湾头水电站继电保护系统设计
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湾头水电站保护按对象一对一设置，分别设有发电 机保护、主变保护、厂变保护、闸坝变保护、备用变保护、 联络线保护、母线保护、线路保护。保护装置全部采用 南瑞继保公司的微机保护装置，主变压器及发电机均采 用主、备保护独立分开装置方式，并组成相应屏柜。各 保护装置通过硬布线分别与电站监控系统相应的 LCU 屏柜连接，输 出 重 要 的 保 护 动 作 信 号 和 报 警 信 号。 此 外，保护系统还通过自已组网，设有保护工作站，负责采 集整个电站保护装置的保护和录波信息，建立实时数据 库，负责对各保护装置进行管理。在工作站可查询各电 气一次设备的保护状态、实时事件、历史事件、故障录波
第5 期 2011 年 5 月
广东水利水电 GUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWER
No． 5 May． 2011
湾头水电站继电保护系统设计
苏兆景，陈 勇，古晓丽
( 广东省水利电力规划勘测设计研究院，广东 广州 510635)
摘 要: 针对湾头水电站的主接线方式，介绍了电站继电保护系统的设计特点，阐述了发电机、主变压器、站用变压器、联络 线、母线及 110kV 出线线路的保护配置方案。 关键字: 湾头水电站; 继电保护; 设计 中图分类号: TM774 文献标识码: B 文章编号: 1008 － 0112( 2011) 05 － 0065 － 02
图 6 机组振动摆度监测
( 本文责任编辑 马克俊)
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图 3 主变压器保护配置测量示意
电流保护实现; 对于实际运行中出现的变压器过负荷， 设有过负荷保护。
电站变压器保护装置安装于保护屏内，全站共设 2 块变压器保护屏，分别为“1# 主变 \ 厂变 \ 闸坝变保护 屏”，“2#主变 \ 厂变 \ 备用变保护屏”。
本文根据湾头水电站主接线接线方式，简要介绍了 湾头水电站继电保护系统设计方案及配置特点，现工程 已成功投入运行近 1a，本文的设计经验对国内同类型 工程的设计具有一定的参考意义。
参考文献: ［1］ 中华人民共和国国家标准委员会． GB / T 14285 － 2006 继
电保护和安全自动装置技术规程［S］． 2006． ［2］ 中华人民共和国国家经济贸易委员会． DL / T5177 － 2003
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2011 年 5 月 第 5 期
苏兆景，等: 湾头水电站继电保护系统设计
No． 5 May． 2011
wenku.baidu.com
地保护。 对于过负荷引起的定子绕组的过电流，配置定子绕
组过负荷保护。 对于发电 机 定 子 绕 组 异 常 过 电 压，配 置 过 电 压 保
护。 对于励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障，配
1 概述 湾头水电站位于韶关市浈江区与仁化县大桥镇交
界 处，电 站 采 用 灯 泡 贯 流 式 机 组，总 装 机 容 量 为 310MW，单 机 最 大 出 力 为 12MW，年 最 大 发 电 量 为 11 629万 kWh。
湾头水电站发电机额定电压为 6. 3kV。6. 3kV 电 压侧分为 3 段母线，即其中 1 台机组与 1 台 12 500kVA 主变压器组成 1 个单母线接线接于Ⅰ段母线，另 2 台机 组与另 1 台 25 000kVA 主变压器组成 1 个扩大单元接 线接于Ⅱ段母线，闸坝变压器及备用变压器接于Ⅲ段母 线。2 台厂用变压器分别接于发电机电压Ⅰ段、Ⅱ段母 线，110kV 电压侧采用“二进一出”单母线接线。主变 压器高压侧设有断路器，低压侧设有隔离开关，3 段母 线间设联络断路器，每台发电机出口均设有断路器，详 见图 1。 2 继电保护系统设计要点
厂变压器主保护的后备保护，对于低压侧单相接地短路
故障，利用高压侧的定时限过
