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摘 要：电力系统一旦发生停电故障，就会带来较大的经济损失，所以验证发电机保护及控制的协调性是一项具有深远现实意义的工作。发电机作为电力系统中核心设备，其安全可靠性直接影响着整个电力系统的运行安全；发电机故障将会给电力系统造成较大的扰动，必须加强发电机的继电保护研究以提高其工作稳定性。本文将主要介绍发电机保护与调速器系统、励磁系统以及与有功功率和无功功率之间的协调方法。
关键词：电力系统；发电机；电力保护
中图分类号：TM713
前 言
在电力系统振荡期间，发电机保护很可能发生误动，加强发电机保护及控制的协调性可以有效解决这些问题。当电力系统出现短路故障或者主负荷切换的情况时，可能会导致瞬时振荡出现。两大发电机主控制系统即发电机调速器和励磁系统共同协作和推动作用下，电力系统会重新建立回归一个新的稳态。调速器和励磁系統对于电力系统的稳定性起到至关重要的作用，前者主要控制系统频率，后者主要控制电压。
1 励磁保护及系统稳定
发电机励磁系统的主要作用在于提供磁场能，从而保证发电机与电力系统的有效同步性，它所提供的直流电可以直接供给给发电机转子绕组。目前的励磁系统的直流电多是来源于交直流转换变压器，该变压器多与发电机出口相连接。当交流电转换为直流电时，会产生电势，从而为变压器的启动提供支持，该磁场需配置一套蓄电池以起励。传统的励磁系统的直流电源是靠小发电机所提供，这个小的发电机是处于主发电机轴上的。励磁系统在维持发电机同步和影响发电机吸收或输出的无功功率方面都在发挥着重要作用。实际上，励磁电流突然变大后，将有可能引起很多连锁反应：首先是无功功率输出开始变的高起来，直接导致了工作电压的升高；与此同理，当励磁电流变小时，也会出现一系列的效应，只不过是反作用的，甚至还有可能导致电力系统与发电机的不同步现象。如果发电机已与电网解列或与电力系统联系微小，也没有其他无功电源控制其出口电压，加大励磁电流会使发电机出口电压升高。最常用的 10MW 及以上发电机电压控制方式是自动电压调节（AVR）。自动电压调节的方式中，励磁系统在输出吸收电力系统中的无功功率，并将电压始终保持在最正常的范围内。系统出现短路而引发的电压骤降，并出现振荡现象，此时电量不能按照原来的方式传输，输电系统就得不到足够的电量支持。自动电压调节与和励磁系统的速冻都会对同步转矩的矫正有利，保持发电机与电力系统的同步。短路故障的修复完成后，发电机的转子可能由于电力系统内部频率振荡的影响，其发电机出口电压也会有一定的波动出现。励磁控制就是用来保护发电机，将发电机不允许的工况排除在外从而避免发电机的不稳定运行。
2 调速器控制及低频协调
调速器控制主要是为发电机组维持适合的速度调节和负荷分配。同步发电机的频率和转速密切相关。当发电机突然失负荷，那么转速加快的同时频率也会加大。此时，调速器主要通过封闭导叶等方式减少机械力和输出功率。反之亦然，当发电机在过载的状态下工作时，转速会相应减小，同时转动频率也随之下降。发电机满负荷运行并处于低频状态的时候，现有的控制显然还不具备纠正这种过载的能力，低频甩负荷也需要在整个系统负荷匹配时才会发生。例如，在大型系统发生振荡时，电力系统将解列成几个典型的由数个电厂构成的孤网。在这些孤网里，存在着典型的负荷失配，如果在一个孤网上发生过载，频率将减小，导致发电机转速减缓。这个时候，就要求系统低频甩负荷运行，这种应用在北美一些国家的电网中较为常见。实际上，由于持续的低频运行会对用户或者同一孤网的设备造成损害，所以有些发电厂还是会设置低频运行保护。
3 失磁保护
