发电机保护与控制协调研究

焦建伟

摘 要 当前社会，各行各业对于用电的需求都不断增大，任何微小的波动都将产生不可估量的后果。因此，能否保证电力的正常供应是受到广泛关注的热点问题，保障电力系统和发电机的安全稳定运行也是至关重要的，因此，改进发电机保护和协调控制也势在必行。本文对发电机保护和控制协调方式进行了分析和研究，这种研究是非常有必要的。

关键词 发电机；保护；控制；研究

中图分类号 TM7 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）05-0041-02

随着经济和社会的发展，各种类型的配套设施建设也必须能够与社会发展状态相适应，国民的用电需求也在不断增大，而电能的主要来源就是发电机。发电机作为机器，运行中就必然存在发生故障的情况，这对于供电就会造成很大的影响和问题。所以在操作和使用过程中，必须注重其保护，同时在必要的时候采取控制行为，以保证其正常工作[ 1 ]。同时，在进入新世纪以来，微机励磁调节器获得了广泛的使用，反过来也推动了其技术革新和更新换代，因此，发电机的控制也成为了广受关注的焦点[2]。

1 发电机保护的重要性

近年来，因发电机故障而导致的停电事件时有发生，在主要电力系统振荡期间，发动机的相关保护机制可能会因为误判而产生错误的操作，因此加强发电机的保护和控制协调就非常重要[3]。

电力的正常使用在当今社会的生产生活中变得越来越重要，这也正体现了电力行业的迅猛发展，反过来又保障了电力的供应。我国的电力行业不断在进行建设和探索，将传统的煤发电与新型发电形式如风能、水能发电相结合，以满足全国各行各业对于电力的需求。在具体的技术层面，目前我国普遍采取远距离超高压输电的形式，使得各地的电力需求都能够得到保障。基于这一背景，维护电力系统的安全性和稳定性就成了重中之重，对于促进经济的发展也起到关键的作用。

发电机组在整个电力系统当中占有的地位无可比拟，其具有成本高、结构复杂等特点。其频率特性正是其输出功率与系统频率变化之间关系的具体体现，当系统频率因为负荷的变动而产生变动时，机组的转速也会产生变化，通过调速系统来调节汽轮机调门开度，改变机组的输出模式，来使系统频率恢复到稳定值。其调速系统通过一次调频和二次调频共同作用，以保证系统频率稳定在规定变化范围内，这也是机组频率调节最有效的方式。因此机组一次调频和二次调频对机组和电力系统频率特性都是非常关键的[4]。

只有发电机正常运行，才能够保证电力系统的稳定运行和电力的供应，如若出现问题，将会对电网造成巨大的伤害和破坏，并且对设备造成损伤，从而造成巨大的经济损失。因此研究和开发发电机的保护装置，具有很重要的现实意义。保护装置可以及时并且科学地保护发生故障的发电机。经历了几十年的发展，这一技术已经逐渐成熟，可以实现远程计算机操控和更加精密的保护。

2 发电机的保护功能

2.1 发电机组接线方式对差动保护配置的影响

发动机组的保护配置能够根据具体的需求和接线方式的差异而产生变化，针对规模较大的发电机组，出口断路器可以实现有效的保护，当有问题出现时，这一装置可以很快使电压恢复到稳定状态，保证生产活动不受影响。但是如果是规模较小的发电机组，如果采用这一装置进行保护会适得其反，容易使得故障状况更为严重。

2.2 调速器控制

这一装置最主要的用途是保证发电机组的速度和符合处于规定的范围之内。在同步发电机上，如果负荷突然出现降低，转速会突然增大，频率也会随之增大。这时调速器就会发生作用，合上导叶使得机械力减小，从而强行使输出功率降低。反过来，如果发电机超负荷运转，转速就会突然降低，输出频率也会随之降低。若是发电机保持这一状态强行进行满负荷运行，而保护装置却没有进行及时纠正的话，就会出现很严重的问题，也会对设备造成很大的伤害，同时带来巨大的经济损失。因此，调速器在发电机组中起到的保护作用是不可忽视的。

