曹樹(shù)棟

摘要：對(duì)于大機(jī)組，特別是大型汽輪發(fā)電機(jī)，需要裝設(shè)失步保護(hù)，用以及時(shí)檢出失步故障，迅速采取措施，以保障機(jī)組和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī) 失步 保護(hù)

對(duì)于中小機(jī)組，通常都不裝設(shè)失步保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，由人來(lái)判斷，然后用人工增加勵(lì)磁電流、增加或減少原動(dòng)機(jī)出力，局部解列等方法來(lái)處理。對(duì)于大機(jī)組，由于下述的理由，這樣處理將不能保證機(jī)組的安全，需要裝設(shè)用于反映振蕩過(guò)程的專(zhuān)門(mén)的失步保護(hù)。

對(duì)手大超高壓電力系統(tǒng)，發(fā)電杌裝有快速響應(yīng)自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置，并與升壓變壓器組成單元接線，送電網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大，使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的阻抗比例發(fā)生了變化。發(fā)電機(jī)和變壓器的阻抗值增加了，而系統(tǒng)的等效阻抗值下降T。因此，振蕩中心常落在發(fā)電機(jī)機(jī)端或升壓變壓器的范圍內(nèi)。例如，在圖10一5-1所示的簡(jiǎn)化系統(tǒng)圖中，單機(jī)與系統(tǒng)之間發(fā)生振蕩時(shí)，振蕩中心將落在機(jī)內(nèi)，若三機(jī)對(duì)系統(tǒng)之間發(fā)生振蕩，則振蕩中心可能在機(jī)端附近。

由于振蕩中心落在機(jī)端附近，使振蕩過(guò)程對(duì)機(jī)組的影響加重了。機(jī)端電壓周期性地嚴(yán)重下降，這點(diǎn)對(duì)大型汽輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行特別不利。因?yàn)闄C(jī)爐的輔機(jī)都由接在機(jī)端的廠用變壓器供電。電壓周期性地嚴(yán)重下降，將使廠用機(jī)械工作的穩(wěn)定性遭到破壞，甚至使一些重要電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，導(dǎo)致停機(jī)停爐。對(duì)于給煤機(jī)或給油電動(dòng)機(jī)，由于轉(zhuǎn)速下降，可能導(dǎo)致鍋爐滅火電壓回升后，轉(zhuǎn)速叉增長(zhǎng)，在熱態(tài)下向爐內(nèi)送入燃料，可能因此而引起爐膛爆炸。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的暫態(tài)上升，隨后失步，將使調(diào)速汽門(mén)關(guān)閉，直到又恢復(fù)同步速為止。這樣，就使單元制機(jī)組的再熱器蒸汽需要量迅速改變，隨之而來(lái)的是壓力和溫度的瞬變，鍋爐水位的波動(dòng)，引起爐管過(guò)熱。由于振蕩過(guò)程對(duì)鍋爐的上述危害，有的國(guó)家，例如英國(guó)中央發(fā)電局和法國(guó)電力公司，規(guī)定失步運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間不超過(guò)3秒。

振蕩過(guò)程中，當(dāng)發(fā)電機(jī)電勢(shì)與系統(tǒng)等效電勢(shì)的夾角為180。時(shí)，振蕩電流的幅值將接近機(jī)端三相短路時(shí)流過(guò)發(fā)電機(jī)的短路電流的幅值。機(jī)端三相短路時(shí)，流過(guò)發(fā)電機(jī)的短路電流的幅值為I=7發(fā)生振蕩時(shí)，若取發(fā)電機(jī)電抗為Xj=Os32，則流過(guò)發(fā)電機(jī)的振蕩電流幅值為I；=25.44。三相短路電流I心稍大于振蕩電流Iz，但三相短路將由相間短路保護(hù)迅速切除，而振蕩電流則要在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)。因此，對(duì)能使定繞組端部遭受機(jī)械損傷。

