大型發(fā)電機保護關(guān)鍵技術(shù)研究①

梁智勇

摘 ? 要：在互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大的形勢下，我國的電力系統(tǒng)也實現(xiàn)了新的跨越，逐步向著“大機組、高電壓”的方向發(fā)展，相比于傳統(tǒng)的發(fā)電機，大機組的結(jié)構(gòu)工藝、設(shè)計以及運行等方面的性能均得到了顯著的改善，而傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)需要遠距離、跨區(qū)域的傳輸，再加上電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，使得國家電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)面臨著嚴重的威脅。為了保障大型發(fā)電機的正常運轉(zhuǎn)，需予以相應(yīng)的安全保護措施。本文針對我國常用的幾種大型發(fā)電機保護關(guān)鍵技術(shù)進行深入探究。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) ?大型發(fā)電機 ?關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TM62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0049-02

隨著我國電力技術(shù)的快速發(fā)展，各發(fā)電站對于大型鍛件的需求量不斷的增多，采用更多高質(zhì)量、高性能的大型鍛件成為了近幾年電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。其中，大型發(fā)電機作為一種常見的發(fā)電設(shè)備在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，從其結(jié)構(gòu)材料、性能到制作工藝等多方面，無一不采用高科技先進技術(shù)。與傳統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備相比，其應(yīng)用取得了突破性的進步。

1 ?大型發(fā)電機組保護關(guān)鍵技術(shù)的要求

1.1 有效材料利用率的升高

通常情況下，大型的發(fā)電機為了減小體積、降低成本的投入，會不斷地提升其有效材料的利用率[1]。一旦定子鐵芯中的工作磁密越大，定子鐵芯就越容易達到飽和的狀態(tài)，同時起熱容量也會逐步減少。一旦轉(zhuǎn)子的負荷能力降低后，發(fā)電機內(nèi)部的過負荷保護動作速度便會不斷的增加，而這種情況也在一定程度上損傷發(fā)電機的機組。再加上機組的慣性常數(shù)不斷地降低，極易造成發(fā)電機的失步現(xiàn)象。而此時，為了保護電力系統(tǒng)的正常運行，發(fā)電機會自動跳閘。

1.2 不斷提升系統(tǒng)的絕緣要求

由于大型發(fā)電機的電壓高、電流大，所以對于轉(zhuǎn)自繞組的絕緣要求較高[2]。再加上大多數(shù)大型發(fā)電機為直冷式，而定子繞組在運行的過程中會以水內(nèi)冷的形式工作，而定子線棒中產(chǎn)生的故障現(xiàn)象，會引發(fā)定子對于地面的絕緣性不斷地下降，繼而引發(fā)定子接地的故障。為了從根本上杜絕這種故障的發(fā)生，需充分做好接地保護措施。

在電力系統(tǒng)中，若對容量不超過600kV的機組予以接地保護，需在發(fā)電機啟動加勵磁后，才能起到有效的保護作用。

1.3 電機參數(shù)變化大

在大型發(fā)電機運行的過程中，其電抗與暫停狀態(tài)下的電抗都呈現(xiàn)了不同程度的增大趨勢。但是因為并聯(lián)的分支有所增加，所以繞組的電阻減小。這就不難解釋為什么發(fā)電機在靜止的狀態(tài)下，其運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性較差。同時，因為發(fā)電機在運行時平均異步轉(zhuǎn)矩有所降低，一旦發(fā)生失磁現(xiàn)象，其異步運行的滑差便會隨之增加，會從系統(tǒng)中吸收更多的無用功。所以，要想確保大型發(fā)電機組在電力系統(tǒng)中正常的運行，需采取相應(yīng)的失磁保護措施。

2 ?機網(wǎng)協(xié)調(diào)對于大型發(fā)電機保護關(guān)鍵技術(shù)的要求

2.1 失磁保護

在電力系統(tǒng)中，若大型發(fā)電機在運行的過程中突發(fā)失磁現(xiàn)象，會對電網(wǎng)造成嚴重的損害，這也為電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)提出了更高的要求，需采取相應(yīng)的失磁保護措施[3]。而在采取失磁保護措施時，首先要確定發(fā)電機是否處于失磁、跳閘的狀態(tài)，以免造成系統(tǒng)的異常情況。若系統(tǒng)正常運行時，技術(shù)人員在進行失磁保護工作時，要保證操作快、動作嫻熟，保證動作的準確性，以防止因為操作不當而造成的系統(tǒng)故障。在對大型發(fā)電機組進行失磁保護工作時，需保證失磁保護措施與勵磁調(diào)節(jié)器中的低勵限制相輔相成，并在此基礎(chǔ)上充分遵循失磁保護的原則。

2.2 失步保護

在水電機組中，因為與系統(tǒng)的距離較遠，即使是電抗較大時，受影響的往往是附近的發(fā)電機組，所以不會波及到水電機組[4]。但是因為大型的水輪發(fā)電機的靜穩(wěn)儲備不斷的減少，一旦受到外界的干擾，其穩(wěn)定性會逐漸地減少。因此，亟需對水電機組失步保護措施。相比于水電機組，火電機組則與系統(tǒng)緊密相連，若此時對火電機組采取失步保護措施，有助于技術(shù)人員準確地判斷震蕩中心所處的位置。若震蕩中心位于發(fā)電機組內(nèi)，其電流會有所增加，這時，為了保障系統(tǒng)的安全，技術(shù)人員需進行跳閘處理;反之，該系統(tǒng)則會準確地發(fā)出有效信號。

