淺析發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方式

姚晉瀚

摘 要：在電力生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)電機(jī)是不可或缺的動(dòng)力元件，而在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，很容易出現(xiàn)失磁現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，而良好的勵(lì)磁是電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，在進(jìn)行發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)時(shí)既要進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)還要進(jìn)行機(jī)組保護(hù)，本文中將結(jié)合自身的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，從阻抗原理和逆無(wú)功原理兩個(gè)方面出發(fā)，對(duì)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方式進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；失磁保護(hù)；方式淺析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

發(fā)電機(jī)是機(jī)械設(shè)備的重要組成元件，但是在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)滅磁開(kāi)關(guān)誤跳閘或者整流裝置誤跳閘等失磁現(xiàn)象，而當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)失磁故障后，就會(huì)從電網(wǎng)或外界系統(tǒng)之中吸收大量的無(wú)功功率，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行電壓不斷下降，甚至對(duì)機(jī)械設(shè)備造成損害。

1.發(fā)電機(jī)失磁后系統(tǒng)特征

在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，良好的勵(lì)磁是電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，但是勵(lì)磁并不穩(wěn)定，易出現(xiàn)開(kāi)路或者回路短路現(xiàn)象，這就會(huì)引發(fā)發(fā)電機(jī)失磁故障。而發(fā)電機(jī)失磁后，不但自身不會(huì)產(chǎn)生無(wú)功功率，還會(huì)從系統(tǒng)之中吸收更多的無(wú)功功率，這樣就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)功功率儲(chǔ)存嚴(yán)重下降，繼而誘使發(fā)電廠母線電壓、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不斷下降，這是發(fā)電機(jī)失磁后系統(tǒng)主要出現(xiàn)的表現(xiàn)特征。其次在發(fā)電機(jī)出現(xiàn)部分失磁故障后，大量的吸收系統(tǒng)無(wú)功功率，還會(huì)導(dǎo)致定子電壓下降，根據(jù)原動(dòng)機(jī)輸出功率不變電壓與電流之間的反比關(guān)系，發(fā)電機(jī)的定子電流會(huì)不斷增大，及功率角增大，而當(dāng)發(fā)電機(jī)從失磁到功角增大到 900的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)的整體電功率會(huì)不斷減小，但是機(jī)械功率瞬時(shí)間來(lái)不及減小，直到功角超過(guò) 900以后，發(fā)電機(jī)異步功率才會(huì)再次實(shí)現(xiàn)輸出與輸入之前的平衡，這是發(fā)電機(jī)失磁后系統(tǒng)出現(xiàn)的另外一種表現(xiàn)特征。再次當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)失磁后，無(wú)功功率會(huì)快速地向負(fù)向變化，并按照滑差周期有規(guī)律地進(jìn)行擺動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中，出現(xiàn)失磁的發(fā)電機(jī)有功功率大，產(chǎn)生的滑差則會(huì)越大，這樣從外界之中吸收到的無(wú)功功率也會(huì)不斷增大。最后一種發(fā)電機(jī)失磁后系統(tǒng)特征，就是發(fā)電機(jī)會(huì)從失磁最開(kāi)始的穩(wěn)定異步運(yùn)行，轉(zhuǎn)變?yōu)檠刂扔泄ψ杩箞A第一象限到第四象限之間的變化。

2.發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方式淺析

2.1阻抗原理發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

在發(fā)電機(jī)出現(xiàn)失磁故障后，利用阻抗原理進(jìn)行發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)，是比較常見(jiàn)的一種保護(hù)方式，在應(yīng)用此種方式進(jìn)行發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)時(shí)，主要是以阻抗圓為主判斷依據(jù)，對(duì)短路、系統(tǒng)震蕩、PT斷線等故障機(jī)組進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而有針對(duì)性地進(jìn)行發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)。在利用阻抗原理進(jìn)行發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)時(shí)，可以從以下幾個(gè)方面做起。①阻抗保護(hù)Ⅰ段，阻抗Ⅰ段是縮小的異步邊界阻抗圓，動(dòng)作特性如圖1所示。

在這個(gè)阻抗圓之中，具有很好的穩(wěn)定震蕩效果，只需0.1s就可以躲過(guò)由勵(lì)磁短路原因引發(fā)的相關(guān)震蕩，并且還有保護(hù)重負(fù)荷動(dòng)作的作用，在電壓互感器回路之中三相斷線也不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作上的延誤，只需用負(fù)性電壓互感器，就可以對(duì)回路進(jìn)行非對(duì)稱(chēng)斷線。②阻抗保護(hù)Ⅱ段，阻抗Ⅱ段是圓由靜穩(wěn)邊界阻抗圓切除無(wú)用部分組成，動(dòng)作特性如圖2所示。

