淺析發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行對變壓器保護(hù)的影響

梁東昇

摘要：發(fā)電機(jī)組從進(jìn)相運(yùn)行到滯相運(yùn)行的過程中，物理量的幅值和相位的變化可能會對變壓器產(chǎn)生消極影響，變壓器保護(hù)裝置易產(chǎn)生誤動作，進(jìn)而在一定程度上影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。本文從發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行角度對發(fā)電機(jī)組電壓器保護(hù)的影響進(jìn)行了分析，旨在為發(fā)電機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行提供一定的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)組；進(jìn)相運(yùn)行；變壓器保護(hù)

一、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)提供有功功率的同時(shí)還提供無功功率，定子電流滯后于端電壓一個(gè)角度，此種狀態(tài)稱為遲相運(yùn)行，也稱為滯相運(yùn)行。當(dāng)逐漸減少勵磁電流使發(fā)電機(jī)從向系統(tǒng)提供無功功率變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收無功功率，定子電流從滯后變?yōu)槌鞍l(fā)電機(jī)端電壓一個(gè)角度，此種狀態(tài)稱之為進(jìn)相運(yùn)行。

當(dāng)發(fā)電機(jī)組從滯相運(yùn)行變化到進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，伴隨著功率的增大，勵磁電壓、電流會在一定程度上有所減小。不管發(fā)電機(jī)是滯相運(yùn)行還是進(jìn)相運(yùn)行，發(fā)電機(jī)組三相電流與電壓均對稱，兩者之間的幅值與大小無變化，負(fù)序與零序分量輕微。當(dāng)發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)短路情況時(shí)，電流就會陡然增大，電壓也會隨之不穩(wěn)定，進(jìn)而出現(xiàn)負(fù)序與零序分量。由此可見，單純反映發(fā)電機(jī)定子、變壓器負(fù)序與零序電流、電壓量的保護(hù)受進(jìn)相運(yùn)行的影響極小[1]。

二、發(fā)電機(jī)變壓器的保護(hù)

前面已經(jīng)論述過單純反映發(fā)電機(jī)定子側(cè)電流量不受進(jìn)相運(yùn)行的影響，同時(shí)，單純反映發(fā)電機(jī)定子側(cè)的電壓量也不受進(jìn)相運(yùn)行的影響。一般情況下，如果發(fā)電機(jī)保持頻率不變，那么系統(tǒng)會在很大程度上保持穩(wěn)定狀態(tài)，低頻或高頻都不受進(jìn)相運(yùn)行的影響，電壓與頻率之間關(guān)系的比值也不受進(jìn)相運(yùn)行的影響，與此同時(shí)，非電量保護(hù)以及加壓、啟停也都不受進(jìn)相運(yùn)行的影響。通常來說，反映功率方向的保護(hù)動作區(qū)間通常位于坐標(biāo)的二三象限，而滯相運(yùn)行則在第一象限，進(jìn)相運(yùn)行位于第四象限，因而該量也不受進(jìn)相運(yùn)行的影響。對于反映功率增量方向判別的匝間保護(hù)，主要取決于負(fù)功率的增量方向以及零序電壓，匝間短路會導(dǎo)致定子繞組的失衡，進(jìn)而導(dǎo)致判別元件發(fā)生故障。發(fā)生故障與判別方向有關(guān)，但是與發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系不大，因而匝間保護(hù)從原理上來說同樣不受進(jìn)相運(yùn)行的影響。

失步保護(hù)通常是相對于大型發(fā)電機(jī)組而言的。如果發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)失步現(xiàn)象，那就會對機(jī)組和系統(tǒng)的安全產(chǎn)生一定的影響，一旦達(dá)到足以影響發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)系統(tǒng)的臨界值，失步保護(hù)便能自動實(shí)現(xiàn)跳閘或信號警報(bào)。當(dāng)發(fā)電機(jī)組發(fā)生振蕩或失步時(shí)，可以通過透鏡在機(jī)端對阻抗變化以及時(shí)間的變化進(jìn)行測量，并記錄滑極的次數(shù)，然后依靠判斷振蕩中心的方法看問題是發(fā)生在發(fā)電機(jī)內(nèi)部還是外部，以此來確定是否需要跳閘處理。一般來說，在發(fā)生失步的情況下，機(jī)端測量阻抗的軌跡會順時(shí)針依次穿過一、二、三、四象限并返回一象限區(qū)，只有穿過二、三象限的時(shí)間大于50毫秒才會被判定為一次滑極，三次滑極才會出現(xiàn)跳閘，綜合來看，進(jìn)相運(yùn)行對于失步保護(hù)的影響不大。

