發電機保護與控制協調研究

焦建偉

摘 要 當前社會，各行各業對于用電的需求都不斷增大，任何微小的波動都將產生不可估量的后果。因此，能否保證電力的正常供應是受到廣泛關注的熱點問題，保障電力系統和發電機的安全穩定運行也是至關重要的，因此，改進發電機保護和協調控制也勢在必行。本文對發電機保護和控制協調方式進行了分析和研究，這種研究是非常有必要的。

關鍵詞 發電機；保護；控制；研究

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

隨著經濟和社會的發展，各種類型的配套設施建設也必須能夠與社會發展狀態相適應，國民的用電需求也在不斷增大，而電能的主要來源就是發電機。發電機作為機器，運行中就必然存在發生故障的情況，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，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，在進入新世紀以來，微機勵磁調節器獲得了廣泛的使用，反過來也推動了其技術革新和更新換代，因此，發電機的控制也成為了廣受關注的焦點[2]。

1 發電機保護的重要性

近年來，因發電機故障而導致的停電事件時有發生，在主要電力系統振蕩期間，發動機的相關保護機制可能會因為誤判而產生錯誤的操作，因此加強發電機的保護和控制協調就非常重要[3]。

電力的正常使用在當今社會的生產生活中變得越來越重要，這也正體現了電力行業的迅猛發展，反過來又保障了電力的供應。我國的電力行業不斷在進行建設和探索，將傳統的煤發電與新型發電形式如風能、水能發電相結合，以滿足全國各行各業對于電力的需求。在具體的技術層面，目前我國普遍采取遠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，維護電力系統的安全性和穩定性就成了重中之重，對于促進經濟的發展也起到關鍵的作用。

發電機組在整個電力系統當中占有的地位無可比擬，其具有成本高、結構復雜等特點。其頻率特性正是其輸出功率與系統頻率變化之間關系的具體體現，當系統頻率因為負荷的變動而產生變動時，機組的轉速也會產生變化，通過調速系統來調節汽輪機調門開度，改變機組的輸出模式，來使系統頻率恢復到穩定值。其調速系統通過一次調頻和二次調頻共同作用，以保證系統頻率穩定在規定變化范圍內，這也是機組頻率調節最有效的方式。因此機組一次調頻和二次調頻對機組和電力系統頻率特性都是非常關鍵的[4]。

只有發電機正常運行，才能夠保證電力系統的穩定運行和電力的供應，如若出現問題，將會對電網造成巨大的傷害和破壞，并且對設備造成損傷，從而造成巨大的經濟損失。因此研究和開發發電機的保護裝置，具有很重要的現實意義。保護裝置可以及時并且科學地保護發生故障的發電機。經歷了幾十年的發展，這一技術已經逐漸成熟，可以實現遠程計算機操控和更加精密的保護。

2 發電機的保護功能

2.1 發電機組接線方式對差動保護配置的影響

發動機組的保護配置能夠根據具體的需求和接線方式的差異而產生變化，針對規模較大的發電機組，出口斷路器可以實現有效的保護，當有問題出現時，這一裝置可以很快使電壓恢復到穩定狀態，保證生產活動不受影響。但是如果是規模較小的發電機組，如果采用這一裝置進行保護會適得其反，容易使得故障狀況更為嚴重。

2.2 調速器控制

這一裝置最主要的用途是保證發電機組的速度和符合處于規定的范圍之內。在同步發電機上，如果負荷突然出現降低，轉速會突然增大，頻率也會隨之增大。這時調速器就會發生作用，合上導葉使得機械力減小，從而強行使輸出功率降低。反過來，如果發電機超負荷運轉，轉速就會突然降低，輸出頻率也會隨之降低。若是發電機保持這一狀態強行進行滿負荷運行，而保護裝置卻沒有進行及時糾正的話，就會出現很嚴重的問題，也會對設備造成很大的傷害，同時帶來巨大的經濟損失。因此，調速器在發電機組中起到的保護作用是不可忽視的。

2.3 勵磁保護

這一系統主要的工作方式是提供磁場能以保障發電機和整個系統的同步運行，并且為發電機轉子繞組輸入直流電。在過去的系統當中，直流電源往往由另一臺單獨的小發電機進行提供，而現在因為技術革新和設備的升級換代，直流電可以從連接至發電機出口的交直流轉換變壓器中獲得，變交流電為直流電。

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

2.4 失磁保護

這一功能的實現需要與靜態穩定、發電機容量以及欠勵限制相協調。當系統在高壓下持續工作時，發電機的運行應當處于欠勵工況，并將系統中產生的無功功率進行吸收使得這一數值降低。而這一特性在大型系統產生震蕩從而解列成幾個孤網時表現得更為突出。發電機通過對系統內無功功率的吸收來實現調節電壓的功能，這也在其容量曲線中有著具體的體現。欠勵限制必須設置為在發電機容量曲線中可持續運行，而失磁保護則必須保證發電機的運行處于欠勵工況。同步發電機存在部分或全部失磁現象時都會對整個電力系統產生負面影響，因此當這以現象存在時，必須依托必要的技術手段及時發現并進行解決，以免對發電機和整個電力系統造成嚴重的破壞。如果不能及時發現，則大量的無功功率會被消耗掉，導致電壓的降低，使得發電機產生異步狀態，其運行的阻尼和溫度都不斷上升，最終導致短路、跳閘甚至將設備燒毀。

在生產活動當中，低勵、失磁故障都是非常常見的問題，尤其是規模較大的發電機組，其中間環節更多，因而事故出現的可能性也就相應地增大。當這類故障發生時，整個系統和設備的過電流極大，造成溫度上升導致灼傷，同時機端電壓降低，無功功率升高，有功功率也會產生大幅變化，這對于整個系統的運行都有嚴重的影響，并且發電機的容量越大，造成的危害也就越大。所以在電力系統發展和升級的同時，這方面的保護措施和裝置也不應當被忽略，在發生失磁現象時，保護裝置應當能夠及時發揮作用，在不存在這一現象時也要保證不會發生誤判而進行錯誤的動作，這樣才能對發電機起到更好、更科學、更有效的保護作用[5]。

3 結論

當前社會，基于生產生活對于用電的巨大需求，任何微小的波動都將產生不可估量的后果，因此能否保證電力的正常供應是受到廣泛關注的熱點問題，保障電力系統和發電機的安全穩定運行也是至關重要的。在具體的生產當中，更對改進發電機保護和協調控制提出了更高的要求。因此分析和研究這方面的技術、設計開發出更有效的保護措施和協調裝置，就能夠對發電機和電力系統起到更有效的保護，從而保障發電和電力傳輸的安全性和穩定性，這不僅具有極其重要的現實意義，也有很大的發展前景和空間。

參考文獻

[1]段繼彩.淺談發電機保護與控制協調[J].科技創新與應用，2013（27）：151.

[2]王成亮，王宏華.同步發電機進相研究綜述[J].電力自動化設備，2012（11）：131-135.

[3]C.J.莫茲納，李璇，歐陽友.發電機保護與控制協調研究[J].水利水電快報，2010（8）：33-35.

[4]陳曉梅.發電機組頻率特性分析與機網協調策略研究[D].廣州：華南理工大學，2015.

[5]劉亞東.大型發電機保護關鍵技術研究[D].北京：華北電力大學，2014.