发电机的保护和控制协调需要各个系统各司其职，共同发挥作用，失磁保护需要与发电机容量、静态稳定和欠励限制相协调。为了降低发电系统的高电压，发电机就要在欠励工况下运行，还要从电力系统中吸收无功功率。这种情况在大型系统振荡并解列成孤网时格外明显。重要的是，发电机可吸收无功来调节系统的电压。发电机吸收无功的能力可以从发电机容量曲线中看出。发电机欠励限制必须设置为在发电机容量曲线中可持续运行。失磁保护必须设置为允许发电机在欠励工况下运行。同步发动机的失磁或部分失磁将会导致发电机或同其连接的电力部分损坏，因此，必须及时检测出这种失磁现象。一旦未能检测出发动机的失磁状况，不仅会耗费较高的功率，对整个电力系统也会造成较大的损害。发电机失去励磁以后，就变得同异步发电机一样，随着电机内转子滑环的涡流，转子和阻尼条自身的温度也会升
高，故障的发生概率大大提高。引起失磁的原因可能有多种，供给发电机磁场绕组的直流供电短路、磁场绕组短路或励磁系统的断路器断开都可能引发发电机失磁。失磁现象出现后，来自电力系统的高无功电流瞬间流向发电机，同时引起定子绕组的电流过载，引发故障。检测发电机的失磁目前应用最多的是使用阻抗继电器，通过对电机出口的阻抗变化来判断电机的工作状态。除此之外，还应该注意到输电系统短路后引起的在瞬变过程中的阻抗轨迹不回转到失磁继电器动作的阻抗特性区域内造成的稳态系统暂态误跳闸。
4 发电机静态稳定性
有些情况下，发电机静态稳定性会受到一定的影响，比如电厂输电到符合中心的输电线路过少等等。当远端发电厂和负荷中心这两个电压向量之间的夹角达到 90b或以上时，系统间能够传输的电能可能会降低，电力系统也会出现震荡，并可能被解列出几个孤网。发电厂或者负荷中心之间的线路由于故障断开，两点之间的电抗就会增加到一个能够提供传输却不能维持同步的最大电能点。在这种震荡的状态下工作，发电机会因为磁极的跳动从而引起一系列的不同步。系统间的断路会使得输电线路增加了负荷中心同远端的电厂之间的电抗，这样一来，电势衰减可能会同静态稳定不稳定同时出现。
5 结束语
发电机保护与发电机满负荷运行容量及发电机静态稳定之间需要良好协调。电力系统震荡中的发电机保护会出现保护性误动作，更是进一步显现出了发电机保护与发电机控制之间协调的必要性。发电机的继电保护不仅要在保护上加强研究，同时更应注意到保护与控制间的统一协调。
参考文献：
[1]汪锋.同步发电机励磁系统的任务分析[J].长江工程职业技术学院学报，2010（1）.
[2]边戟临，杨钦，张猛，佟长江，胡耀卿.300MW 发电机组无励磁异步运行分析处理[J].内蒙古科技与经济，2009（20）.
关键词：电力系统；发电机；电力保护
中图分类号：TM713
前 言
在电力系统振荡期间，发电机保护很可能发生误动，加强发电机保护及控制的协调性可以有效解决这些问题。当电力系统出现短路故障或者主负荷切换的情况时，可能会导致瞬时振荡出现。两大发电机主控制系统即发电机调速器和励磁系统共同协作和推动作用下，电力系统会重新建立回归一个新的稳态。调速器和励磁系統对于电力系统的稳定性起到至关重要的作用，前者主要控制系统频率，后者主要控制电压。
1 励磁保护及系统稳定
发电机励磁系统的主要作用在于提供磁场能，从而保证发电机与电力系统的有效同步性，它所提供的直流电可以直接供给给发电机转子绕组。目前的励磁系统的直流电多是来源于交直流转换变压器，该变压器多与发电机出口相连接。当交流电转换为直流电时，会产生电势，从而为变压器的启动提供支持，该磁场需配置一套蓄电池以起励。传统的励磁系统的直流电源是靠小发电机所提供，这个小的发电机是处于主发电机轴上的。励磁系统在维持发电机同步和影响发电机吸收或输出的无功功率方面都在发挥着重要作用。实际上，励磁电流突然变大后，将有可能引起很多连锁反应：首先是无功功率输出开始变的高起来，直接导致了工作电压的升高；与此同理，当励磁电流变小时，也会出现一系列的效应，只不过是反作用的，甚至还有可能导致电力系统与发电机的不同步现象。如果发电机已与电网解列或与电力系统联系微小，也没有其他无功电源控制其出口电压，加大励磁电流会使发电机出口电压升高。最常用的 10MW 及以上发电机电压控制方式是自动电压调节（AVR）。自动电压调节的方式中，励磁系统在输出吸收电力系统中的无功功率，并将电压始终保持在最正常的范围内。系统出现短路而引发的电压骤降，并出现振荡现象，此时电量不能按照原来的方式传输，输电系统就得不到足够的电量支持。自动电压调节与和励磁系统的速冻都会对同步转矩的矫正有利，保持发电机与电力系统的同步。短路故障的修复完成后，发电机的转子可能由于电力系统内部频率振荡的影响，其发电机出口电压也会有一定的波动出现。励磁控制就是用来保护发电机，将发电机不允许的工况排除在外从而避免发电机的不稳定运行。
