摘要：在建筑工程中，电气工程其中的一个重要组成部分。当电力系统发生振荡时，需要协调发电机保护与控制，以保障发电机并网运行。对调速器控制及低频协调、励磁保护及系统稳定、发电机静态稳定性以及失磁保护等方面作了探讨。
关键词：发电机 保护与控制
Abstract: in the construction engineering, electrical engineering an important part of it. When the electric system occurring oscillates, need to coordinate generator protection and control, in order to ensure the generator parallel operation. To the governor control and low frequency coordination, excitation protection and the system is stable, generator static stability and the magnetism loss protection, etc are also discussed.
Keywords: generator protection and control
中图分类号：TB857+.3文献标识码：A 文章编号：
前言
随着我国社会经济的快速发展和城市化进程的开展，社会对电量的需求也快速提高。大型发电机的材料利用率高，热容量与铜损之比、热时间常数均比较小，相对过负荷能力就较低，易因过负荷引起绕组温升过高，影响机组的正常寿命，严重时造成发电机故障，所以必须装设过负荷保护以及进行相应的控制协调。
一、发电机保护的重要性
随着国民经济的快速发展，电力供应日益成为其中的关键因素。当前，电力行业的发展速度十分迅猛，继2005年总装机容量突破5亿千瓦之后，2006年总装机容量又突破6亿千瓦大关。近年来，三峡工程的陆续并网发电，直流超高压输电工程的陆续上马，对继电保护工作者提出了许多新的课题，如何解决好这些课题，成为能否保证电力系统安全，保障国民经济持续稳定发展的关键。
发电机组是电力系统中的重要组成部分，其造价昂贵、结构复杂。发电机的正常安全运行，对电力系统的安全、稳定运行起着极为重要的作用，一旦发生故障，对电网的冲击较人，损坏是不可逆的，而且经济损失很大，修复时间较长。由于发电机组的结构复杂，为了保证当发生各种故障时，保护装置都能正确、可靠地动作，其保护的原理也较为复杂。
在40余年的时间里，继电保护完成了从电磁式到晶体管式，再到集成电路式向微机式保护的发展。目前微机保护已经在发电机保护领域得剑了广泛的应用。微机保护装置的优点在于其快速性、灵敏性，而且能够完成传统保护装置难以实现的功能。主要表现在：
程序可以实现自适应性，可依系统运行状态而自动改变整定值和特性；
有可存取的存储器，在现场可灵活地改变继电器特性，用数学方程方法较之用继电器元件特性方法可以使保护性能得到更大的改进，保护性能稳定，一般不会随着使用的时间而改变特性，保护动作值的准确性也非常高；
有自检的能力，当装置发生故障时，能发出报警信号，同时闭锁保护装置，保证装置不会误动；
可与计算机系统交换信息，便于实现电厂、电站的信息采集与远程控制。
发电机保护功能配置
发电机组接线方式对差动保护配置的影响
发电机纽按容量不同，其接线方式各异，需要根据接线方式的不同，对保护配置进行调整。
单台机纽容量不大于125MW的中小型机组的主要接线形式有：发电机机端有母线形式、无发电机出口断路器的单元接线形式、及带发电机出口断路器的单元接线形式。
发电机机端有母线形式的机组一股附近有人型的工业负荷，通过机端母线便于就地向附近的用户供电，同时母线与升压变压器相连接，可以将剩余的功率经升压后送至系统。对于这种接线形式，适宜采用发电机差动保护、主变差动保护分别配置的方案，如果配置发交组差动保护，则需要接入机端母线负荷引线的TA，不仅电流分支众多，而且增加了接线的复杂程度，一般不推荐采用。
