袁業(yè)

摘要：目前，我國(guó)已基本完成了大容量、高電壓、遠(yuǎn)距離的現(xiàn)代化電網(wǎng)體系建設(shè)。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷保持較低水平時(shí)電力系統(tǒng)中的感性無(wú)功過(guò)剩，將導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)整體電壓上升，嚴(yán)重的可能達(dá)到運(yùn)行電壓上限水平。這不僅會(huì)使輸送電能質(zhì)量降低，也會(huì)帶來(lái)一定的安全隱患。為此，研究發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)機(jī)制有著極為現(xiàn)實(shí)的意義。本文就發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)受到的發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的影響進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);進(jìn)相運(yùn)行;變壓器保護(hù)

近年來(lái)國(guó)家加快了大容量、超高壓、遠(yuǎn)距離的電網(wǎng)建設(shè)。不同地區(qū)發(fā)展水平存在明顯的差異，導(dǎo)致電力需求也存在明顯的差異?；谶@一原因電力系統(tǒng)若處于低谷運(yùn)行時(shí)電壓容易升高。這一點(diǎn)在電力樞紐點(diǎn)最為明顯，也容易導(dǎo)致發(fā)電機(jī)變壓器受到損傷。就預(yù)防措施來(lái)講，發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行具有不少優(yōu)點(diǎn)，包括成本低、調(diào)壓平滑、使用簡(jiǎn)便等，因而在電網(wǎng)系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。

1、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的概述

發(fā)電機(jī)在正常工作時(shí)，不僅會(huì)提供有功功率，也提供無(wú)功功率。遲相運(yùn)行即所謂的滯相運(yùn)行，是指定子電流滯后于端電壓一個(gè)角度的狀態(tài)[1]。進(jìn)相運(yùn)行是指一種狀態(tài)，如果勵(lì)磁電流逐步變小，發(fā)電機(jī)會(huì)出現(xiàn)明顯變化，從為系統(tǒng)提供無(wú)功功率改為從系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率，同時(shí)，定子電流從滯后改為超前發(fā)電機(jī)端電壓一個(gè)角度。發(fā)電機(jī)組從遲相運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)相運(yùn)行，在此過(guò)程中功率逐步變大，勵(lì)磁電壓、電流會(huì)相應(yīng)變小。無(wú)論發(fā)電機(jī)處于何種狀態(tài)（進(jìn)相運(yùn)行或滯相運(yùn)行），發(fā)電機(jī)組三相電流與電壓都是對(duì)稱的，二者間幅值以及大小沒(méi)有更改，負(fù)序與零序分量較為輕微。若發(fā)電機(jī)組有短路問(wèn)題發(fā)生，電流會(huì)迅速變大，電壓也變得不穩(wěn)定，此時(shí)就會(huì)形成負(fù)序與零序分量。

2、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行對(duì)變壓器的保護(hù)分類與保護(hù)措施

2.1保護(hù)分類

（1）單一反應(yīng)定子側(cè)電流量保護(hù)。根據(jù)“同滯相”的進(jìn)相特點(diǎn)進(jìn)行分析，保護(hù)類型除了發(fā)電機(jī)差動(dòng)、變電阻差動(dòng)、變壓器差動(dòng)以外，還包括非全相保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、不對(duì)稱過(guò)負(fù)荷、對(duì)稱過(guò)負(fù)荷等。以上對(duì)應(yīng)的常見(jiàn)故障主要是會(huì)形成較大差動(dòng)電流，可見(jiàn)電流增加顯著，包括正序電流、零序電流、負(fù)向電流、負(fù)序/零序電流[2]。

（2）反應(yīng)頻率或頻率與電壓關(guān)系的保護(hù)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)時(shí)其頻率是固定的，系統(tǒng)保持穩(wěn)定，此種背景下高頻保護(hù)與低頻保護(hù)均不會(huì)受到發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的干擾。從過(guò)激磁保護(hù)的層面分析，U/f可以用于表示感應(yīng)電壓和頻率二者間的關(guān)系，它們很難受到發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的干擾。

（3）單一反應(yīng)定子側(cè)電壓量保護(hù)。根據(jù)“同滯相”的進(jìn)相特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，將保護(hù)的類型主要?jiǎng)澐譃槿N，除了定子接地保護(hù)（95%、100%）外，還包括匝間保護(hù)、發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)。

這些故障特點(diǎn)分別是中性點(diǎn)周邊發(fā)生接地故障、基波電流出現(xiàn)、縱向基波零序電壓增加。

（4）非電量保護(hù)和正常運(yùn)行時(shí)退出的保護(hù)。通常它們都不會(huì)被發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行所干擾。其中，涉及到瓦斯保護(hù)、啟停爐保護(hù)，也包括突加電壓保護(hù)、升溫保護(hù)。

