大型發(fā)電機(jī)保護(hù)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(kuò)大的形勢(shì)下，我國的電力系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了新的跨越，逐步向著“大機(jī)組、高電壓”的方向發(fā)展，相比于傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，大機(jī)組的結(jié)構(gòu)工藝、設(shè)計(jì)以及運(yùn)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(yuǎn)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(diǎn)，使得國家電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)面臨著嚴(yán)重的威脅。為了保障大型發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需予以相應(yīng)的安全保護(hù)措施。本文針對(duì)我國常用的幾種大型發(fā)電機(jī)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入探究。

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

中圖分類號(hào)：TM62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(duì)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(shì)。其中，大型發(fā)電機(jī)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(jìn)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(jìn)步。

1 ?大型發(fā)電機(jī)組保護(hù)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(jī)為了減小體積、降低成本的投入，會(huì)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(dá)到飽和的狀態(tài)，同時(shí)起熱容量也會(huì)逐步減少。一旦轉(zhuǎn)子的負(fù)荷能力降低后，發(fā)電機(jī)內(nèi)部的過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作速度便會(huì)不斷的增加，而這種情況也在一定程度上損傷發(fā)電機(jī)的機(jī)組。再加上機(jī)組的慣性常數(shù)不斷地降低，極易造成發(fā)電機(jī)的失步現(xiàn)象。而此時(shí)，為了保護(hù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，發(fā)電機(jī)會(huì)自動(dòng)跳閘。

1.2 不斷提升系統(tǒng)的絕緣要求

由于大型發(fā)電機(jī)的電壓高、電流大，所以對(duì)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(jī)為直冷式，而定子繞組在運(yùn)行的過程中會(huì)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(huì)引發(fā)定子對(duì)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(hù)措施。

在電力系統(tǒng)中，若對(duì)容量不超過600kV的機(jī)組予以接地保護(hù)，需在發(fā)電機(jī)啟動(dòng)加勵(lì)磁后，才能起到有效的保護(hù)作用。

1.3 電機(jī)參數(shù)變化大

在大型發(fā)電機(jī)運(yùn)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(shì)。但是因?yàn)椴⒙?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(jī)在靜止的狀態(tài)下，其運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性較差。同時(shí)，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)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(yùn)行的滑差便會(huì)隨之增加，會(huì)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(jī)組在電力系統(tǒng)中正常的運(yùn)行，需采取相應(yīng)的失磁保護(hù)措施。

2 ?機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)對(duì)于大型發(fā)電機(jī)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)的要求

2.1 失磁保護(hù)

在電力系統(tǒng)中，若大型發(fā)電機(jī)在運(yùn)行的過程中突發(fā)失磁現(xiàn)象，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的損害，這也為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提出了更高的要求，需采取相應(yīng)的失磁保護(hù)措施[3]。而在采取失磁保護(hù)措施時(shí)，首先要確定發(fā)電機(jī)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(yùn)行時(shí)，技術(shù)人員在進(jìn)行失磁保護(hù)工作時(shí)，要保證操作快、動(dòng)作嫻熟，保證動(dòng)作的準(zhǔn)確性，以防止因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而造成的系統(tǒng)故障。在對(duì)大型發(fā)電機(jī)組進(jìn)行失磁保護(hù)工作時(shí)，需保證失磁保護(hù)措施與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的低勵(lì)限制相輔相成，并在此基礎(chǔ)上充分遵循失磁保護(hù)的原則。

2.2 失步保護(hù)

在水電機(jī)組中，因?yàn)榕c系統(tǒng)的距離較遠(yuǎn)，即使是電抗較大時(shí)，受影響的往往是附近的發(fā)電機(jī)組，所以不會(huì)波及到水電機(jī)組[4]。但是因?yàn)榇笮偷乃啺l(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)儲(chǔ)備不斷的減少，一旦受到外界的干擾，其穩(wěn)定性會(huì)逐漸地減少。因此，亟需對(duì)水電機(jī)組失步保護(hù)措施。相比于水電機(jī)組，火電機(jī)組則與系統(tǒng)緊密相連，若此時(shí)對(duì)火電機(jī)組采取失步保護(hù)措施，有助于技術(shù)人員準(zhǔn)確地判斷震蕩中心所處的位置。若震蕩中心位于發(fā)電機(jī)組內(nèi)，其電流會(huì)有所增加，這時(shí)，為了保障系統(tǒng)的安全，技術(shù)人員需進(jìn)行跳閘處理;反之，該系統(tǒng)則會(huì)準(zhǔn)確地發(fā)出有效信號(hào)。

