发电机进相运行对发电机变压器保护的影响研究

袁业

摘要：目前，我国已基本完成了大容量、高电压、远距离的现代化电网体系建设。当系统负荷保持较低水平时电力系统中的感性无功过剩，将导致电网系统整体电压上升，严重的可能达到运行电压上限水平。这不仅会使输送电能质量降低，也会带来一定的安全隐患。为此，研究发电机变压器保护机制有着极为现实的意义。本文就发电机变压器保护受到的发电机进相运行的影响进行分析，以供参考。

关键词：发电机;进相运行;变压器保护

近年来国家加快了大容量、超高压、远距离的电网建设。不同地区发展水平存在明显的差异，导致电力需求也存在明显的差异。基于这一原因电力系统若处于低谷运行时电压容易升高。这一点在电力枢纽点最为明显，也容易导致发电机变压器受到损伤。就预防措施来讲，发电机进相运行具有不少优点，包括成本低、调压平滑、使用简便等，因而在电网系统中得到了大量的应用。

1、发电机进相运行的概述

发电机在正常工作时，不仅会提供有功功率，也提供无功功率。迟相运行即所谓的滞相运行，是指定子电流滞后于端电压一个角度的状态[1]。进相运行是指一种状态，如果励磁电流逐步变小，发电机会出现明显变化，从为系统提供无功功率改为从系统中吸收无功功率，同时，定子电流从滞后改为超前发电机端电压一个角度。发电机组从迟相运行转变为进相运行，在此过程中功率逐步变大，励磁电压、电流会相应变小。无论发电机处于何种状态（进相运行或滞相运行），发电机组三相电流与电压都是对称的，二者间幅值以及大小没有更改，负序与零序分量较为轻微。若发电机组有短路问题发生，电流会迅速变大，电压也变得不稳定，此时就会形成负序与零序分量。

2、发电机进相运行对变压器的保护分类与保护措施

2.1保护分类

（1）单一反应定子侧电流量保护。根据“同滞相”的进相特点进行分析，保护类型除了发电机差动、变电阻差动、变压器差动以外，还包括非全相保护、过电流保护、不对称过负荷、对称过负荷等。以上对应的常见故障主要是会形成较大差动电流，可见电流增加显著，包括正序电流、零序电流、负向电流、负序/零序电流[2]。

（2）反应频率或频率与电压关系的保护。当发动机处于进相运行状态时其频率是固定的，系统保持稳定，此种背景下高频保护与低频保护均不会受到发电机进相运行的干扰。从过激磁保护的层面分析，U/f可以用于表示感应电压和频率二者间的关系，它们很难受到发电机进相运行的干扰。

（3）单一反应定子侧电压量保护。根据“同滞相”的进相特点可以发现，将保护的类型主要划分为三种，除了定子接地保护（95%、100%）外，还包括匝间保护、发电机过电压保护。

这些故障特点分别是中性点周边发生接地故障、基波电流出现、纵向基波零序电压增加。

（4）非电量保护和正常运行时退出的保护。通常它们都不会被发电机进相运行所干扰。其中，涉及到瓦斯保护、启停炉保护，也包括突加电压保护、升温保护。

（5）反应感受阻抗保护。大量实践显示，低阻抗、失磁和失步保护属于发电机进相运行过程中三大影响因素[3]。当发电机从滞相运行状态转变为进相运行时，在此过程中继电器感受抗阻将从Z进入Z’，这一过程用时非常短，特别是系统短路的时候，感受阻抗将在刹那间进入Zd区域。不过此过程仅仅是反映短路部位与保护安装部位间的阻抗，和正常运行条件下的工况无关联。另外，主变压器高压侧对阻抗保护的实现给予了极大的支持，这说明它属于变压器机组与发电机组的备用保护措施。它的设定是当阻抗相位发生更改时幅值不会有所波动。

（6）失步保护。该措施主要适用于大型发电机组，若系统出现失步，并威胁到整个机组或系统的安全时，就会出现跳闸或信号警报等动作。

（7）失磁保护。判断发电机失磁保护的依据包括两个，一是判断转子低压，测量励磁电压再评估分析其是否比动作数值小。二是分析传统低阻抗，通过检测空载状态下励磁电压大小算出磁路饱和，同时，需要将相关物理量改变引发的影响考虑进来，包括同步电阻、系统电压等物理量，最終获得更为准确的数据。这样能有效防止因为数值模拟方面的误差所引起的误动作。就失磁保护的阻抗圆来说，主要类型包括异步圆、静稳边界圆、苹果圆。其中，苹果圆是介于前两种圆之间的一种圆。当发电机出现低励或失磁等问题后，通常是先经过静稳边界，之后进入异步运行状态。由此可见，异步圆的灵敏性要弱于静稳边界圆。对于静稳边界圆来说，存在第一、二象限的动作区，当处于进相运行状态时，如果进相比较深则可能出现误动。引发保护误动作的原因常见的是在系统振荡、进相过深的时候，三相不平衡、机组特性差异等因素导致的。基于此，通常选择的处理办法就是异步圆跳闸，能够尽量避免在进相运行的过程中不会出现实质性的误操作。

2.2保护措施

为了最大限度消除发电机进相运行对变压器保护所产生的影响，重点是如何解决系统低谷运行条件下无用功过多的问题。为此，可采取三种措施。一是关于长距离高压线路传输措施。对变压器保护造成威胁的物理因素主要是高电压、长距离、大容量的线路。为吸收过多的无功，一般可使用串/并联电阻器，，以使整个线路电压下降。二是利用电力负荷中心的调相措施。通过电力负荷中心配备的调相机设备，用于为此系统所需的电压标准要求。此法存在一定的局限性，设备需安装在较大的场地上，成本较高，而且安全性也不高。如果调相机有故障发生，整个电网将处于无保护状态，因此，不适宜大范围使用。三是采用发电机组吸收过剩无功。发电机表现为无功负荷为负的状态属于进相运行过程中的主要特点。为了让发电机组吸收系统中多余的无功，一般可将励磁系统输入量进行更改，从而消解整个电网中的电势。此法具有操作容易、成本小、安全可靠等优点，也是当前常用的方式。

3、结语

总之，通过分析发电机进相运行对发电机变压器所造成的影响后应采取有效的措施来保护变压器，确保电网的安全稳定运行。

参考文献

[1]张伟.小议发电机进相运行对发电机变压器的影响[J].电工技术，2016，（4）：86-87.

[2]梁东昇.浅析发电机进相运行对变压器保护的影响[J].发明与创新.大科技，2018，（8）：28，30.

[3]孙利峰.浅析发电机进相运行对变压器保护的影响[J].电子乐园，2020，（7）：163-163.