浅析发电机进相运行对变压器保护的影响

梁东昇

摘要：发电机组从进相运行到滞相运行的过程中，物理量的幅值和相位的变化可能会对变压器产生消极影响，变压器保护装置易产生误动作，进而在一定程度上影响发电机组的正常运行。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。

关键词：发电机组；进相运行；变压器保护

一、发电机进相运行

发电机正常运行时，向系统提供有功功率的同时还提供无功功率，定子电流滞后于端电压一个角度，此种状态称为迟相运行，也称为滞相运行。当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功功率变为从系统吸收无功功率，定子电流从滞后变为超前发电机端电压一个角度，此种状态称之为进相运行。

当发电机组从滞相运行变化到进相运行时，伴随着功率的增大，励磁电压、电流会在一定程度上有所减小。不管发电机是滞相运行还是进相运行，发电机组三相电流与电压均对称，两者之间的幅值与大小无变化，负序与零序分量轻微。当发电机组出现短路情况时，电流就会陡然增大，电压也会随之不稳定，进而出现负序与零序分量。由此可见，单纯反映发电机定子、变压器负序与零序电流、电压量的保护受进相运行的影响极小[1]。

二、发电机变压器的保护

前面已经论述过单纯反映发电机定子侧电流量不受进相运行的影响，同时，单纯反映发电机定子侧的电压量也不受进相运行的影响。一般情况下，如果发电机保持频率不变，那么系统会在很大程度上保持稳定状态，低频或高频都不受进相运行的影响，电压与频率之间关系的比值也不受进相运行的影响，与此同时，非电量保护以及加压、启停也都不受进相运行的影响。通常来说，反映功率方向的保护动作区间通常位于坐标的二三象限，而滞相运行则在第一象限，进相运行位于第四象限，因而该量也不受进相运行的影响。对于反映功率增量方向判别的匝间保护，主要取决于负功率的增量方向以及零序电压，匝间短路会导致定子绕组的失衡，进而导致判别元件发生故障。发生故障与判别方向有关，但是与发电机的运行状态关系不大，因而匝间保护从原理上来说同样不受进相运行的影响。

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[2]。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。

发电机失磁保护主要有两个判据，一是对转子低压的判断，通过对励磁电压进行测量然后判断其是否小于动作数值。二是对传统低阻抗的判断，通过实际测量空载的励磁电压，然后在此基础上计算磁路饱和，并考虑同步电阻以及系统电压等物理量变化的影响，这样算出的数据会更加准确，可以在很大程度上避免由于数值模拟的误差而造成的误动作。失磁保护的阻抗圆常见的一种是静稳边界圆，另一种是异步圆，此外，还有介于两者之间的苹果圆。发电机发生低励或者失磁故障后，总是先通过静稳边界，然后转入异步运行。因此，静稳边界圆比异步圆灵敏。由于静稳边界圆存在第一、二象限的动作区，在进相运行时，当进相较深时，有可能误动。在系统振荡、进相深度过深时，三相不平衡以及机组特性差异等因素下，都有可能造成保护误动作而停机解列。因此，通常情况下最好对其采取异步圆的跳闸方式，可以在很大程度上确保进相运行时不产生实质性的误操作情况。

综合来看，失磁保护会对发电机变压器的保护产生影响。在实际调查工作中发现，励磁调节器在进相较深的情况下，机组会不稳定，在继续失稳的情况下励磁电压急剧下降，因此可通过励磁调节器来进行改善。

三、结语

通过分析发电机从进相运行到滞相运行过程中各个物理量的幅值和相位的变化，以及对相应的变压器保护装置可能产生的影响，发现发电机组的进相运行会对感受阻抗的保护产生一定的影响，需根据实际情况对发电机的保护装置进行适当的改进。※

参考文献：

[1] 李晓川.吕健.25MW发电机组主保護与短线路差动保护的应用及校验方法[J].电工技术，2017（4）： 123-125.

[2] 吕健.失磁保护在金新化工25MW发电机组的应用及校验方法[J].电工技术，2016（10）：78-80.