從振蕩電流引起的熱效應(yīng)方面看，由丁大機(jī)紐熱容量相對(duì)下降，對(duì)振蕩電流持續(xù)的時(shí)間，也有了較嚴(yán)格的限制。例如，一臺(tái)20萬(wàn)千瓦的汽輪發(fā)電機(jī)，其定子繞組的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)：37.5。若振蕩電流的幅值=5，相應(yīng)的有效值為5/d2=3.53，則允許的持續(xù)時(shí)間約為K/(I一1)=37.5/(3.53t-1)ss3.3秒，即在3.3秒內(nèi)沒(méi)有消除振蕩過(guò)程時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組有可能過(guò)熱而遭受損傷。振蕩過(guò)程常伴隨短路故障出現(xiàn)。發(fā)生短路故障和切除故障后，汽輪發(fā)電機(jī)軸系可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)振蕩。當(dāng)故障切除后，若隨即發(fā)生電氣參數(shù)的振蕩過(guò)程，則加到軸系上的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是一脈振轉(zhuǎn)矩，從而可能加劇軸系的扭轉(zhuǎn)振蕩，使大軸遭受機(jī)械損傷，甚至造成嚴(yán)重事故。在短路伴隨振蕩的情況下，定子繞組端部先遭受短路電流產(chǎn)生的應(yīng)力，相繼又承受振蕩電流產(chǎn)生的應(yīng)力，使定子繞組端部出現(xiàn)機(jī)械損傷的可能性增加。

對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一臺(tái)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失步，如不能及時(shí)和妥善處理1,：可能擴(kuò)大到整個(gè)電力系統(tǒng)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的崩潰。特別是在電力系統(tǒng)中舉足輕重的大機(jī)組，影響就更大，而大機(jī)組一般都采用單元控制方式，各發(fā)電機(jī)分別在不同的控制室內(nèi)控制，這又增加了處理上的困難。

由于上述原因，對(duì)于大機(jī)組，特別是大型汽輪發(fā)電機(jī)，需要裝設(shè)失步保護(hù)，用以及時(shí)檢出失步故障，迅速采取措施，以保障機(jī)組和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

失步保護(hù)應(yīng)當(dāng)能夠盡快檢出失步故障。顯然，當(dāng)擾動(dòng)一出現(xiàn)，如果保護(hù)裝置能夠立即判斷出來(lái)將發(fā)生非穩(wěn)定振蕩，并及時(shí)采取措施，是最理想的。因?yàn)檫@樣就可以避免振蕩過(guò)程的發(fā)生，或者可以把非穩(wěn)定振蕩轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定振蕩，至少也可以最大限度地縮短振蕩過(guò)程，減輕振蕩過(guò)程對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響。然而，要做到在擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)立即檢出失步故障，常常是困難的。因此，通常要求失步保護(hù)在振蕩的第一個(gè)振蕩周期內(nèi)能夠可靠動(dòng)作。

失步保護(hù)動(dòng)作后，應(yīng)當(dāng)根據(jù)被保護(hù)發(fā)電機(jī)的具體狀況9采取不同的措施，而不應(yīng)當(dāng)無(wú)條件地動(dòng)作于跳閘。一般，對(duì)于處于加速狀態(tài)的發(fā)電機(jī)，應(yīng)當(dāng)動(dòng)作于快速降低原動(dòng)機(jī)的輸出功率，必要時(shí)再切除部分發(fā)電機(jī).而對(duì)于處于減速狀態(tài)的發(fā)電機(jī)，應(yīng)當(dāng)在發(fā)電機(jī)不過(guò)負(fù)荷的條件下，快速增加原動(dòng)機(jī)的輸出功率，必要時(shí)再切除部分負(fù)荷。

當(dāng)動(dòng)作于跳閘時(shí)，若在電勢(shì)角8=180。時(shí)使斷路器斷開(kāi)，則將在最大電壓下切斷最大電流，對(duì)斷路器的工作條件最為不利，有可能超過(guò)斷路器的遮斷容量。因此，失步保護(hù)應(yīng)避免在這一時(shí)機(jī)動(dòng)作于跳閘。保護(hù)裝置應(yīng)能鑒別短路故障和非穩(wěn)定振蕩，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，失步保護(hù)不應(yīng)誤動(dòng)作?！?/p>

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作者單位：西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 05級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)（2）班