發(fā)電機(jī)保護(hù)與控制協(xié)調(diào)研究

焦建偉

摘 要 當(dāng)前社會，各行各業(yè)對于用電的需求都不斷增大，任何微小的波動都將產(chǎn)生不可估量的后果。因此，能否保證電力的正常供應(yīng)是受到廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問題，保障電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也是至關(guān)重要的，因此，改進(jìn)發(fā)電機(jī)保護(hù)和協(xié)調(diào)控制也勢在必行。本文對發(fā)電機(jī)保護(hù)和控制協(xié)調(diào)方式進(jìn)行了分析和研究，這種研究是非常有必要的。

關(guān)鍵詞 發(fā)電機(jī)；保護(hù)；控制；研究

中圖分類號 TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）05-0041-02

隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，各種類型的配套設(shè)施建設(shè)也必須能夠與社會發(fā)展?fàn)顟B(tài)相適應(yīng)，國民的用電需求也在不斷增大，而電能的主要來源就是發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)作為機(jī)器，運(yùn)行中就必然存在發(fā)生故障的情況，這對于供電就會造成很大的影響和問題。所以在操作和使用過程中，必須注重其保護(hù)，同時在必要的時候采取控制行為，以保證其正常工作[ 1 ]。同時，在進(jìn)入新世紀(jì)以來，微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器獲得了廣泛的使用，反過來也推動了其技術(shù)革新和更新?lián)Q代，因此，發(fā)電機(jī)的控制也成為了廣受關(guān)注的焦點(diǎn)[2]。

1 發(fā)電機(jī)保護(hù)的重要性

近年來，因發(fā)電機(jī)故障而導(dǎo)致的停電事件時有發(fā)生，在主要電力系統(tǒng)振蕩期間，發(fā)動機(jī)的相關(guān)保護(hù)機(jī)制可能會因為誤判而產(chǎn)生錯誤的操作，因此加強(qiáng)發(fā)電機(jī)的保護(hù)和控制協(xié)調(diào)就非常重要[3]。

電力的正常使用在當(dāng)今社會的生產(chǎn)生活中變得越來越重要，這也正體現(xiàn)了電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，反過來又保障了電力的供應(yīng)。我國的電力行業(yè)不斷在進(jìn)行建設(shè)和探索，將傳統(tǒng)的煤發(fā)電與新型發(fā)電形式如風(fēng)能、水能發(fā)電相結(jié)合，以滿足全國各行各業(yè)對于電力的需求。在具體的技術(shù)層面，目前我國普遍采取遠(yuǎn)距離超高壓輸電的形式，使得各地的電力需求都能夠得到保障?；谶@一背景，維護(hù)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性就成了重中之重，對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也起到關(guān)鍵的作用。

發(fā)電機(jī)組在整個電力系統(tǒng)當(dāng)中占有的地位無可比擬，其具有成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。其頻率特性正是其輸出功率與系統(tǒng)頻率變化之間關(guān)系的具體體現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)頻率因為負(fù)荷的變動而產(chǎn)生變動時，機(jī)組的轉(zhuǎn)速也會產(chǎn)生變化，通過調(diào)速系統(tǒng)來調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)門開度，改變機(jī)組的輸出模式，來使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到穩(wěn)定值。其調(diào)速系統(tǒng)通過一次調(diào)頻和二次調(diào)頻共同作用，以保證系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在規(guī)定變化范圍內(nèi)，這也是機(jī)組頻率調(diào)節(jié)最有效的方式。因此機(jī)組一次調(diào)頻和二次調(diào)頻對機(jī)組和電力系統(tǒng)頻率特性都是非常關(guān)鍵的[4]。

只有發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，才能夠保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電力的供應(yīng)，如若出現(xiàn)問題，將會對電網(wǎng)造成巨大的傷害和破壞，并且對設(shè)備造成損傷，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此研究和開發(fā)發(fā)電機(jī)的保護(hù)裝置，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。保護(hù)裝置可以及時并且科學(xué)地保護(hù)發(fā)生故障的發(fā)電機(jī)。經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，這一技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計算機(jī)操控和更加精密的保護(hù)。

2 發(fā)電機(jī)的保護(hù)功能

2.1 發(fā)電機(jī)組接線方式對差動保護(hù)配置的影響

發(fā)動機(jī)組的保護(hù)配置能夠根據(jù)具體的需求和接線方式的差異而產(chǎn)生變化，針對規(guī)模較大的發(fā)電機(jī)組，出口斷路器可以實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)，當(dāng)有問題出現(xiàn)時，這一裝置可以很快使電壓恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，保證生產(chǎn)活動不受影響。但是如果是規(guī)模較小的發(fā)電機(jī)組，如果采用這一裝置進(jìn)行保護(hù)會適得其反，容易使得故障狀況更為嚴(yán)重。

2.2 調(diào)速器控制

這一裝置最主要的用途是保證發(fā)電機(jī)組的速度和符合處于規(guī)定的范圍之內(nèi)。在同步發(fā)電機(jī)上，如果負(fù)荷突然出現(xiàn)降低，轉(zhuǎn)速會突然增大，頻率也會隨之增大。這時調(diào)速器就會發(fā)生作用，合上導(dǎo)葉使得機(jī)械力減小，從而強(qiáng)行使輸出功率降低。反過來，如果發(fā)電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速就會突然降低，輸出頻率也會隨之降低。若是發(fā)電機(jī)保持這一狀態(tài)強(qiáng)行進(jìn)行滿負(fù)荷運(yùn)行，而保護(hù)裝置卻沒有進(jìn)行及時糾正的話，就會出現(xiàn)很嚴(yán)重的問題，也會對設(shè)備造成很大的傷害，同時帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，調(diào)速器在發(fā)電機(jī)組中起到的保護(hù)作用是不可忽視的。

