)化后備保護(hù)。因此針對(duì)傳統(tǒng)繼電保護(hù)出現(xiàn)的問題，提出一種由不完全縱差保護(hù)和高靈敏單元件橫差保護(hù)組成的雙重主保護(hù)配置方案。
改變發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的引出方式，將三相六個(gè)分支繞組分成兩組，其中一組僅將其中性點(diǎn)N1引出，另一組三相端子分別引出，并在發(fā)電機(jī)外接成第二中性點(diǎn)N2，N1與N2連接以便裝設(shè)單元件橫差保護(hù)，互感器TA1與TA2構(gòu)成發(fā)電機(jī)不完全縱差保護(hù)。許多理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)已證明：高靈敏單元件橫差保護(hù)具有發(fā)電機(jī)相間短路、匝間短路和定子繞組開焊的保護(hù)功能，特別簡(jiǎn)單、靈敏度高，可作為各類發(fā)電機(jī)的主保護(hù)。不完全縱差保護(hù)克服了傳統(tǒng)縱差保護(hù)不反映定子繞組匝間短路和開焊故障的缺陷，成為發(fā)電機(jī)內(nèi)部各種故障的第二主保護(hù)，方便地實(shí)現(xiàn)了大機(jī)組主保護(hù)的雙重化要求。采用這種方案的必要前提是發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)應(yīng)有四個(gè)引出端子。
2.2 改進(jìn)措施
a)對(duì)300MW及以上的汽輪二手發(fā)電機(jī)，只要中性點(diǎn)引出方式在發(fā)電機(jī)制造時(shí)稍作改變就可使用高靈敏單元件橫差保護(hù)，其功能超過縱差保護(hù)。
b)采用更換互感器，減少電流互感器變比，提高三次諧波濾過比，通過常規(guī)發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)、實(shí)測(cè)橫差保護(hù)不平衡基波和三次諧波電流來正確整定動(dòng)作電流等措施，把傳統(tǒng)橫差保護(hù)改造成高靈敏橫差保護(hù)。
c)不完全縱差保護(hù)是針對(duì)每相兩并聯(lián)分支的發(fā)電機(jī)提出的，采用比率制動(dòng)式繼電器，機(jī)端互感器選變比為In/5A，分支互感器選變比為0.5 In/5A，這種方式能反應(yīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部各種相間短路、匝間短路和分支繞組的開焊故障，如圖2所示。這種保護(hù)方式對(duì)發(fā)電機(jī)引出線短路有保護(hù)作用。但應(yīng)注意在每分支數(shù)很多(大于2)時(shí)，若某個(gè)不裝設(shè)互感器的分支發(fā)生故障，在裝設(shè)互感器的那些非故障分支中的電流可能很小，不完全縱差保護(hù)有可能拒絕動(dòng)作，因而在分支數(shù)較多時(shí)要慎用。
d)一般來說，當(dāng)二手發(fā)電機(jī)變壓器本身配置了雙重主保護(hù)時(shí)，不需要再設(shè)置發(fā)電機(jī)、變壓器自身的短路后備保護(hù)，這時(shí)可以在機(jī)端裝設(shè)全阻抗或偏移阻抗保護(hù)，兼顧機(jī)端和高壓母線相間短路故障，在升壓變壓器高壓側(cè)通常還裝設(shè)零序電流、零序電壓作為高壓側(cè)接地短路的后備保護(hù)。
2.3雙重主保護(hù)的作用
這種主保護(hù)方案可使發(fā)電機(jī)內(nèi)部各種相間短路、匝間短路和定子繞組開焊故障均得到雙重快速保護(hù)，同時(shí)還能使發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)機(jī)端引線的相間短路也有快速保護(hù)。當(dāng)每相分支數(shù)大于2時(shí)，在每相中性點(diǎn)側(cè)裝設(shè)互感器的分支數(shù)應(yīng)大于或等于n/2(n為每相分支數(shù))。
采用這種主保護(hù)配置方案時(shí)，可完全舍棄縱向零序電壓保護(hù)和二次諧波轉(zhuǎn)子電流保護(hù)。
3 對(duì)繼電保護(hù)的發(fā)展展望
繼電保護(hù)方式的發(fā)展經(jīng)歷了方向比較式、相位比較式、電流差動(dòng)式等階段，所使用的繼電器從電磁式到模擬靜止式，進(jìn)而發(fā)展到數(shù)字靜止式，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展、微型計(jì)算機(jī)和微處理器的出現(xiàn)，為繼電保護(hù)數(shù)字化開辟了廣闊前景，出現(xiàn)了以微機(jī)和光傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制保護(hù)系統(tǒng)。
微機(jī)保護(hù)具有下列特點(diǎn)：
a)保護(hù)功能由軟件實(shí)現(xiàn)；
b)采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)；
c)具有數(shù)字儲(chǔ)存功能，如過程記憶、錄波等；
d)容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方通信，接口簡(jiǎn)單；
e)具有自動(dòng)測(cè)試和監(jiān)視功能；
f)軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化；
g)公共數(shù)據(jù)可重復(fù)使用實(shí)現(xiàn)不同功能。