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2011 年 5 月 第 5 期
金世国: 云南红河马堵山水电站 100MW 水轮发电机组安装工艺
No． 5 May． 2011
4. 8 油槽冲油 轴瓦间隙调整符合要求后，进行测温电阻、油温计
及油位高度测量装置等自动化元件安装，并对油槽进行 冲油，首次冲油到最高油位，检查各处密封是否良好，然 后将油位调整为正常油位即可。 5 结语
图 1 湾头水电站一次系统接线示意
分析等数据。 2. 1 发电机 / 励磁变保护配置
根据相关 规 程 规 范［1］，结 合 湾 头 水 电 站 发 电 机 组 的容量和电 压 等 级 考 虑，发 电 机 应 对 定 子 绕 组 相 间 短 路、接地、匝间短路、发电机外部相间短路、定子绕组过 电压、过负荷、发电机逆功率等各种故障及异常状态，装 设相应的保护。
其中，主变压器保护由 RCS － 9661C 变压器非电量 保护装置、RCS － 9671C 变压器差动保护装置、RCS － 9681C 变压器后备保护测控装置( 高压侧及低压侧共 2 块) 组成; 纵联差动保护由 RCS － 9671C 装置实现; 复合 电压过电流保护、过负荷保护、隙零序电流电压保护、零 序电流保护主变压器保护由 RCS － 9681C 装置实现; 瓦 斯保护等非电量保护由 RCS － 9661C 装置实现。
配有筒阀结构的半伞式混流式水轮发电机组安装 主要通过对机组主要部件的予装配来保证各部件的同 心度和受力部件的水平，通过对机组轴线分步检查和盘 车检查、调 整 保 证 轴 线 的 中 心 和 垂 直 度。 马 堵 山 电 站 3 # 机组并网 发 电 后，机 组 各 部 振 动 和 摆 度 均 符 合 要 求 ( 见图 6) 。通过总结马堵山电站 3#机组安装工艺，为今 后同类机组的安装提供参考。
电压过电流保护。复合电压过电流保护作为主变压器
主保护的后备保护。
但在校验 2# 变压器低压侧复合电压过电流保护灵
敏度时，该灵敏度不满足要求。原因是主变低压侧接有
2 台发电机，该主变压器容量大小是根据 2 台发电机同
时运行确定，所以只有 1 台发电机运行时，所提供最小
两相短路电流必然很小，当其中 1 台发电机运行时，复
高及油箱压力过高和冷却系统故障等各种故障及异常
状态装设相应的保护。
对于主变压器绕组及其引出线相间短路障，湾头主
变保护设有纵联差动保护，作为主变压器的主保护。
对于主变压器外部短路引起的过电流，分以下 2 种
情况分别考虑: 倒送电运行时，在主变高压侧设有复合
电压过电流保护; 发电运行时，在主变低压侧设有复合
合电压过电流保护常不满足灵敏度要求。
因此，当 1 台发电机单独运行时，采取主变可以按
照单台发电 机 的 额 定 工 作 电 流 进 行 整 定，经 灵 敏 度 校
验，该定值满足要求。
对于在实际运行中出现的荷载过大超过额定电流，
引起设备绝缘加速老化，造成故障，设有过负荷保护。
对于主变 压 器 壳 内 故 障 和 油 面 降 低，设 有 瓦 斯 保
对于定子绕组及其引出线相间短路故障，配置纵联 差动保护，作为发电机主保护。对于发电机外部相间短 路故障，配置复合电压起动过流保护，作为发电机后备 保护。
对于发电机定子绕组的单相接地故障，配置单相接
收稿日期: 2011 － 03 － 11; 修回日期: 2011 － 03 － 30 作者简介: 苏兆景( 1984 － ) ，男，本科，助理工程师，从事电气二次设计工作。
护。瓦斯保护分重瓦斯保护和轻瓦斯保护，当变压器壳
内故障，由于绝缘油分解排出大量气体，使变压器油面
急剧降低时，重瓦斯保护瞬时动作; 当变压器内部故障
不严重时，则轻瓦斯保护动作。
对于变压器温度升高，设有温度保护。
湾头水电站 2 台主变压器的运行方式分别为经过
放电间隙接地运行和直接接地运行，对于这 2 种接地方
水利发电厂继电保护设计导则［S］. 2003． ［3］ 湾头水电站接入 110kV 良村变电站工程初步设计说明书
［R］．
( 本文责任编辑 马克俊)
·72·
湾头水电站主变压器保护测量接线见图 3。
2. 2. 2 厂变、闸坝、备用变保护
湾头设有 2 台厂用变压器、1 台闸坝变压器、1 台备
用变压器，接线方式为 D，yn11，对于这种容量比较小的