（5）反應(yīng)感受阻抗保護(hù)。大量實(shí)踐顯示，低阻抗、失磁和失步保護(hù)屬于發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行過(guò)程中三大影響因素[3]。當(dāng)發(fā)電機(jī)從滯相運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)相運(yùn)行時(shí)，在此過(guò)程中繼電器感受抗阻將從Z進(jìn)入Z’，這一過(guò)程用時(shí)非常短，特別是系統(tǒng)短路的時(shí)候，感受阻抗將在剎那間進(jìn)入Zd區(qū)域。不過(guò)此過(guò)程僅僅是反映短路部位與保護(hù)安裝部位間的阻抗，和正常運(yùn)行條件下的工況無(wú)關(guān)聯(lián)。另外，主變壓器高壓側(cè)對(duì)阻抗保護(hù)的實(shí)現(xiàn)給予了極大的支持，這說(shuō)明它屬于變壓器機(jī)組與發(fā)電機(jī)組的備用保護(hù)措施。它的設(shè)定是當(dāng)阻抗相位發(fā)生更改時(shí)幅值不會(huì)有所波動(dòng)。

（6）失步保護(hù)。該措施主要適用于大型發(fā)電機(jī)組，若系統(tǒng)出現(xiàn)失步，并威脅到整個(gè)機(jī)組或系統(tǒng)的安全時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)跳閘或信號(hào)警報(bào)等動(dòng)作。

（7）失磁保護(hù)。判斷發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的依據(jù)包括兩個(gè)，一是判斷轉(zhuǎn)子低壓，測(cè)量勵(lì)磁電壓再評(píng)估分析其是否比動(dòng)作數(shù)值小。二是分析傳統(tǒng)低阻抗，通過(guò)檢測(cè)空載狀態(tài)下勵(lì)磁電壓大小算出磁路飽和，同時(shí)，需要將相關(guān)物理量改變引發(fā)的影響考慮進(jìn)來(lái)，包括同步電阻、系統(tǒng)電壓等物理量，最終獲得更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。這樣能有效防止因?yàn)閿?shù)值模擬方面的誤差所引起的誤動(dòng)作。就失磁保護(hù)的阻抗圓來(lái)說(shuō)，主要類型包括異步圓、靜穩(wěn)邊界圓、蘋(píng)果圓。其中，蘋(píng)果圓是介于前兩種圓之間的一種圓。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)低勵(lì)或失磁等問(wèn)題后，通常是先經(jīng)過(guò)靜穩(wěn)邊界，之后進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)。由此可見(jiàn)，異步圓的靈敏性要弱于靜穩(wěn)邊界圓。對(duì)于靜穩(wěn)邊界圓來(lái)說(shuō)，存在第一、二象限的動(dòng)作區(qū)，當(dāng)處于進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果進(jìn)相比較深則可能出現(xiàn)誤動(dòng)。引發(fā)保護(hù)誤動(dòng)作的原因常見(jiàn)的是在系統(tǒng)振蕩、進(jìn)相過(guò)深的時(shí)候，三相不平衡、機(jī)組特性差異等因素導(dǎo)致的?；诖?，通常選擇的處理辦法就是異步圓跳閘，能夠盡量避免在進(jìn)相運(yùn)行的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的誤操作。

2.2保護(hù)措施

為了最大限度消除發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行對(duì)變壓器保護(hù)所產(chǎn)生的影響，重點(diǎn)是如何解決系統(tǒng)低谷運(yùn)行條件下無(wú)用功過(guò)多的問(wèn)題。為此，可采取三種措施。一是關(guān)于長(zhǎng)距離高壓線路傳輸措施。對(duì)變壓器保護(hù)造成威脅的物理因素主要是高電壓、長(zhǎng)距離、大容量的線路。為吸收過(guò)多的無(wú)功，一般可使用串/并聯(lián)電阻器，，以使整個(gè)線路電壓下降。二是利用電力負(fù)荷中心的調(diào)相措施。通過(guò)電力負(fù)荷中心配備的調(diào)相機(jī)設(shè)備，用于為此系統(tǒng)所需的電壓標(biāo)準(zhǔn)要求。此法存在一定的局限性，設(shè)備需安裝在較大的場(chǎng)地上，成本較高，而且安全性也不高。如果調(diào)相機(jī)有故障發(fā)生，整個(gè)電網(wǎng)將處于無(wú)保護(hù)狀態(tài)，因此，不適宜大范圍使用。三是采用發(fā)電機(jī)組吸收過(guò)剩無(wú)功。發(fā)電機(jī)表現(xiàn)為無(wú)功負(fù)荷為負(fù)的狀態(tài)屬于進(jìn)相運(yùn)行過(guò)程中的主要特點(diǎn)。為了讓發(fā)電機(jī)組吸收系統(tǒng)中多余的無(wú)功，一般可將勵(lì)磁系統(tǒng)輸入量進(jìn)行更改，從而消解整個(gè)電網(wǎng)中的電勢(shì)。此法具有操作容易、成本小、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，也是當(dāng)前常用的方式。

3、結(jié)語(yǔ)

總之，通過(guò)分析發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)變壓器所造成的影響后應(yīng)采取有效的措施來(lái)保護(hù)變壓器，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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[2]梁東昇.淺析發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行對(duì)變壓器保護(hù)的影響[J].發(fā)明與創(chuàng)新.大科技，2018，（8）：28，30.

[3]孫利峰.淺析發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行對(duì)變壓器保護(hù)的影響[J].電子樂(lè)園，2020，（7）：163-163.