發(fā)電機進相運行對發(fā)電機變壓器保護的影響研究

袁業(yè)

摘要：目前，我國已基本完成了大容量、高電壓、遠距離的現(xiàn)代化電網(wǎng)體系建設。當系統(tǒng)負荷保持較低水平時電力系統(tǒng)中的感性無功過剩，將導致電網(wǎng)系統(tǒng)整體電壓上升，嚴重的可能達到運行電壓上限水平。這不僅會使輸送電能質(zhì)量降低，也會帶來一定的安全隱患。為此，研究發(fā)電機變壓器保護機制有著極為現(xiàn)實的意義。本文就發(fā)電機變壓器保護受到的發(fā)電機進相運行的影響進行分析，以供參考。

關鍵詞：發(fā)電機;進相運行;變壓器保護

近年來國家加快了大容量、超高壓、遠距離的電網(wǎng)建設。不同地區(qū)發(fā)展水平存在明顯的差異，導致電力需求也存在明顯的差異?；谶@一原因電力系統(tǒng)若處于低谷運行時電壓容易升高。這一點在電力樞紐點最為明顯，也容易導致發(fā)電機變壓器受到損傷。就預防措施來講，發(fā)電機進相運行具有不少優(yōu)點，包括成本低、調(diào)壓平滑、使用簡便等，因而在電網(wǎng)系統(tǒng)中得到了大量的應用。

1、發(fā)電機進相運行的概述

發(fā)電機在正常工作時，不僅會提供有功功率，也提供無功功率。遲相運行即所謂的滯相運行，是指定子電流滯后于端電壓一個角度的狀態(tài)[1]。進相運行是指一種狀態(tài)，如果勵磁電流逐步變小，發(fā)電機會出現(xiàn)明顯變化，從為系統(tǒng)提供無功功率改為從系統(tǒng)中吸收無功功率，同時，定子電流從滯后改為超前發(fā)電機端電壓一個角度。發(fā)電機組從遲相運行轉(zhuǎn)變?yōu)檫M相運行，在此過程中功率逐步變大，勵磁電壓、電流會相應變小。無論發(fā)電機處于何種狀態(tài)（進相運行或滯相運行），發(fā)電機組三相電流與電壓都是對稱的，二者間幅值以及大小沒有更改，負序與零序分量較為輕微。若發(fā)電機組有短路問題發(fā)生，電流會迅速變大，電壓也變得不穩(wěn)定，此時就會形成負序與零序分量。

2、發(fā)電機進相運行對變壓器的保護分類與保護措施

2.1保護分類

（1）單一反應定子側(cè)電流量保護。根據(jù)“同滯相”的進相特點進行分析，保護類型除了發(fā)電機差動、變電阻差動、變壓器差動以外，還包括非全相保護、過電流保護、不對稱過負荷、對稱過負荷等。以上對應的常見故障主要是會形成較大差動電流，可見電流增加顯著，包括正序電流、零序電流、負向電流、負序/零序電流[2]。

（2）反應頻率或頻率與電壓關系的保護。當發(fā)動機處于進相運行狀態(tài)時其頻率是固定的，系統(tǒng)保持穩(wěn)定，此種背景下高頻保護與低頻保護均不會受到發(fā)電機進相運行的干擾。從過激磁保護的層面分析，U/f可以用于表示感應電壓和頻率二者間的關系，它們很難受到發(fā)電機進相運行的干擾。

（3）單一反應定子側(cè)電壓量保護。根據(jù)“同滯相”的進相特點可以發(fā)現(xiàn)，將保護的類型主要劃分為三種，除了定子接地保護（95%、100%）外，還包括匝間保護、發(fā)電機過電壓保護。

這些故障特點分別是中性點周邊發(fā)生接地故障、基波電流出現(xiàn)、縱向基波零序電壓增加。

（4）非電量保護和正常運行時退出的保護。通常它們都不會被發(fā)電機進相運行所干擾。其中，涉及到瓦斯保護、啟停爐保護，也包括突加電壓保護、升溫保護。

（5）反應感受阻抗保護。大量實踐顯示，低阻抗、失磁和失步保護屬于發(fā)電機進相運行過程中三大影響因素[3]。當發(fā)電機從滯相運行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫M相運行時，在此過程中繼電器感受抗阻將從Z進入Z’，這一過程用時非常短，特別是系統(tǒng)短路的時候，感受阻抗將在剎那間進入Zd區(qū)域。不過此過程僅僅是反映短路部位與保護安裝部位間的阻抗，和正常運行條件下的工況無關聯(lián)。另外，主變壓器高壓側(cè)對阻抗保護的實現(xiàn)給予了極大的支持，這說明它屬于變壓器機組與發(fā)電機組的備用保護措施。它的設定是當阻抗相位發(fā)生更改時幅值不會有所波動。