在阻抗Ⅱ段之中，更好地滿(mǎn)足了發(fā)電機(jī)運(yùn)行需要沿用的阻抗切線，這樣當(dāng)發(fā)電機(jī)還沒(méi)有完全失磁后時(shí)，可以通過(guò)相應(yīng)的運(yùn)行調(diào)整，并進(jìn)入圓區(qū)內(nèi)，這樣即使在系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩時(shí)，沿著相應(yīng)的阻抗軌跡就可以快速的進(jìn)入到阻抗Ⅱ段圓之中，且在獨(dú)立加速元件運(yùn)行時(shí)，延時(shí)時(shí)間也會(huì)縮短到0.1s左右，并將閉鎖電壓排除在外，通過(guò)低電壓閉鎖電壓互感器控制發(fā)動(dòng)機(jī)之中回路三相中的錯(cuò)誤動(dòng)作。③低電壓保護(hù)，在利用阻抗原理進(jìn)行發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)時(shí)，低電壓保護(hù)可以理解為阻抗保護(hù)Ⅰ段與Ⅱ段的補(bǔ)充，如當(dāng)系統(tǒng)之中阻抗較大時(shí)，發(fā)電機(jī)易出現(xiàn)失磁故障，阻抗保護(hù)Ⅰ段與Ⅱ段由于動(dòng)作比較遲緩，易出現(xiàn)拒動(dòng)，但是低壓元件由于動(dòng)作更加快速，因此進(jìn)行低電壓保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)更好的安全作用。此外在系統(tǒng)之中，還會(huì)出現(xiàn)大機(jī)組或者與系統(tǒng)聯(lián)系較為薄弱的機(jī)組失磁，這會(huì)導(dǎo)致變壓器高壓側(cè)電壓急劇下降，從而對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成危害，但是低電壓保護(hù)，除有防止震動(dòng)作用效果外，還可以防止外部短路時(shí)誤動(dòng)。④低勵(lì)磁電流保護(hù)，在發(fā)電機(jī)部分失磁，與勵(lì)磁電流低有一定的關(guān)系，由于勵(lì)磁電流低，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子環(huán)磁路不飽和，這樣通過(guò)護(hù)環(huán)垂直進(jìn)入定子端疊片的磁通量就會(huì)大幅度加贈(zèng)，從而產(chǎn)生一個(gè)較大的磁漩渦，并引發(fā)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)定子端局部發(fā)熱。因此在阻抗原理進(jìn)行發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)時(shí)，就可以通過(guò)低勵(lì)磁電流保護(hù)方式，將系統(tǒng)中的有功功率進(jìn)行限制，從而對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行失磁保護(hù)。

2.2逆無(wú)功原理發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

運(yùn)用逆無(wú)功原理對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行失磁保護(hù)，也是十分常見(jiàn)的一種方式，通過(guò)以往的實(shí)踐證明可以發(fā)現(xiàn)，利用逆無(wú)功原理對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行失磁保護(hù)作用效果十分理想。對(duì)此從保護(hù)依據(jù)、保護(hù)邏輯圖兩個(gè)方面，對(duì)逆無(wú)功原理發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)進(jìn)行分析。首先在構(gòu)成原理方面，當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)失磁故障后，會(huì)出現(xiàn)逆無(wú)功和定子過(guò)電流，利用運(yùn)用逆無(wú)功原理對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行失磁保護(hù)，可以直接的反應(yīng)出發(fā)電機(jī)無(wú)功吸收程度和定子過(guò)電流產(chǎn)生情況，從而適當(dāng)?shù)脑黾訖C(jī)端低電壓、調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，并通過(guò)機(jī)組功率，監(jiān)視發(fā)電機(jī)失磁對(duì)機(jī)組及機(jī)組系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。通常情況下，發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行危害依據(jù)，包括系統(tǒng)低電壓、機(jī)端電壓、有功功率，其中系統(tǒng)低電壓及機(jī)端電壓可以判斷失磁對(duì)廠用電影響、而有功功率則可以判斷失磁運(yùn)行對(duì)機(jī)組的危害程度，這樣在利用運(yùn)用逆無(wú)功原理對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行失磁保護(hù)時(shí)，可以對(duì)整個(gè)失磁物理過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)化的分析，從而利用逆無(wú)功原理取消轉(zhuǎn)子電壓，因此在現(xiàn)下的無(wú)刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)中特別適合應(yīng)用此種方式進(jìn)行發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)。其次保護(hù)邏輯圖，運(yùn)用逆無(wú)功原理對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行失磁保護(hù)，就是采用延時(shí)元件對(duì)系統(tǒng)震蕩進(jìn)行保護(hù)，采用負(fù)序電壓閉鎖元件對(duì)具體故障進(jìn)行排除，當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁后，會(huì)出現(xiàn)無(wú)功倒流，并導(dǎo)致定子電流不斷加大，而安裝逆無(wú)功元件，若是發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)有功率增大現(xiàn)象，在可以通過(guò)相關(guān)指令，將發(fā)電機(jī)功率再次控制在合理范圍內(nèi)，從而形成一種自保持效果，這還可以對(duì)發(fā)電機(jī)失磁后產(chǎn)生的電流波動(dòng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)更好的減有功速度和效果。此外利用逆無(wú)功元件，在經(jīng)過(guò)T2延時(shí)后，會(huì)發(fā)出一個(gè)切換廠用電或者滅跳磁的指示命令，從而起到減少短路對(duì)設(shè)備持續(xù)損害的作用效果，從而將發(fā)動(dòng)機(jī)失磁故障危害降到最小。而當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)失磁故障解決后，逆無(wú)功元件會(huì)在T3延時(shí)后，發(fā)出切機(jī)命令，并仍舊閉鎖T4時(shí)間，從而防止切機(jī)后系統(tǒng)之中產(chǎn)生的瞬時(shí)震蕩，因此利用逆無(wú)功原理可以對(duì)失磁發(fā)電機(jī)形成很好的保護(hù)作用。

結(jié)語(yǔ)

在電力設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)電機(jī)是不可或缺的動(dòng)力元件，而在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，很容易出現(xiàn)失磁故障，而利用阻抗原理和逆無(wú)功原理都可以對(duì)放電機(jī)失磁進(jìn)行保護(hù)，從而為電力系統(tǒng)穩(wěn)定提供保障。

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