发电机进相运行对发电机变压器保护的影响

发电机进相运行对发电机变压器保护的影响

杜海青

内蒙古大唐国际锡林浩特发电有限责任公司，内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市， 026000

摘要：为了实现电力稳定供应，我国近年来加快了大容量、超高压、长距离的电网建设。然而考虑到区域经济发展不平衡造成的电力需求差异，容易导致电力系统低谷运行过程中的电压偏高现象，尤其在电力枢纽点较为严重，容易造成发电机变压器的破坏。在预防机制中，由于发电机进相运行存在投资小、操作简单、调压平滑等优势，因此得到了广泛的应用。本文从发电机进相运行角度对发电机组电压器保护的影响进行了分析，旨在为发电机组的正常稳定运行提供一定的技术支持。本文通过分析发电机组进相运行的原理与特性，阐述了发电机变压器保护的分类，深入探究了降低发电机进相运行给发电机变压器保护带来影响的策略，以期提高发电机变压器的保护水平，确保电力安全传输。

关键词：发电机组；进相运行；变压器保护

1发电机组进相运行的原理和特性

1.1发电机组进相运行的原理

发电机正常运行过程中，它会发出两种功率，达到负荷的目标，分别是有功功率和无功功率。发电机进相运行的原理是正常运行的发电机为系统提供的有功和无功，一旦定子电流落后于端电压一个角度状态，它进行迟相运行。发电机提供无功给系统，到从系统吸收无功，定子电流从滞后转化为超前发电机端电压的一个角度，这个状态叫做进相运行。其稳定极限的影响因素是：通常它受外接电抗、发电机短路比、自动励磁调节器性能和能否进行投运等因素的影响。进相运行过程中发电机定子端部漏磁比迟相运行时增多。大型发电机线负荷高，当它正常运转时，顶端漏磁将会增大。端部铁芯压指连接片进相运行时，温度会伴随着漏磁增加而温度不断上升。厂用电电压伴随着发电机端部的电压下降而下降，如果超出，那么厂用电就会受到严重影响。所以，同步发电机实行进相运行时，一定要通过相关试验，确定进相运行的深度。

1.2发电机进相运行的特性

当系统供给的感性无功功率多于需要时，将引起系统电压升高，要求发电机少发无功甚至吸收无功，此时发电机可以由迟相运行转变为进相运行。发电机正常运行时，流经发电机转子绕组的励磁电流IL，在发电机内建立磁场，使定子绕组产生空载电动势Eq，改变励磁电流IL的大小，可使Eq产生相应变化，若忽略磁场饱和，则Eq和IL是成正比的关系。

进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大，因为漏磁增大，会引起定子铁芯端部温升加剧，进相运行时发电机端部电压降低，厂用电电压也相应降低，如果超出10%将影响厂用电运行[1]。

2发电机变压器的保护分类

2.1单一反应定子侧电流量保护

基于“同滞相”的进相特征分析，主要的保护类型包括发电机差动、变电阻差动、变压器差动、过电流保护、对称过负荷、不对称过负荷、非全相保护等，相应地故障特征包括产生较大差动电流、电流明显增大、正序电流明显变大、负向电流明显变大、零序电流明显变大、负序/零序电流明显变大。

2.2单一反应定子侧电压量保护

基于“同滞相”的进相特征分析，主要的保护类型包括定子接地保护（95%、100%）、发电机过电压保护、匝间保护等，故障特征分别对应为产生基波电流、中性点附近接地故障、机端电压增大、纵向基波零序电压升高[2]。

2.3反应频率或频率与电压关系的保护

发电机进相运行过程中保持频率不变，系统呈现稳定状态，在该条件下无论高频保护或者低频保护都不受发电机进相运行的影响。对于过激磁保护而言，感应电压和频率之间的关系可表示为U/f，电机进相运行不会对两者造成影响。

2.4非电量保护和正常运行时退出的保护

包括升温保护、瓦斯保护、突加电压保护、启停炉保护等，非电量保护以及正常运行退出都不会受到进相运行的影响。

2.5反应感受阻抗保护

实践证明，发电机进相运行中影响最大的是低阻抗、失磁和失步保护，发电机由滞相运行向进相运行的转进过程中，这一过程发生的时间很短，尤其是在系统出现短路的情况下，感受抗阻会瞬间进入一定区域。值得一提的是，这一过程反应的知识短路点和保护安装点之间的抗阻，与正常运行状态下的工况没有任何关系；同时，阻抗保护的实现依赖于主变压器高压侧的支持，即本质上是作为变压器机组、发电机组的备用保护机制。很显然，这种保护机制的设定在出现阻抗相位变化的同时不会导致辐值变化。

