大型发电机保护关键技术研究①

梁智勇

摘   要：在互联电网规模不断扩大的形势下，我国的电力系统也实现了新的跨越，逐步向着“大机组、高电压”的方向发展，相比于传统的发电机，大机组的结构工艺、设计以及运行等方面的性能均得到了显著的改善，而传统的电力系统需要远距离、跨区域的传输，再加上电网结构复杂的特点，使得国家电力系统的正常运转面临着严重的威胁。为了保障大型发电机的正常运转，需予以相应的安全保护措施。本文针对我国常用的几种大型发电机保护关键技术进行深入探究。

关键词：电力系统  大型发电机  关键技术

中图分类号：TM62                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）09（b）-0049-02

随着我国电力技术的快速发展，各发电站对于大型锻件的需求量不断的增多，采用更多高质量、高性能的大型锻件成为了近几年电力系统发展的必然趋势。其中，大型发电机作为一种常见的发电设备在电力系统中得到了广泛的应用，从其结构材料、性能到制作工艺等多方面，无一不采用高科技先进技术。与传统的发电设备相比，其应用取得了突破性的进步。

1  大型发电机组保护关键技术的要求

1.1 有效材料利用率的升高

通常情况下，大型的发电机为了减小体积、降低成本的投入，会不断地提升其有效材料的利用率[1]。一旦定子铁芯中的工作磁密越大，定子铁芯就越容易达到饱和的状态，同时起热容量也会逐步减少。一旦转子的负荷能力降低后，发电机内部的过负荷保护动作速度便会不断的增加，而这种情况也在一定程度上损伤发电机的机组。再加上机组的惯性常数不断地降低，极易造成发电机的失步现象。而此时，为了保护电力系统的正常运行，发电机会自动跳闸。

1.2 不断提升系统的绝缘要求

由于大型发电机的电压高、电流大，所以对于转自绕组的绝缘要求较高[2]。再加上大多数大型发电机为直冷式，而定子绕组在运行的过程中会以水内冷的形式工作，而定子线棒中产生的故障现象，会引发定子对于地面的绝缘性不断地下降，继而引发定子接地的故障。为了从根本上杜绝这种故障的发生，需充分做好接地保护措施。

在电力系统中，若对容量不超过600kV的机组予以接地保护，需在发电机启动加励磁后，才能起到有效的保护作用。

1.3 电机参数变化大

在大型发电机运行的过程中，其电抗与暂停状态下的电抗都呈现了不同程度的增大趋势。但是因为并联的分支有所增加，所以绕组的电阻减小。这就不难解释为什么发电机在静止的状态下，其运转的稳定性较差。同时，因为发电机在运行时平均异步转矩有所降低，一旦发生失磁现象，其异步运行的滑差便会随之增加，会从系统中吸收更多的无用功。所以，要想确保大型发电机组在电力系统中正常的运行，需采取相应的失磁保护措施。

2  机网协调对于大型发电机保护关键技术的要求

2.1 失磁保护

在电力系统中，若大型发电机在运行的过程中突发失磁现象，会对电网造成严重的损害，这也为电力系统的正常运转提出了更高的要求，需采取相应的失磁保护措施[3]。而在采取失磁保护措施时，首先要确定发电机是否处于失磁、跳闸的状态，以免造成系统的异常情况。若系统正常运行时，技术人员在进行失磁保护工作时，要保证操作快、动作娴熟，保证动作的准确性，以防止因为操作不当而造成的系统故障。在对大型发电机组进行失磁保护工作时，需保证失磁保护措施与励磁调节器中的低励限制相辅相成，并在此基础上充分遵循失磁保护的原则。

2.2 失步保护

在水电机组中，因为与系统的距离较远，即使是电抗较大时，受影响的往往是附近的发电机组，所以不会波及到水电机组[4]。但是因为大型的水轮发电机的静稳储备不断的减少，一旦受到外界的干扰，其稳定性会逐渐地减少。因此，亟需对水电机组失步保护措施。相比于水电机组，火电机组则与系统紧密相连，若此时对火电机组采取失步保护措施，有助于技术人员准确地判断震荡中心所处的位置。若震荡中心位于发电机组内，其电流会有所增加，这时，为了保障系统的安全，技术人员需进行跳闸处理;反之，该系统则会准确地发出有效信号。

