淺析發電機進相運行對變壓器保護的影響

梁東昇

內蒙古岱海發電有限責任公司 內蒙古 烏蘭察布 013700

一、發電機進相運行

發電機正常運行時，向系統提供有功功率的同時還提供無功功率，定子電流滯后于端電壓一個角度，此種狀態稱為遲相運行，也稱為滯相運行。當逐漸減少勵磁電流使發電機從向系統提供無功功率變為從系統吸收無功功率，定子電流從滯后變為超前發電機端電壓一個角度，此種狀態稱之為進相運行。

當發電機組從滯相運行變化到進相運行時，伴隨著功率的增大，勵磁電壓、電流會在一定程度上有所減小。不管發電機是滯相運行還是進相運行，發電機組三相電流與電壓均對稱，兩者之間的幅值與大小無變化，負序與零序分量輕微。當發電機組出現短路情況時，電流就會陡然增大，電壓也會隨之不穩定，進而出現負序與零序分量。由此可見，單純反映發電機定子、變壓器負序與零序電流、電壓量的保護受進相運行的影響極小[1]。

二、發電機變壓器的保護

前面已經論述過單純反映發電機定子側電流量不受進相運行的影響，同時，單純反映發電機定子側的電壓量也不受進相運行的影響。一般情況下，如果發電機保持頻率不變，那么系統會在很大程度上保持穩定狀態，低頻或高頻都不受進相運行的影響，電壓與頻率之間關系的比值也不受進相運行的影響，與此同時，非電量保護以及加壓、啟停也都不受進相運行的影響。通常來說，反映功率方向的保護動作區間通常位于坐標的二三象限，而滯相運行則在第一象限，進相運行位于第四象限，因而該量也不受進相運行的影響。對于反映功率增量方向判別的匝間保護，主要取決于負功率的增量方向以及零序電壓，匝間短路會導致定子繞組的失衡，進而導致判別元件發生故障。發生故障與判別方向有關，但是與發電機的運行狀態關系不大，因而匝間保護從原理上來說同樣不受進相運行的影響。

失步保護通常是相對于大型發電機組而言的。如果發電機組出現失步現象，那就會對機組和系統的安全產生一定的影響，一旦達到足以影響發電機組和電網系統的臨界值，失步保護便能自動實現跳閘或信號警報。當發電機組發生振蕩或失步時，可以通過透鏡在機端對阻抗變化以及時間的變化進行測量，并記錄滑極的次數，然后依靠判斷振蕩中心的方法看問題是發生在發電機內部還是外部，以此來確定是否需要跳閘處理。一般來說，在發生失步的情況下，機端測量阻抗的軌跡會順時針依次穿過一、二、三、四象限并返回一象限區，只有穿過二、三象限的時間大于50毫秒才會被判定為一次滑極，三次滑極才會出現跳閘，綜合來看，進相運行對于失步保護的影響不大。

相對來說，低阻抗以及失磁保護極易受到進相運行的影響。隨著發電機從滯相運行變化到進相運行，相應的阻抗會從第一象限逐漸轉移到第四象限，在發生短路故障之后，反映的是短路點到保護安裝處的阻抗，而這通常與各象限電壓、電流等物理量的狀態無關[2]。阻抗的保護通常位于高壓變壓器的高壓一側，作為發電機、變壓器組和母線的后備保護。通常情況下，進相運行只是感受阻抗相位的變化，幅值不變，因此，圓特征的阻抗保護不受進相運行的影響。對于偏移圓特征的阻抗來說，正方向指向的是變壓器，其主要作為變壓器的后備保護，相反方向指向的是母線，其作為母線的后備保護，在正常運行的情況下，不論是進相運行還是滯相運行也都不會產生誤操作。

發電機失磁保護主要有兩個判據，一是對轉子低壓的判斷，通過對勵磁電壓進行測量然后判斷其是否小于動作數值。二是對傳統低阻抗的判斷，通過實際測量空載的勵磁電壓，然后在此基礎上計算磁路飽和，并考慮同步電阻以及系統電壓等物理量變化的影響，這樣算出的數據會更加準確，可以在很大程度上避免由于數值模擬的誤差而造成的誤動作。失磁保護的阻抗圓常見的一種是靜穩邊界圓，另一種是異步圓，此外，還有介于兩者之間的蘋果圓。發電機發生低勵或者失磁故障后，總是先通過靜穩邊界，然后轉入異步運行。因此，靜穩邊界圓比異步圓靈敏。由于靜穩邊界圓存在第一、二象限的動作區，在進相運行時，當進相較深時，有可能誤動。在系統振蕩、進相深度過深時，三相不平衡以及機組特性差異等因素下，都有可能造成保護誤動作而停機解列。因此，通常情況下最好對其采取異步圓的跳閘方式，可以在很大程度上確保進相運行時不產生實質性的誤操作情況。

綜合來看，失磁保護會對發電機變壓器的保護產生影響。在實際調查工作中發現，勵磁調節器在進相較深的情況下，機組會不穩定，在繼續失穩的情況下勵磁電壓急劇下降，因此可通過勵磁調節器來進行改善。

三、結語

通過分析發電機從進相運行到滯相運行過程中各個物理量的幅值和相位的變化，以及對相應的變壓器保護裝置可能產生的影響，發現發電機組的進相運行會對感受阻抗的保護產生一定的影響，需根據實際情況對發電機的保護裝置進行適當的改進。※