2.3 励磁保护

这一系统主要的工作方式是提供磁场能以保障发电机和整个系统的同步运行，并且为发电机转子绕组输入直流电。在过去的系统当中，直流电源往往由另一台单独的小发电机进行提供，而现在因为技术革新和设备的升级换代，直流电可以从连接至发电机出口的交直流转换变压器中获得，变交流电为直流电。

除过保持同步这一功能，系统还会对发电机吸收或输出的无功功率值产生影响。励磁电流的加大会使这一数值升高，并且直接导致电压的升高，而励磁电流的减小则会降低这一数值并导致电压的降低，而这种行为在部分状况下会影响发电机与电力系统之间的同步性，运用励磁保护系统就可以对无功功率值进行调节，在其增高时进行吸收，在其降低时主动输出，从而保证发电机与电力系统之间的平衡不受到这一因素的干扰和影响。

2.4 失磁保护

这一功能的实现需要与静态稳定、发电机容量以及欠励限制相协调。当系统在高压下持续工作时，发电机的运行应当处于欠励工况，并将系统中产生的无功功率进行吸收使得这一数值降低。而这一特性在大型系统产生震荡从而解列成几个孤网时表现得更为突出。发电机通过对系统内无功功率的吸收来实现调节电压的功能，这也在其容量曲线中有着具体的体现。欠励限制必须设置为在发电机容量曲线中可持续运行，而失磁保护则必须保证发电机的运行处于欠励工况。同步发电机存在部分或全部失磁现象时都会对整个电力系统产生负面影响，因此当这以现象存在时，必须依托必要的技术手段及时发现并进行解决，以免对发电机和整个电力系统造成严重的破坏。如果不能及时发现，则大量的无功功率会被消耗掉，导致电压的降低，使得发电机产生异步状态，其运行的阻尼和温度都不断上升，最终导致短路、跳闸甚至将设备烧毁。

在生产活动当中，低励、失磁故障都是非常常见的问题，尤其是规模较大的发电机组，其中间环节更多，因而事故出现的可能性也就相应地增大。当这类故障发生时，整个系统和设备的过电流极大，造成温度上升导致灼伤，同时机端电压降低，无功功率升高，有功功率也会产生大幅变化，这对于整个系统的运行都有严重的影响，并且发电机的容量越大，造成的危害也就越大。所以在电力系统发展和升级的同时，这方面的保护措施和装置也不应当被忽略，在发生失磁现象时，保护装置应当能够及时发挥作用，在不存在这一现象时也要保证不会发生误判而进行错误的动作，这样才能对发电机起到更好、更科学、更有效的保护作用[5]。

3 结论

当前社会，基于生产生活对于用电的巨大需求，任何微小的波动都将产生不可估量的后果，因此能否保证电力的正常供应是受到广泛关注的热点问题，保障电力系统和发电机的安全稳定运行也是至关重要的。在具体的生产当中，更对改进发电机保护和协调控制提出了更高的要求。因此分析和研究这方面的技术、设计开发出更有效的保护措施和协调装置，就能够对发电机和电力系统起到更有效的保护，从而保障发电和电力传输的安全性和稳定性，这不仅具有极其重要的现实意义，也有很大的发展前景和空间。

参考文献

[1]段继彩.浅谈发电机保护与控制协调[J].科技创新与应用，2013（27）：151.

[2]王成亮，王宏华.同步发电机进相研究综述[J].电力自動化设备，2012（11）：131-135.

[3]C.J.莫兹纳，李璇，欧阳友.发电机保护与控制协调研究[J].水利水电快报，2010（8）：33-35.

[4]陈晓梅.发电机组频率特性分析与机网协调策略研究[D].广州：华南理工大学，2015.

[5]刘亚东.大型发电机保护关键技术研究[D].北京：华北电力大学，2014.