2.3 频率异常保护与低电压保护

为了保证发电机系统的频率处于正常的状态，发电机组不仅要具备完善的频率调节措施，还需要求汽轮发电机组在低频率状态下的运行时间与系统的低频恢复时间相适应。加强系统与低频装置的密切配合，能够大大降低系统做无用功的可能性。

此外，发电机的励磁调节会极大程度上影响电压的稳定性。所以，在对定子实施低电压保护时，需加强与稳定极限的配合，以充分保障低端电压充分满足运行的要求，并对系统的无用功率进行合理的分配。

3  大型发电机保护关键技术的改善措施

3.1 大型发电机的灭磁保护技术

随着现代发电技术的快速发展，单机的容量不断地实现突破，千瓦级别的巨型发电机投产，标志着我国发电技术的发展迈向了全新的台阶。虽然发电机的生产技术实现了全新的革新，但是也无法避免内部故障的发生，尤其是单元接线的机组，其发生故障的可能性更高。为了避免故障的扩大，需对其采取相应灭磁保护措施。灭磁保护措施对于发电机组的保护效果是任何保护措施无法达到的。所以，技术人员为了充分做到“防患于未然”，特在发电机组中安装相应的灭磁装置作为发电机组的保护装置，一旦发电机组发生紧急情况时，灭磁保护装置能够充分发挥其自设的职能优势，消灭系统故障。所以，发电机组的事故灭磁装置能够在短时间内达到理想的灭磁效果。事故灭磁不仅会发电机起到了重要的保护作用，同时也充分地适应了现代励磁系统的大容量、高参数要求。作为发电机组一道最重要的防线——灭磁保护装置，绝对不能有任何的闪失，必须保证灭磁的成功，即使是牺牲灭磁保护装置自身，也要保证整个发电机组的安全。

3.2 大型发电机组的接地保护

大型发电机组的额定电压较高，会达到500V，尤其是在强励的状态下，其额定电压会超出500V。技术人员若此时将其取出，其危险系数极高，再加上发电机组的组成比较复杂，这也无疑增加了选择电缆的难度。为了有效地解决这一问题，需对大型发电机组予以有效的失磁保护。技术人员需充分利用转子电压测量其对应的附件，并按照就近原则，将其安装在相对应的励磁系统中，而较大的电阻则需安置在对应的励磁体系屏柜中。技术人员在对转子电阻进行分压处理之后，可以接入距离较远的屏柜中，从而有效地实现大型发电机组的接地保护功能。

4  结语

现如今，随着电力系统的不断完善，传统的电力技术显然已经无法满足于人们对于电力的需求了。所以，一些传统的电力保护关键技术的弊端日益突出。为了改善电力系统的性能，首要任务就是加强对于发电机组的保护。本文首先从有效材料利用率的升高、不断提升系统的绝缘要求、电机参数变化大三方面阐述了大型发电机组保护关键技术的要求，其次从失磁保护、失步保護、频率异常保护与低电压保护三方面论述了机网协调对于大型发电机保护关键技术的要求，最后提出了大型发电机保护关键技术的改善措施。

参考文献

[1] 陈小明，王德宽，朱必良，等.巨型水轮发电机组励磁系统关键技术[J].水电与抽水蓄能，2018，20（4）：28-36.

[2] 朱宏.大型灯泡贯流式水轮发电机组关键技术[J].云南水力发电，2018，69（48）：58-59.

[3] 冯超，刘世泽，岳文亭.大型水轮发电机定子线棒绝缘结构与关键性能分析[J].大电机技术，2018，69（47）：58.

[4] 刘亚东.大型发电机保护关键技术研究[D].华北电力大学，2014.