相對來說，低阻抗以及失磁保護(hù)極易受到進(jìn)相運(yùn)行的影響。隨著發(fā)電機(jī)從滯相運(yùn)行變化到進(jìn)相運(yùn)行，相應(yīng)的阻抗會從第一象限逐漸轉(zhuǎn)移到第四象限，在發(fā)生短路故障之后，反映的是短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗，而這通常與各象限電壓、電流等物理量的狀態(tài)無關(guān)[2]。阻抗的保護(hù)通常位于高壓變壓器的高壓一側(cè)，作為發(fā)電機(jī)、變壓器組和母線的后備保護(hù)。通常情況下，進(jìn)相運(yùn)行只是感受阻抗相位的變化，幅值不變，因此，圓特征的阻抗保護(hù)不受進(jìn)相運(yùn)行的影響。對于偏移圓特征的阻抗來說，正方向指向的是變壓器，其主要作為變壓器的后備保護(hù)，相反方向指向的是母線，其作為母線的后備保護(hù)，在正常運(yùn)行的情況下，不論是進(jìn)相運(yùn)行還是滯相運(yùn)行也都不會產(chǎn)生誤操作。

發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)主要有兩個(gè)判據(jù)，一是對轉(zhuǎn)子低壓的判斷，通過對勵磁電壓進(jìn)行測量然后判斷其是否小于動作數(shù)值。二是對傳統(tǒng)低阻抗的判斷，通過實(shí)際測量空載的勵磁電壓，然后在此基礎(chǔ)上計(jì)算磁路飽和，并考慮同步電阻以及系統(tǒng)電壓等物理量變化的影響，這樣算出的數(shù)據(jù)會更加準(zhǔn)確，可以在很大程度上避免由于數(shù)值模擬的誤差而造成的誤動作。失磁保護(hù)的阻抗圓常見的一種是靜穩(wěn)邊界圓，另一種是異步圓，此外，還有介于兩者之間的蘋果圓。發(fā)電機(jī)發(fā)生低勵或者失磁故障后，總是先通過靜穩(wěn)邊界，然后轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行。因此，靜穩(wěn)邊界圓比異步圓靈敏。由于靜穩(wěn)邊界圓存在第一、二象限的動作區(qū)，在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，當(dāng)進(jìn)相較深時(shí)，有可能誤動。在系統(tǒng)振蕩、進(jìn)相深度過深時(shí)，三相不平衡以及機(jī)組特性差異等因素下，都有可能造成保護(hù)誤動作而停機(jī)解列。因此，通常情況下最好對其采取異步圓的跳閘方式，可以在很大程度上確保進(jìn)相運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的誤操作情況。

綜合來看，失磁保護(hù)會對發(fā)電機(jī)變壓器的保護(hù)產(chǎn)生影響。在實(shí)際調(diào)查工作中發(fā)現(xiàn)，勵磁調(diào)節(jié)器在進(jìn)相較深的情況下，機(jī)組會不穩(wěn)定，在繼續(xù)失穩(wěn)的情況下勵磁電壓急劇下降，因此可通過勵磁調(diào)節(jié)器來進(jìn)行改善。

三、結(jié)語

通過分析發(fā)電機(jī)從進(jìn)相運(yùn)行到滯相運(yùn)行過程中各個(gè)物理量的幅值和相位的變化，以及對相應(yīng)的變壓器保護(hù)裝置可能產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的進(jìn)相運(yùn)行會對感受阻抗的保護(hù)產(chǎn)生一定的影響，需根據(jù)實(shí)際情況對發(fā)電機(jī)的保護(hù)裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1] 李曉川.呂健.25MW發(fā)電機(jī)組主保護(hù)與短線路差動保護(hù)的應(yīng)用及校驗(yàn)方法[J].電工技術(shù)，2017（4）： 123-125.

[2] 呂健.失磁保護(hù)在金新化工25MW發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用及校驗(yàn)方法[J].電工技術(shù)，2016（10）：78-80.