關于發電機過電壓保護動作的分析與探討

劉瑩

摘 要：發電機作為機械設備運轉的主要動力源泉，是保證企業實現機械化生產、流水線作業的一個重要裝置，在企業生產過程中發揮著極其重要的作用。只有發電機正常工作才能保證其他機械設備正常運轉，才能維持企業正常生產。本文對發電機過電壓保護功能與勵磁系統，以及過電壓保護動作進行詳細的分析，并給出了關于排除發電機過電壓故障的有效方法，旨在減少發電機過電壓故障對機械設備產生的不良影響。

關鍵詞：發電機；過電壓；勵磁系統；保護動作；分析

勵磁系統是發電機的核心與關鍵，而轉子繞組是勵磁系統的核心部分。伴隨發電機應用的日益廣泛與機械化作業的逐漸深入、成熟，人們對發電機運行的安全性與穩定性提出了更高的要求。同時，為減少發電機異常和故障現象發生，降低轉子繞組損壞的可能性，各種保護裝置應運而生，如過電壓保護、接地保護等。了解過電壓保護等各種保護裝置，有利于發電機運行可靠性的進一步提高。

1 發電機過電壓保護功能與勵磁系統概述

以某水力發電廠所用發電機為例，該廠發電機在一次修理之后，進行零起升壓試壓，試驗過程中以手動方式投入勵磁系統，發電機轉子出現過電壓保護動作，同時機組停止工作，但勵磁系統并沒有發出任何提示信號。發電機轉子出現過電壓不僅會對轉子絕緣造成嚴重損害，還會造成發電機無法正常運行，這就需要采取過電壓保護措施。

1.1 發電機過電壓保護功能

采用西門子7UM622微機保護裝置對該廠發電機轉子過電壓進行保護，該裝置可以對由過電壓造成的發電機轉子絕緣老化或擊穿現象進行較好的防護[1]。將該保護裝置測量電壓取為發電機端電壓互感器二次測量值，保護整定值設為二級。在這種情況下，當測量電壓超過整定值且達到整定時間時，發電機過電壓保護動作就會跳閘停機，從而達到保護發電機轉子繞組絕緣的目的。

1.2 勵磁系統

勵磁系統一般由電源、整流器、勵磁反饋回路、勵磁給定、勵磁輔助回路、調節器、控制裝置、保護裝置等構成，其中調節器有手動調節和自動調節兩種觸發方式。系統基本參數包括額定勵磁電壓/電流，最大空載勵磁電流和空載勵磁電流[2]。當勵磁系統運行正常時，采用自動調節方式并輔以一系列輔助裝置，若自動調節出現故障，則系統切換至手動調節方式以維持系統的正常運行。

2 發電機過電壓保護動作的分析

為查明勵磁系統引起發電機過電壓保護動作停機的具體原因，需要做如下幾項試驗：

2.1 保護裝置回路檢查

考慮到過電壓保護測量電壓為發電機端電壓互感器二次側，因而需要對發電機端電壓互感器一次回路、二次回路進行檢查。根據對發電機轉子過電壓保護功能檢驗數據分析，發電機端電壓一次回路、二次回路及其功能均正常。

2.2 實際勵磁電流反饋回路檢查

正常情況下，發電機轉子電流實際值在某一特定檢流電阻上會產生壓降，基于這一特性，利用變送器對其電流值進行測量，如果測量值無法準確反映轉子的實際電流，則將會導致N03出現錯誤判斷，進而引起勵磁電流反饋回路發出錯誤調節指令，造成發電機轉子出現過電壓[3]。實際檢測結果表明，對變送器進行加壓試驗，其運行正常且線性度變化狀態良好，即勵磁電流反饋回路功能正常。

2.3 勵磁電流控制器功能測試

在發電機勵磁系統中，勵磁電流控制器N03主要用于產生控制電壓，采用靜態法對勵磁電流控制器N03輸出電壓及S2測點電位進行檢測，檢測S2測點電位為﹢10V。模擬發電機并網發電情形，以手動方式增加勵磁電流給定，同時輸入相應勵磁電流值，然后對控制器控制電壓的變化情況進行測量，發現控制電壓變化范圍在﹣7V～﹣10V之間。根據勵磁電流與控制電壓之間的對應關系可知，當勵磁電流為最大空載勵磁電流時，對應的控制電壓為﹣4.12V；當勵磁電流為空載勵磁電流時，對應的控制電壓值為﹣3.75V[4]。這說明，控制電壓處于﹣7V～﹣10V之間時，勵磁電流處于強勵輸出狀態。在強勵輸出狀態下，往往會導致發電機勵磁電流過大，進而引起發電機轉子出現過電壓。上述檢測結果表明，勵磁電流控制器N03功能不正常。

3 排除發電機過電壓故障方法

針對勵磁電流控制器N03功能不正常現象，可以通過更換備用板件測試方式來進行解決。因為備用板件與原板件為不同批次產品，在性能上存在一定差異。根據N03工作的原理分析，初步判定造成其輸出控制電壓超出空載勵磁控制電壓正常范圍值的原因可能是板件運算放大器工作異常。模擬發電機并網測試，更換板件上的運算放大器，同時對板件上分壓器擋位進行調整。然后對控制器輸出控制電壓變化情況進行測量，測量結果顯示控制電壓變化范圍在﹣10V～0V之間[5]。此時模擬滅磁，檢測輸出控制電壓為﹢6V，這意味著勵磁電流控制器N03功能正常，能夠完成對勵磁系統的調節功能，并且在靜態方式下以手動方式調節勵磁系統，系統運行正常。即通過更換板件運算放大器可以解決勵磁控制器N03功能不正常的故障。

4 總結

在今天以機械化作業為主的生產模式下，保護發電機正常運行十分重要。發電機使用者應高度重視發電機轉子繞組的過電壓保護工作，依據自身實際情況采取適宜的保護裝置對發電機過電壓故障進行有效防護，保證轉子繞組絕緣功能可以正常發揮，保證發電機可以正常運行，從而為企業生產經營提供可靠保障。

參考文獻

[1]王宇強.勵磁系統誤強勵時發電機過電壓保護的研究與仿真[D].華北電力大學，2014.

[2]姚林.發電機轉子過電壓保護異常動作情況分析[J].科技信息，2010，（18）：346.

[3]趙貴文.一起發電機過電壓保護動作的分析與探討[J].水電站機電技術，2010，（5）：26-28.

[4]袁藝.大型水輪發電機保護整定計算及保護優化的研究[D].華中科技大學，2013.

[5]陳曉科.發電機組誤上電事故的繼電保護動作分析[J].廣東電力，2006，（4）：68-70.