发电机进相运行时失磁保护动作特性分析

2018-04-24王晓源

智能城市 2018年5期

王晓源

阳西海滨电力发展有限公司，广东阳江 529800

所谓发电机的“进相运行”是指在正常发电状态下，发电机一方面向系统提供有功功率，一方面也提供无功功率，当定子电流滞后于端电压角度的状态下，发电机组此时的运行状态被称为“迟相运行”。而励磁电流不断减少的状态下，发电机从“迟相运行”状态发生变化，向系统提供的无功功率转化为从系统吸收无功功率，这种变化导致定子电流从“滞后”形态转为“超前”状态，即超前发电机端电压一个角度，这种运行状态就被称之为“进相运行”；归根结底，进相运行是由于减少发电机励磁电流造成的，即“失磁”，它的危害很大，如造成发电机有功负荷增加，导致发电机不稳定、系统振荡、定子线圈温度飙升等，甚至造成绝缘设备损坏。

1 发电机失磁保护原理及动作特性

1.1 发电机失磁保护原理分析

一般发电机组的失磁保护判断依据主要有三个层面，发电机组所测量到的阻抗值差异较大，不同过程中阻抗圆对比如图1所示。

第一，该阶段为发电机组失去静稳之前的过程，其功角小于90°，该阶段也可视为失磁初始阶段。静稳破坏现象出现之前，有功功率基本一致，因此，也被称之为等有功阻抗圆；当然，不同发电机组下等有功阻抗圆的频率不同，即不同的有功功率所表现的圆半径也不同，整体上功率越大、半径越小。

第二，该阶段为发电机组达到静稳极限状态的过程，其功角等于90°，称之为“静稳边界阻抗圆”，但该“圆”更多地存在于理论范畴。

第三，该阶段为发电机组进入异步运行状态，其功角大于90°，它是工程上约等于异步运行时极端阻抗边界的形态。

图1 不同过程阻抗圆对比

很明显，发电机呈现进相运行状态下，机端测量抗阻的轨迹逐渐落入第四象限，所能够测量到的等有功阻抗圆与异步边界阻抗圆、静稳边界阻抗圆产生交叉，从而出现失磁保护，因此要避免失磁保护的错误行为，就必须对失磁保护进行验证。

1.2 发电机失磁保护动作特性

随着我国电网建设规模不断扩大，发电机组大型化特征日渐明显，包括水电、火电、风电等电力生产模式，都需要提高对发电机稳定性、安全性的关注。而结合未来“智能电网”建设的需求而言，发电机组单机发容量增加是一个必然趋势，这有利于实现系统化管理、控制和维护；但同时，“大型化”必然导致发电机组在设计、运行、结构等方面出现新的问题，尤其是对于继电保护的要求更为苛刻。很明显，直轴电抗xd、暂态电抗xd'以及此暂态电抗xd''都会呈现上升趋势，其结果为：（1）短路电流水平持续下降，继电器灵敏度持续提高；（2）定子比值Ta/Ta''变大，并且定子回路时间常数也相应提高，造成定子非周期性电流衰减变慢，从而破坏电流互感器的保护特性；（3）直轴电抗持续上升的状态下，系统容易受到干扰，发电机失磁故障机率增加，失磁保护的稳定性难以保障。