厂变压器绕组及其引出线相间短路故障，设有电流速断
保护，作为厂变压器的主保护; 对于厂变压器外部相间
短路故障，在厂变高压侧设有定时限过电流保护，作为
式，单相接地保护的配置方法也是有所区别的。经放电
间隙接地运行的变压器，对于外部单相接地短路引起的
过电流，以 及 失 去 中 性 点 引 起 的 变 压 器 中 性 点 电 压 升
高，设有间隙零序电流电压保护，延时跳主变各压侧断
路器; 中性点直接接地运行的变压器，对于单相接地引
起的变压器过电流，设零序电流保护。
另外，湾头水电站侧设 110kV 线路保护［3］，由 3 段 相间和接地距离保护、4 段零序方向过流保护构成，采 用南瑞继保公司 RCS － 941A 保护装置，独立组屏。为 防止母线故障，湾头水电站还设有 110kV 母线保护，采 用南瑞公司 RCS － 915AB 保护装置，独立组屏。 4 结论
置失磁保护。 对于发电机转子一点接地故障，配置转子一点接地
保护。 对于贯流式机组变成电动机运行模式的异常情况，
配置逆功率保护。 发电机保护测量系统接线见图 2。
图 2 发电机保护配置测量示意
对于每台发电机组，设置 1 块发电机保护屏。其 中，发电机纵联差动保护、转子一点接地保护、定子负荷 保护、CT 断线判别功能等功能由 RCS － 985RS 保护装 置实现; 复合电气闭锁电流保护、定子接地保护、失磁保 护、定子接地保护、逆功率保护、过电压保护等功能则由 RCS － 985SS 保护装置实现。 2. 2 变压器保护配置 2. 2. 1 主变压器保护
湾头水电站 2 台主变接线方式为 YN，d11。根据相 关 规 程 规 范［1］，结 合 湾 头 水 电 站 变 压 器 的 容 量 和 电 压 等级考虑，对变压器绕组及其引出线的相间短路和中性 点接地侧的接地短路、绕组匝间短路、外部短路引起的 过电流、中 性 点 直 接 接 地 电 网 中 外 部 短 路 引 起 的 过 电 流、中性点过电压、过负荷、过励磁、中性点非有效接地 侧的单相接地故障、油面降低、变压器油温、绕组温度过 ·66·
厂用变压器及闸坝变压器变压器保护由一个 RCS
－ 9621C 装置实现，并分别配置了电流速断保护、定时 限过电流保护、过负荷保护功能。 3 其它保护配置
湾头水电站 6. 3kV 电压侧共 3 段母线，母线间设 有联络线断路器。在 2 段联络线上设置各 1 套定时限 过电流保护，采用 RCS － 9611C 保护装置，装置分别装 设在 1#发电机保护屏和 2#发电机保护屏上。
第5 期 2011 年 5 月
广东水利水电 GUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWER
No． 5 May． 2011
湾头水电站继电保护系统设计
苏兆景，陈 勇，古晓丽
( 广东省水利电力规划勘测设计研究院，广东 广州 510635)
摘 要: 针对湾头水电站的主接线方式，介绍了电站继电保护系统的设计特点，阐述了发电机、主变压器、站用变压器、联络 线、母线及 110kV 出线线路的保护配置方案。 关键字: 湾头水电站; 继电保护; 设计 中图分类号: TM774 文献标识码: B 文章编号: 1008 － 0112( 2011) 05 － 0065 － 02
图 6 机组振动摆度监测
( 本文责任编辑 马克俊)
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图 3 主变压器保护配置测量示意
电流保护实现; 对于实际运行中出现的变压器过负荷， 设有过负荷保护。
电站变压器保护装置安装于保护屏内，全站共设 2 块变压器保护屏，分别为“1# 主变 \ 厂变 \ 闸坝变保护 屏”，“2#主变 \ 厂变 \ 备用变保护屏”。
本文根据湾头水电站主接线接线方式，简要介绍了 湾头水电站继电保护系统设计方案及配置特点，现工程 已成功投入运行近 1a，本文的设计经验对国内同类型 工程的设计具有一定的参考意义。
参考文献: ［1］ 中华人民共和国国家标准委员会． GB / T 14285 － 2006 继
电保护和安全自动装置技术规程［S］． 2006． ［2］ 中华人民共和国国家经济贸易委员会． DL / T5177 － 2003