一般在300MW以上发电机机中，有条件使用的机组推荐采用GCB，因为GCB可以给大型发电机组的安全运行带来如下好处：
发电机故障时通过开断GCB，使厂用变电器不至于失压，保障了厂用电的正常供应。
发电机故障时，不需要通过变压器高压侧主断路器开断故障，使发电机不至于因为断路器拒绝开断而延迟停机。
由于500KV电压等级的主断路器都是采用分相断路器，存在着某相断路器拒跳而使发电机非全相远行的危险。
装设了GCB的中小型机组，一般只配置发电机差动与主变差动，而不配置发变组纵差，因为发电机故障时，发变组纵差可能将主断路器开断，从而扩大了故障切除范围。
单机容量大于300MW的大型机组，一般采用单台发电机与主变压的单元接线，或是两台以上发电机与一台主变压器的扩大单元接线形式。由于一套差动保护难以跨接在两台发电机上，因此一般不采用发变组差动，由发电机差动和主变差动共同完成机组相间短路的保护。
发电机保护功能配置方案
内部故障的保护配置
发电机内部故障主要包括相间短路、匝间短路，及绕组分支开焊故障。常用的保护有纵联差动保护，横筹保护，故障分量负序方向保护和纵向基波零序过电压保护
纵联差动保护
发电机组相间短路最常用的保护是纵联差动保护，其最大优点是对保护对象的适应性好，绝大多数型式的机组都适合安装纵联差动保护(目前有少数汽轮机在中性点侧只引出两个中性点，无单相分支引线引出机壳，故无法安装著动保护)。不受励磁涌流的影响，而且两侧电流等级相同，可以选州同型TA，因此不平衡电流小，有利于提高保护的灵敏度。
横差动保护
内部故障的主保护除了纵差动保护，还可以选择采用横差保护。横差保护的主要形式有高灵敏度零序电流型横差和三元件裂相横。横差能对所有内部故障类型作出反应，并且由于发电机正常运行时，同相分支之间的电流差异很小，受到TA饱和的影响也要小得多。经过比较分析，横差保护对内部故障的灵敏度高于不完全纵差，适宜在有条件安装的机组中优先使用。
三、励磁保护及系统稳定
发电机的励磁系统为保证发电机与电力系统同步提供磁场能，它为发电机转子绕组输入直流电。在当前励磁系统中，直流电一般从连接至发电机出口的交直流转换变压器中获得。在过去的励磁系统中，该直流电源是由主发电机轴上的一台小发电机提供的。
除维持发电机同步以外，励磁系统还影响着由发电机吸收或输出的无功功率值。励磁电流的加大会提高无功功率的输出并使电压升高。减小励磁会起到相反的效果，并且在极端情况下，可能导致发电机不再与电力系统同步。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。
励磁控制是用来防止不被允许的工况强加于发电机上。这是带有过励和欠励限制功能的AVR控制。过励控制可防止AVR试图提供超过了系统能提供的或发电机磁场能承受的更多的励磁电流。过励和欠励限制功能是为了防止发电机超出其额定功率MW或MVAR(见图2)运行。该有功功率MW和无功功率MVAR的向量之和与视在功率MVA值相等。发电机通过控制转子和定子绕组的电流来控制其正常运行方式(过励)。在欠励运行方式下，发电机通过从系统吸收无功功率来控制系统侧的高电压。
图2 过励和欠励限制功能作用示意
结语
发生在大型电力系统振荡中的发电机保护误动作突显了改进发电机保护与发电机控制之间协调的必要性。本文提供了有实践经验的指导，特别是明确提出发电机保护与发电机满负荷运行容量以及发电机静态稳定之间必须协调。继电保护的设置是一门艺术，也是一门科学。上述讨论的协调方法已为行业实践公认。尽管如此，其他可以达到相同目的的方法也可以被采用。在大型系统发生振荡时保持发电机并网运行是一个重要目标，它需要发电机保护与发电机控制的良好协调。
参考文献
【1】郑祥云，周晖等．基于著流谐波波形特点的判别母差保护中电流互感器饱和的方案[J]．电气技术，2006(10)：25--29
【2】高春如，沈俭，吴政华等．大型发电机定子绕组单相接地保护方式的商榷[J]．电力系统自动化，2006，30(20)：88―92
【3】郭爱军．三次谐波电压型定子接地保护整定计算探讨[J]．继电器，2004，32(3)：32―38
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。