2.3 頻率異常保護(hù)與低電壓保護(hù)

為了保證發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的頻率處于正常的狀態(tài)，發(fā)電機(jī)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(jī)組在低頻率狀態(tài)下的運(yùn)行時(shí)間與系統(tǒng)的低頻恢復(fù)時(shí)間相適應(yīng)。加強(qiáng)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(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)會(huì)極大程度上影響電壓的穩(wěn)定性。所以，在對(duì)定子實(shí)施低電壓保護(hù)時(shí)，需加強(qiáng)與穩(wěn)定極限的配合，以充分保障低端電壓充分滿足運(yùn)行的要求，并對(duì)系統(tǒng)的無用功率進(jìn)行合理的分配。

3 ?大型發(fā)電機(jī)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)的改善措施

3.1 大型發(fā)電機(jī)的滅磁保護(hù)技術(shù)

隨著現(xiàn)代發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，單機(jī)的容量不斷地實(shí)現(xiàn)突破，千瓦級(jí)別的巨型發(fā)電機(jī)投產(chǎn)，標(biāo)志著我國發(fā)電技術(shù)的發(fā)展邁向了全新的臺(tái)階。雖然發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)實(shí)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(jī)組，其發(fā)生故障的可能性更高。為了避免故障的擴(kuò)大，需對(duì)其采取相應(yīng)滅磁保護(hù)措施。滅磁保護(hù)措施對(duì)于發(fā)電機(jī)組的保護(hù)效果是任何保護(hù)措施無法達(dá)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(jī)組中安裝相應(yīng)的滅磁裝置作為發(fā)電機(jī)組的保護(hù)裝置，一旦發(fā)電機(jī)組發(fā)生緊急情況時(shí)，滅磁保護(hù)裝置能夠充分發(fā)揮其自設(shè)的職能優(yōu)勢(shì)，消滅系統(tǒng)故障。所以，發(fā)電機(jī)組的事故滅磁裝置能夠在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到理想的滅磁效果。事故滅磁不僅會(huì)發(fā)電機(jī)起到了重要的保護(hù)作用，同時(shí)也充分地適應(yīng)了現(xiàn)代勵(lì)磁系統(tǒng)的大容量、高參數(shù)要求。作為發(fā)電機(jī)組一道最重要的防線——滅磁保護(hù)裝置，絕對(duì)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(hù)裝置自身，也要保證整個(gè)發(fā)電機(jī)組的安全。

3.2 大型發(fā)電機(jī)組的接地保護(hù)

大型發(fā)電機(jī)組的額定電壓較高，會(huì)達(dá)到500V，尤其是在強(qiáng)勵(lì)的狀態(tài)下，其額定電壓會(huì)超出500V。技術(shù)人員若此時(shí)將其取出，其危險(xiǎn)系數(shù)極高，再加上發(fā)電機(jī)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(duì)大型發(fā)電機(jī)組予以有效的失磁保護(hù)。技術(shù)人員需充分利用轉(zhuǎn)子電壓測(cè)量其對(duì)應(yīng)的附件，并按照就近原則，將其安裝在相對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁系統(tǒng)中，而較大的電阻則需安置在對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁體系屏柜中。技術(shù)人員在對(duì)轉(zhuǎn)子電阻進(jìn)行分壓處理之后，可以接入距離較遠(yuǎn)的屏柜中，從而有效地實(shí)現(xiàn)大型發(fā)電機(jī)組的接地保護(hù)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(duì)于電力的需求了。所以，一些傳統(tǒng)的電力保護(hù)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(qiáng)對(duì)于發(fā)電機(jī)組的保護(hù)。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(jī)參數(shù)變化大三方面闡述了大型發(fā)電機(jī)組保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)的要求，其次從失磁保護(hù)、失步保護(hù)、頻率異常保護(hù)與低電壓保護(hù)三方面論述了機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)對(duì)于大型發(fā)電機(jī)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)的要求，最后提出了大型發(fā)電機(jī)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)的改善措施。

參考文獻(xiàn)

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