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苏兆景，等: 湾头水电站继电保护系统设计
No． 5 May． 2011
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地保护。 对于过负荷引起的定子绕组的过电流，配置定子绕
组过负荷保护。 对于发电 机 定 子 绕 组 异 常 过 电 压，配 置 过 电 压 保
护。 对于励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障，配
1 概述 湾头水电站位于韶关市浈江区与仁化县大桥镇交
界 处，电 站 采 用 灯 泡 贯 流 式 机 组，总 装 机 容 量 为 310MW，单 机 最 大 出 力 为 12MW，年 最 大 发 电 量 为 11 629万 kWh。
湾头水电站发电机额定电压为 6. 3kV。6. 3kV 电 压侧分为 3 段母线，即其中 1 台机组与 1 台 12 500kVA 主变压器组成 1 个单母线接线接于Ⅰ段母线，另 2 台机 组与另 1 台 25 000kVA 主变压器组成 1 个扩大单元接 线接于Ⅱ段母线，闸坝变压器及备用变压器接于Ⅲ段母 线。2 台厂用变压器分别接于发电机电压Ⅰ段、Ⅱ段母 线，110kV 电压侧采用“二进一出”单母线接线。主变 压器高压侧设有断路器，低压侧设有隔离开关，3 段母 线间设联络断路器，每台发电机出口均设有断路器，详 见图 1。 2 继电保护系统设计要点
厂变压器主保护的后备保护，对于低压侧单相接地短路
故障，利用高压侧的定时限过
( 下转第 72 页)
2011 年 5 月 第 5 期
金世国: 云南红河马堵山水电站 100MW 水轮发电机组安装工艺
No． 5 May． 2011
4. 8 油槽冲油 轴瓦间隙调整符合要求后，进行测温电阻、油温计
及油位高度测量装置等自动化元件安装，并对油槽进行 冲油，首次冲油到最高油位，检查各处密封是否良好，然 后将油位调整为正常油位即可。 5 结语
图 1 湾头水电站一次系统接线示意
分析等数据。 2. 1 发电机 / 励磁变保护配置
根据相关 规 程 规 范［1］，结 合 湾 头 水 电 站 发 电 机 组 的容量和电 压 等 级 考 虑，发 电 机 应 对 定 子 绕 组 相 间 短 路、接地、匝间短路、发电机外部相间短路、定子绕组过 电压、过负荷、发电机逆功率等各种故障及异常状态，装 设相应的保护。
其中，主变压器保护由 RCS － 9661C 变压器非电量 保护装置、RCS － 9671C 变压器差动保护装置、RCS － 9681C 变压器后备保护测控装置( 高压侧及低压侧共 2 块) 组成; 纵联差动保护由 RCS － 9671C 装置实现; 复合 电压过电流保护、过负荷保护、隙零序电流电压保护、零 序电流保护主变压器保护由 RCS － 9681C 装置实现; 瓦 斯保护等非电量保护由 RCS － 9661C 装置实现。
配有筒阀结构的半伞式混流式水轮发电机组安装 主要通过对机组主要部件的予装配来保证各部件的同 心度和受力部件的水平，通过对机组轴线分步检查和盘 车检查、调 整 保 证 轴 线 的 中 心 和 垂 直 度。 马 堵 山 电 站 3 # 机组并网 发 电 后，机 组 各 部 振 动 和 摆 度 均 符 合 要 求 ( 见图 6) 。通过总结马堵山电站 3#机组安装工艺，为今 后同类机组的安装提供参考。
电压过电流保护。复合电压过电流保护作为主变压器
主保护的后备保护。
但在校验 2# 变压器低压侧复合电压过电流保护灵
敏度时，该灵敏度不满足要求。原因是主变低压侧接有
2 台发电机，该主变压器容量大小是根据 2 台发电机同
时运行确定，所以只有 1 台发电机运行时，所提供最小
两相短路电流必然很小，当其中 1 台发电机运行时，复
高及油箱压力过高和冷却系统故障等各种故障及异常
状态装设相应的保护。
对于主变压器绕组及其引出线相间短路障，湾头主
变保护设有纵联差动保护，作为主变压器的主保护。
对于主变压器外部短路引起的过电流，分以下 2 种
情况分别考虑: 倒送电运行时，在主变高压侧设有复合
电压过电流保护; 发电运行时，在主变低压侧设有复合
合电压过电流保护常不满足灵敏度要求。