2 调速器控制及低频协调
调速器控制主要是为发电机组维持适合的速度调节和负荷分配。同步发电机的频率和转速密切相关。当发电机突然失负荷，那么转速加快的同时频率也会加大。此时，调速器主要通过封闭导叶等方式减少机械力和输出功率。反之亦然，当发电机在过载的状态下工作时，转速会相应减小，同时转动频率也随之下降。发电机满负荷运行并处于低频状态的时候，现有的控制显然还不具备纠正这种过载的能力，低频甩负荷也需要在整个系统负荷匹配时才会发生。例如，在大型系统发生振荡时，电力系统将解列成几个典型的由数个电厂构成的孤网。在这些孤网里，存在着典型的负荷失配，如果在一个孤网上发生过载，频率将减小，导致发电机转速减缓。这个时候，就要求系统低频甩负荷运行，这种应用在北美一些国家的电网中较为常见。实际上，由于持续的低频运行会对用户或者同一孤网的设备造成损害，所以有些发电厂还是会设置低频运行保护。
3 失磁保护
发电机的保护和控制协调需要各个系统各司其职，共同发挥作用，失磁保护需要与发电机容量、静态稳定和欠励限制相协调。为了降低发电系统的高电压，发电机就要在欠励工况下运行，还要从电力系统中吸收无功功率。这种情况在大型系统振荡并解列成孤网时格外明显。重要的是，发电机可吸收无功来调节系统的电压。发电机吸收无功的能力可以从发电机容量曲线中看出。发电机欠励限制必须设置为在发电机容量曲线中可持续运行。失磁保护必须设置为允许发电机在欠励工况下运行。同步发动机的失磁或部分失磁将会导致发电机或同其连接的电力部分损坏，因此，必须及时检测出这种失磁现象。一旦未能检测出发动机的失磁状况，不仅会耗费较高的功率，对整个电力系统也会造成较大的损害。发电机失去励磁以后，就变得同异步发电机一样，随着电机内转子滑环的涡流，转子和阻尼条自身的温度也会升
高，故障的发生概率大大提高。引起失磁的原因可能有多种，供给发电机磁场绕组的直流供电短路、磁场绕组短路或励磁系统的断路器断开都可能引发发电机失磁。失磁现象出现后，来自电力系统的高无功电流瞬间流向发电机，同时引起定子绕组的电流过载，引发故障。检测发电机的失磁目前应用最多的是使用阻抗继电器，通过对电机出口的阻抗变化来判断电机的工作状态。除此之外，还应该注意到输电系统短路后引起的在瞬变过程中的阻抗轨迹不回转到失磁继电器动作的阻抗特性区域内造成的稳态系统暂态误跳闸。
4 发电机静态稳定性
有些情况下，发电机静态稳定性会受到一定的影响，比如电厂输电到符合中心的输电线路过少等等。当远端发电厂和负荷中心这两个电压向量之间的夹角达到 90b或以上时，系统间能够传输的电能可能会降低，电力系统也会出现震荡，并可能被解列出几个孤网。发电厂或者负荷中心之间的线路由于故障断开，两点之间的电抗就会增加到一个能够提供传输却不能维持同步的最大电能点。在这种震荡的状态下工作，发电机会因为磁极的跳动从而引起一系列的不同步。系统间的断路会使得输电线路增加了负荷中心同远端的电厂之间的电抗，这样一来，电势衰减可能会同静态稳定不稳定同时出现。
5 结束语
发电机保护与发电机满负荷运行容量及发电机静态稳定之间需要良好协调。电力系统震荡中的发电机保护会出现保护性误动作，更是进一步显现出了发电机保护与发电机控制之间协调的必要性。发电机的继电保护不仅要在保护上加强研究，同时更应注意到保护与控制间的统一协调。
参考文献：
[1]汪锋.同步发电机励磁系统的任务分析[J].长江工程职业技术学院学报，2010（1）.
[2]边戟临，杨钦，张猛，佟长江，胡耀卿.300MW 发电机组无励磁异步运行分析处理[J].内蒙古科技与经济，2009（20）.