关于发电机过电压保护动作的分析与探讨

刘莹

摘 要：发电机作为机械设备运转的主要动力源泉，是保证企业实现机械化生产、流水线作业的一个重要装置，在企业生产过程中发挥着极其重要的作用。只有发电机正常工作才能保证其他机械设备正常运转，才能维持企业正常生产。本文对发电机过电压保护功能与励磁系统，以及过电压保护动作进行详细的分析，并给出了关于排除发电机过电压故障的有效方法，旨在减少发电机过电压故障对机械设备产生的不良影响。

关键词：发电机；过电压；励磁系统；保护动作；分析

励磁系统是发电机的核心与关键，而转子绕组是励磁系统的核心部分。伴随发电机应用的日益广泛与机械化作业的逐渐深入、成熟，人们对发电机运行的安全性与稳定性提出了更高的要求。同时，为减少发电机异常和故障現象发生，降低转子绕组损坏的可能性，各种保护装置应运而生，如过电压保护、接地保护等。了解过电压保护等各种保护装置，有利于发电机运行可靠性的进一步提高。

1 发电机过电压保护功能与励磁系统概述

以某水力发电厂所用发电机为例，该厂发电机在一次修理之后，进行零起升压试压，试验过程中以手动方式投入励磁系统，发电机转子出现过电压保护动作，同时机组停止工作，但励磁系统并没有发出任何提示信号。发电机转子出现过电压不仅会对转子绝缘造成严重损害，还会造成发电机无法正常运行，这就需要采取过电压保护措施。

1.1 发电机过电压保护功能

采用西门子7UM622微机保护装置对该厂发电机转子过电压进行保护，该装置可以对由过电压造成的发电机转子绝缘老化或击穿现象进行较好的防护[1]。将该保护装置测量电压取为发电机端电压互感器二次测量值，保护整定值设为二级。在这种情况下，当测量电压超过整定值且达到整定时间时，发电机过电压保护动作就会跳闸停机，从而达到保护发电机转子绕组绝缘的目的。

1.2 励磁系统

励磁系统一般由电源、整流器、励磁反馈回路、励磁给定、励磁辅助回路、调节器、控制装置、保护装置等构成，其中调节器有手动调节和自动调节两种触发方式。系统基本参数包括额定励磁电压/电流，最大空载励磁电流和空载励磁电流[2]。当励磁系统运行正常时，采用自动调节方式并辅以一系列辅助装置，若自动调节出现故障，则系统切换至手动调节方式以维持系统的正常运行。

2 发电机过电压保护动作的分析

为查明励磁系统引起发电机过电压保护动作停机的具体原因，需要做如下几项试验：

2.1 保护装置回路检查

考虑到过电压保护测量电压为发电机端电压互感器二次侧，因而需要对发电机端电压互感器一次回路、二次回路进行检查。根据对发电机转子过电压保护功能检验数据分析，发电机端电压一次回路、二次回路及其功能均正常。

2.2 实际励磁电流反馈回路检查

正常情况下，发电机转子电流实际值在某一特定检流电阻上会产生压降，基于这一特性，利用变送器对其电流值进行测量，如果测量值无法准确反映转子的实际电流，则将会导致N03出现错误判断，进而引起励磁电流反馈回路发出错误调节指令，造成发电机转子出现过电压[3]。实际检测结果表明，对变送器进行加压试验，其运行正常且线性度变化状态良好，即励磁电流反馈回路功能正常。

2.3 励磁电流控制器功能测试

在发电机励磁系统中，励磁电流控制器N03主要用于产生控制电压，采用静态法对励磁电流控制器N03输出电压及S2测点电位进行检测，检测S2测点电位为﹢10V。模拟发电机并网发电情形，以手动方式增加励磁电流给定，同时输入相应励磁电流值，然后对控制器控制电压的变化情况进行测量，发现控制电压变化范围在﹣7V～﹣10V之间。根据励磁电流与控制电压之间的对应关系可知，当励磁电流为最大空载励磁电流时，对应的控制电压为﹣4.12V；当励磁电流为空载励磁电流时，对应的控制电压值为﹣3.75V[4]。这说明，控制电压处于﹣7V～﹣10V之间时，励磁电流处于强励输出状态。在强励输出状态下，往往会导致发电机励磁电流过大，进而引起发电机转子出现过电压。上述检测结果表明，励磁电流控制器N03功能不正常。

3 排除发电机过电压故障方法

针对励磁电流控制器N03功能不正常现象，可以通过更换备用板件测试方式来进行解决。因为备用板件与原板件为不同批次产品，在性能上存在一定差异。根据N03工作的原理分析，初步判定造成其输出控制电压超出空载励磁控制电压正常范围值的原因可能是板件运算放大器工作异常。模拟发电机并网测试，更换板件上的运算放大器，同时对板件上分压器挡位进行调整。然后对控制器输出控制电压变化情况进行测量，测量结果显示控制电压变化范围在﹣10V～0V之间[5]。此时模拟灭磁，检测输出控制电压为﹢6V，这意味着励磁电流控制器N03功能正常，能够完成对励磁系统的调节功能，并且在静态方式下以手动方式调节励磁系统，系统运行正常。即通过更换板件运算放大器可以解决励磁控制器N03功能不正常的故障。

4 总结

在今天以机械化作业为主的生产模式下，保护发电机正常运行十分重要。发电机使用者应高度重视发电机转子绕组的过电压保护工作，依据自身实际情况采取适宜的保护装置对发电机过电压故障进行有效防护，保证转子绕组绝缘功能可以正常发挥，保证发电机可以正常运行，从而为企业生产经营提供可靠保障。

参考文献

[1]王宇强.励磁系统误强励时发电机过电压保护的研究与仿真[D].华北电力大学，2014.

[2]姚林.发电机转子过电压保护异常动作情况分析[J].科技信息，2010，（18）：346.

[3]赵贵文.一起发电机过电压保护动作的分析与探讨[J].水电站机电技术，2010，（5）：26-28.

[4]袁艺.大型水轮发电机保护整定计算及保护优化的研究[D].华中科技大学，2013.

[5]陈晓科.发电机组误上电事故的继电保护动作分析[J].广东电力，2006，（4）：68-70.