因此，当 1 台发电机单独运行时，采取主变可以按
照单台发电 机 的 额 定 工 作 电 流 进 行 整 定，经 灵 敏 度 校
验，该定值满足要求。
对于在实际运行中出现的荷载过大超过额定电流，
引起设备绝缘加速老化，造成故障，设有过负荷保护。
对于主变 压 器 壳 内 故 障 和 油 面 降 低，设 有 瓦 斯 保
对于定子绕组及其引出线相间短路故障，配置纵联 差动保护，作为发电机主保护。对于发电机外部相间短 路故障，配置复合电压起动过流保护，作为发电机后备 保护。
对于发电机定子绕组的单相接地故障，配置单相接
收稿日期: 2011 － 03 － 11; 修回日期: 2011 － 03 － 30 作者简介: 苏兆景( 1984 － ) ，男，本科，助理工程师，从事电气二次设计工作。
护。瓦斯保护分重瓦斯保护和轻瓦斯保护，当变压器壳
内故障，由于绝缘油分解排出大量气体，使变压器油面
急剧降低时，重瓦斯保护瞬时动作; 当变压器内部故障
不严重时，则轻瓦斯保护动作。
对于变压器温度升高，设有温度保护。
湾头水电站 2 台主变压器的运行方式分别为经过
放电间隙接地运行和直接接地运行，对于这 2 种接地方
水利发电厂继电保护设计导则［S］. 2003． ［3］ 湾头水电站接入 110kV 良村变电站工程初步设计说明书
［R］．
( 本文责任编辑 马克俊)
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湾头水电站主变压器保护测量接线见图 3。
2. 2. 2 厂变、闸坝、备用变保护
湾头设有 2 台厂用变压器、1 台闸坝变压器、1 台备
用变压器，接线方式为 D，yn11，对于这种容量比较小的
厂变压器绕组及其引出线相间短路故障，设有电流速断
保护，作为厂变压器的主保护; 对于厂变压器外部相间
短路故障，在厂变高压侧设有定时限过电流保护，作为
式，单相接地保护的配置方法也是有所区别的。经放电
间隙接地运行的变压器，对于外部单相接地短路引起的
过电流，以 及 失 去 中 性 点 引 起 的 变 压 器 中 性 点 电 压 升
高，设有间隙零序电流电压保护，延时跳主变各压侧断
路器; 中性点直接接地运行的变压器，对于单相接地引
起的变压器过电流，设零序电流保护。
另外，湾头水电站侧设 110kV 线路保护［3］，由 3 段 相间和接地距离保护、4 段零序方向过流保护构成，采 用南瑞继保公司 RCS － 941A 保护装置，独立组屏。为 防止母线故障，湾头水电站还设有 110kV 母线保护，采 用南瑞公司 RCS － 915AB 保护装置，独立组屏。 4 结论
置失磁保护。 对于发电机转子一点接地故障，配置转子一点接地
保护。 对于贯流式机组变成电动机运行模式的异常情况，
配置逆功率保护。 发电机保护测量系统接线见图 2。
图 2 发电机保护配置测量示意
对于每台发电机组，设置 1 块发电机保护屏。其 中，发电机纵联差动保护、转子一点接地保护、定子负荷 保护、CT 断线判别功能等功能由 RCS － 985RS 保护装 置实现; 复合电气闭锁电流保护、定子接地保护、失磁保 护、定子接地保护、逆功率保护、过电压保护等功能则由 RCS － 985SS 保护装置实现。 2. 2 变压器保护配置 2. 2. 1 主变压器保护
湾头水电站 2 台主变接线方式为 YN，d11。根据相 关 规 程 规 范［1］，结 合 湾 头 水 电 站 变 压 器 的 容 量 和 电 压 等级考虑，对变压器绕组及其引出线的相间短路和中性 点接地侧的接地短路、绕组匝间短路、外部短路引起的 过电流、中 性 点 直 接 接 地 电 网 中 外 部 短 路 引 起 的 过 电 流、中性点过电压、过负荷、过励磁、中性点非有效接地 侧的单相接地故障、油面降低、变压器油温、绕组温度过 ·66·
厂用变压器及闸坝变压器变压器保护由一个 RCS
－ 9621C 装置实现，并分别配置了电流速断保护、定时 限过电流保护、过负荷保护功能。 3 其它保护配置
湾头水电站 6. 3kV 电压侧共 3 段母线，母线间设 有联络线断路器。在 2 段联络线上设置各 1 套定时限 过电流保护，采用 RCS － 9611C 保护装置，装置分别装 设在 1#发电机保护屏和 2#发电机保护屏上。