2.3 勵磁保護(hù)

這一系統(tǒng)主要的工作方式是提供磁場能以保障發(fā)電機(jī)和整個系統(tǒng)的同步運(yùn)行，并且為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組輸入直流電。在過去的系統(tǒng)當(dāng)中，直流電源往往由另一臺單獨(dú)的小發(fā)電機(jī)進(jìn)行提供，而現(xiàn)在因為技術(shù)革新和設(shè)備的升級換代，直流電可以從連接至發(fā)電機(jī)出口的交直流轉(zhuǎn)換變壓器中獲得，變交流電為直流電。

除過保持同步這一功能，系統(tǒng)還會對發(fā)電機(jī)吸收或輸出的無功功率值產(chǎn)生影響。勵磁電流的加大會使這一數(shù)值升高，并且直接導(dǎo)致電壓的升高，而勵磁電流的減小則會降低這一數(shù)值并導(dǎo)致電壓的降低，而這種行為在部分狀況下會影響發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)之間的同步性，運(yùn)用勵磁保護(hù)系統(tǒng)就可以對無功功率值進(jìn)行調(diào)節(jié)，在其增高時進(jìn)行吸收，在其降低時主動輸出，從而保證發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)之間的平衡不受到這一因素的干擾和影響。

2.4 失磁保護(hù)

這一功能的實(shí)現(xiàn)需要與靜態(tài)穩(wěn)定、發(fā)電機(jī)容量以及欠勵限制相協(xié)調(diào)。當(dāng)系統(tǒng)在高壓下持續(xù)工作時，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行應(yīng)當(dāng)處于欠勵工況，并將系統(tǒng)中產(chǎn)生的無功功率進(jìn)行吸收使得這一數(shù)值降低。而這一特性在大型系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩從而解列成幾個孤網(wǎng)時表現(xiàn)得更為突出。發(fā)電機(jī)通過對系統(tǒng)內(nèi)無功功率的吸收來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓的功能，這也在其容量曲線中有著具體的體現(xiàn)。欠勵限制必須設(shè)置為在發(fā)電機(jī)容量曲線中可持續(xù)運(yùn)行，而失磁保護(hù)則必須保證發(fā)電機(jī)的運(yùn)行處于欠勵工況。同步發(fā)電機(jī)存在部分或全部失磁現(xiàn)象時都會對整個電力系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，因此當(dāng)這以現(xiàn)象存在時，必須依托必要的技術(shù)手段及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行解決，以免對發(fā)電機(jī)和整個電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的破壞。如果不能及時發(fā)現(xiàn)，則大量的無功功率會被消耗掉，導(dǎo)致電壓的降低，使得發(fā)電機(jī)產(chǎn)生異步狀態(tài)，其運(yùn)行的阻尼和溫度都不斷上升，最終導(dǎo)致短路、跳閘甚至將設(shè)備燒毀。

在生產(chǎn)活動當(dāng)中，低勵、失磁故障都是非常常見的問題，尤其是規(guī)模較大的發(fā)電機(jī)組，其中間環(huán)節(jié)更多，因而事故出現(xiàn)的可能性也就相應(yīng)地增大。當(dāng)這類故障發(fā)生時，整個系統(tǒng)和設(shè)備的過電流極大，造成溫度上升導(dǎo)致灼傷，同時機(jī)端電壓降低，無功功率升高，有功功率也會產(chǎn)生大幅變化，這對于整個系統(tǒng)的運(yùn)行都有嚴(yán)重的影響，并且發(fā)電機(jī)的容量越大，造成的危害也就越大。所以在電力系統(tǒng)發(fā)展和升級的同時，這方面的保護(hù)措施和裝置也不應(yīng)當(dāng)被忽略，在發(fā)生失磁現(xiàn)象時，保護(hù)裝置應(yīng)當(dāng)能夠及時發(fā)揮作用，在不存在這一現(xiàn)象時也要保證不會發(fā)生誤判而進(jìn)行錯誤的動作，這樣才能對發(fā)電機(jī)起到更好、更科學(xué)、更有效的保護(hù)作用[5]。

3 結(jié)論

當(dāng)前社會，基于生產(chǎn)生活對于用電的巨大需求，任何微小的波動都將產(chǎn)生不可估量的后果，因此能否保證電力的正常供應(yīng)是受到廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問題，保障電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也是至關(guān)重要的。在具體的生產(chǎn)當(dāng)中，更對改進(jìn)發(fā)電機(jī)保護(hù)和協(xié)調(diào)控制提出了更高的要求。因此分析和研究這方面的技術(shù)、設(shè)計開發(fā)出更有效的保護(hù)措施和協(xié)調(diào)裝置，就能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)起到更有效的保護(hù)，從而保障發(fā)電和電力傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，這不僅具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義，也有很大的發(fā)展前景和空間。

參考文獻(xiàn)

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