2.3 頻率異常保護與低電壓保護

為了保證發(fā)電機系統(tǒng)的頻率處于正常的狀態(tài)，發(fā)電機組不僅要具備完善的頻率調(diào)節(jié)措施，還需要求汽輪發(fā)電機組在低頻率狀態(tài)下的運行時間與系統(tǒng)的低頻恢復(fù)時間相適應(yīng)。加強系統(tǒng)與低頻裝置的密切配合，能夠大大降低系統(tǒng)做無用功的可能性。

此外，發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)會極大程度上影響電壓的穩(wěn)定性。所以，在對定子實施低電壓保護時，需加強與穩(wěn)定極限的配合，以充分保障低端電壓充分滿足運行的要求，并對系統(tǒng)的無用功率進行合理的分配。

3 ?大型發(fā)電機保護關(guān)鍵技術(shù)的改善措施

3.1 大型發(fā)電機的滅磁保護技術(shù)

隨著現(xiàn)代發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，單機的容量不斷地實現(xiàn)突破，千瓦級別的巨型發(fā)電機投產(chǎn)，標志著我國發(fā)電技術(shù)的發(fā)展邁向了全新的臺階。雖然發(fā)電機的生產(chǎn)技術(shù)實現(xiàn)了全新的革新，但是也無法避免內(nèi)部故障的發(fā)生，尤其是單元接線的機組，其發(fā)生故障的可能性更高。為了避免故障的擴大，需對其采取相應(yīng)滅磁保護措施。滅磁保護措施對于發(fā)電機組的保護效果是任何保護措施無法達到的。所以，技術(shù)人員為了充分做到“防患于未然”，特在發(fā)電機組中安裝相應(yīng)的滅磁裝置作為發(fā)電機組的保護裝置，一旦發(fā)電機組發(fā)生緊急情況時，滅磁保護裝置能夠充分發(fā)揮其自設(shè)的職能優(yōu)勢，消滅系統(tǒng)故障。所以，發(fā)電機組的事故滅磁裝置能夠在短時間內(nèi)達到理想的滅磁效果。事故滅磁不僅會發(fā)電機起到了重要的保護作用，同時也充分地適應(yīng)了現(xiàn)代勵磁系統(tǒng)的大容量、高參數(shù)要求。作為發(fā)電機組一道最重要的防線——滅磁保護裝置，絕對不能有任何的閃失，必須保證滅磁的成功，即使是犧牲滅磁保護裝置自身，也要保證整個發(fā)電機組的安全。

3.2 大型發(fā)電機組的接地保護

大型發(fā)電機組的額定電壓較高，會達到500V，尤其是在強勵的狀態(tài)下，其額定電壓會超出500V。技術(shù)人員若此時將其取出，其危險系數(shù)極高，再加上發(fā)電機組的組成比較復(fù)雜，這也無疑增加了選擇電纜的難度。為了有效地解決這一問題，需對大型發(fā)電機組予以有效的失磁保護。技術(shù)人員需充分利用轉(zhuǎn)子電壓測量其對應(yīng)的附件，并按照就近原則，將其安裝在相對應(yīng)的勵磁系統(tǒng)中，而較大的電阻則需安置在對應(yīng)的勵磁體系屏柜中。技術(shù)人員在對轉(zhuǎn)子電阻進行分壓處理之后，可以接入距離較遠的屏柜中，從而有效地實現(xiàn)大型發(fā)電機組的接地保護功能。

4 ?結(jié)語

現(xiàn)如今，隨著電力系統(tǒng)的不斷完善，傳統(tǒng)的電力技術(shù)顯然已經(jīng)無法滿足于人們對于電力的需求了。所以，一些傳統(tǒng)的電力保護關(guān)鍵技術(shù)的弊端日益突出。為了改善電力系統(tǒng)的性能，首要任務(wù)就是加強對于發(fā)電機組的保護。本文首先從有效材料利用率的升高、不斷提升系統(tǒng)的絕緣要求、電機參數(shù)變化大三方面闡述了大型發(fā)電機組保護關(guān)鍵技術(shù)的要求，其次從失磁保護、失步保護、頻率異常保護與低電壓保護三方面論述了機網(wǎng)協(xié)調(diào)對于大型發(fā)電機保護關(guān)鍵技術(shù)的要求，最后提出了大型發(fā)電機保護關(guān)鍵技術(shù)的改善措施。

參考文獻

[1] 陳小明，王德寬，朱必良，等.巨型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[J].水電與抽水蓄能，2018，20（4）：28-36.

[2] 朱宏.大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組關(guān)鍵技術(shù)[J].云南水力發(fā)電，2018，69（48）：58-59.

[3] 馮超，劉世澤，岳文亭.大型水輪發(fā)電機定子線棒絕緣結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵性能分析[J].大電機技術(shù)，2018，69（47）：58.

[4] 劉亞東.大型發(fā)電機保護關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華北電力大學(xué)，2014.