（6）失步保護。該措施主要適用于大型發(fā)電機組，若系統(tǒng)出現(xiàn)失步，并威脅到整個機組或系統(tǒng)的安全時，就會出現(xiàn)跳閘或信號警報等動作。

（7）失磁保護。判斷發(fā)電機失磁保護的依據(jù)包括兩個，一是判斷轉(zhuǎn)子低壓，測量勵磁電壓再評估分析其是否比動作數(shù)值小。二是分析傳統(tǒng)低阻抗，通過檢測空載狀態(tài)下勵磁電壓大小算出磁路飽和，同時，需要將相關物理量改變引發(fā)的影響考慮進來，包括同步電阻、系統(tǒng)電壓等物理量，最終獲得更為準確的數(shù)據(jù)。這樣能有效防止因為數(shù)值模擬方面的誤差所引起的誤動作。就失磁保護的阻抗圓來說，主要類型包括異步圓、靜穩(wěn)邊界圓、蘋果圓。其中，蘋果圓是介于前兩種圓之間的一種圓。當發(fā)電機出現(xiàn)低勵或失磁等問題后，通常是先經(jīng)過靜穩(wěn)邊界，之后進入異步運行狀態(tài)。由此可見，異步圓的靈敏性要弱于靜穩(wěn)邊界圓。對于靜穩(wěn)邊界圓來說，存在第一、二象限的動作區(qū)，當處于進相運行狀態(tài)時，如果進相比較深則可能出現(xiàn)誤動。引發(fā)保護誤動作的原因常見的是在系統(tǒng)振蕩、進相過深的時候，三相不平衡、機組特性差異等因素導致的?；诖?，通常選擇的處理辦法就是異步圓跳閘，能夠盡量避免在進相運行的過程中不會出現(xiàn)實質(zhì)性的誤操作。

2.2保護措施

為了最大限度消除發(fā)電機進相運行對變壓器保護所產(chǎn)生的影響，重點是如何解決系統(tǒng)低谷運行條件下無用功過多的問題。為此，可采取三種措施。一是關于長距離高壓線路傳輸措施。對變壓器保護造成威脅的物理因素主要是高電壓、長距離、大容量的線路。為吸收過多的無功，一般可使用串/并聯(lián)電阻器，，以使整個線路電壓下降。二是利用電力負荷中心的調(diào)相措施。通過電力負荷中心配備的調(diào)相機設備，用于為此系統(tǒng)所需的電壓標準要求。此法存在一定的局限性，設備需安裝在較大的場地上，成本較高，而且安全性也不高。如果調(diào)相機有故障發(fā)生，整個電網(wǎng)將處于無保護狀態(tài)，因此，不適宜大范圍使用。三是采用發(fā)電機組吸收過剩無功。發(fā)電機表現(xiàn)為無功負荷為負的狀態(tài)屬于進相運行過程中的主要特點。為了讓發(fā)電機組吸收系統(tǒng)中多余的無功，一般可將勵磁系統(tǒng)輸入量進行更改，從而消解整個電網(wǎng)中的電勢。此法具有操作容易、成本小、安全可靠等優(yōu)點，也是當前常用的方式。

3、結語

總之，通過分析發(fā)電機進相運行對發(fā)電機變壓器所造成的影響后應采取有效的措施來保護變壓器，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]張偉.小議發(fā)電機進相運行對發(fā)電機變壓器的影響[J].電工技術，2016，（4）：86-87.

[2]梁東昇.淺析發(fā)電機進相運行對變壓器保護的影響[J].發(fā)明與創(chuàng)新.大科技，2018，（8）：28，30.

[3]孫利峰.淺析發(fā)電機進相運行對變壓器保護的影響[J].電子樂園，2020，（7）：163-163.