　　失步保护通常是相对于大型发电机组而言的。如果发电机组出现失步现象，那就会对机组和系统的安全产生一定的影响，一旦达到足以影响发电机组和电网系统的临界值，失步保护便能自动实现跳闸或信号警报。当发电机组发生振荡或失步时，可以通过透镜在机端对阻抗变化以及时间的变化进行测量，并记录滑极的次数，然后依靠判断振荡中心的方法看问题是发生在发电机内部还是外部，以此来确定是否需要跳闸处理。一般来说，在发生失步的情况下，机端测量阻抗的轨迹会顺时针依次穿过一、二、三、四象限并返回一象限区，只有穿过二、三象限的时间大于50毫秒才会被判定为一次滑极，三次滑极才会出现跳闸，综合来看，进相运行对于失步保护的影响不大。

　　相对来说，低阻抗以及失磁保护极易受到进相运行的影响。随着发电机从滞相运行变化到进相运行，相应的阻抗会从第一象限逐渐转移到第四象限，在发生短路故障之后，反映的是短路点到保护安装处的阻抗，而这通常与各象限电压、电流等物理量的状态无关。阻抗的保护通常位于高压变压器的高压一侧，作为发电机、变压器组和母线的后备保护。通常情况下，进相运行只是感受阻抗相位的变化，幅值不变，因此，圆特征的阻抗保护不受进相运行的影响。对于偏移圆特征的阻抗来说，正方向指向的是变压器，其主要作为变压器的后备保护，相反方向指向的是母线，其作为母线的后备保护，在正常运行的情况下，不论是进相运行还是滞相运行也都不会产生误操作[3]。

3减少发电机进相运行对发电机变压器保护影响的策略

从现实情况来说，降低发电机进相运行给发电机变压器保护的影响，关键点就是解决系统低谷运行当中无用功过剩的问题。就此提出下面几种策略。

3.1长输高压线路输送的策略

对发电机来讲，长距离、高电压、大容量成为了威胁变压器保护的物理机制，利用安装串并联电阻器的方法来把过剩的无功吸收，减少整个的线路电压。实际实施过程中，通过使用晶闸管控制的电抗器实现调节。另外，所需要的系统装置包含隔离式变压器、PLC、触发电路，针对在物理环境较为苛刻的条件之下，还要加装水冷却系统。显然，输电线路上的实施尽管比较简单，可是性价比不高，不但投资较为庞大而且操作较为困难，使用于小范围的保护需求。

3.2电力负荷中心的调相策略

这个策略效果的实现具体是依靠电力负荷中心安装的调相机设备，主要的功能是提供感性无功，从而来达到系统所需要的电压标准要求。综合多年的电力系统的实践结论，调相机设备产生的感性无功尽管可以消解系统当中过剩的容性无功，可是电压稳定方面的要求依然存在缺陷，如果调相机产生故障，那么整个的电网系统将会面对无保护的状态。而且，安装设备需要非常大的场地，建设的投资也比较高，不适用于大面积推广使用。

3.3发电机组吸收过剩无功的策略

发电机呈现无功负荷为负的状态是进相运行的典型特征，因此可通过改变励磁系统输入量的方式，实现发电机组吸收系统中过剩的无功，以此来消解整个电力网络体系的电势。由于这种方法成本低、容易实施、安全性高等优势，也是目前电力系统中主要采取的方法。

结束语

总而言之，随着我国科学技术水平的不断发展，社会需求的不断提高，我国现如今已经基本上建成了具备大容量、高电压以及远传送特性的电网系统。信息技术的进步让我国多个地方的电缆线路以及输电线路的数量比之前有明显的增多，这样的情况将会造成电容电流与容性无功率增长。系统负荷低时，线路将会产生非常多无功率的现象，电力枢纽上相关点电压增多，直逼运动电压上限，对电力安全运行带来影响，进相运行不会让发变组保护误动，分析发变组的原理，对其整定值进行校核。

参考文献

[1]李晓川.吕健.25MW发电机组主保护与短线路差动保护的应用及校验方法[J].电工技术，2017（4）：123-124.

[2]王晓源.发电机进相运行时失磁保护动作特性分析[J].智能城市，2018，4（05）：164.

[3]尹宝平.发电机进相运行对发电机变压器保护的影响[J].内燃机与配件，2017（15）：115-116.