摘要：变压器和发电机作为电力系统的主要设备，为国内供电设备的研发提供了理论基础。国内电机相关理论侧重对变压器与发电机的电路原理进行分析，然后结合两者并联作自动不间断电源的比较分析，并发现变压器与发电机的电路主要问题进行，针对问题提出可行性改进措施。
关键词：变压器；发电机；自动不间断电源
一、变压器与发电机并联作自动不间断电源运行原理
当电网供电时,发电机和原动机都处在停止状态;当电网停电时, 原动机的起动电机由蓄电池供电,使原动机起动,拖动发电机当发电机达到额定转速时,变压器发电机才自动合闸至母线发电机给用电设备供电。网来电时,原动机停止运行, 转为电网供电。这样就达到了不间断供电的目的。当电网供电时, 变压器总开关IC合闸至母线；电网停电时,IC失压,变压器与母线断开,2J吸合发电机开始向母线送电。发电机的原动机工作过程:母线有电时,变压器BZ副边经二极管D;DZ全波整流供指示灯泡L发光,同时对电容器Cl经电阻R、进行充电,使C1获得下正上负的电压,这个电压对晶闸管(可控硅) SCR的阴极一控制极构成反向偏置,使晶闸管(可控硅)SCR不能被触发;电网停电时B,停止工作,电容器C、得不到充电,并通过灯泡L和电阻R；构成放电回路。与此同时,蓄电池E经过电阻R；对电容器Cl作反向充电,待C;上的端电压达到晶闸管(可控硅)SCR的触发电压时,SCR导通, 蓄电池经SCR通过对原动机的起动电机的接触器C供电,此接触器得电吸合,起动原动机, 待原动机转速达到发电机额定转速时,总开关ZC自动合闸。当发电机向主回路送电时,对电容C,再次充电,使C获得上负下正的电压,使SCR自动关断。接变压器电器电趁阅畏短路的换向片,在电源作用下常可把石墨粉烧掉,使换向片间的绝缘恢复。
二、变压器—发电机组内部短路主保护配置方案
1、变压器—发电机变组内部短路包含的内容
定子绕组相间短路,发电机机端引线相间短路;定子绕组匝间短路(无论汽轮或水轮发电机,定子绕组同相同槽的情况绝非很少,但汽轮发电机定子绕组同相同分支同槽的情况确实很少或没有),兼管定子绕组分支开焊故障(定子绕组分支开焊故障别无保护,但有时发生此类故障,应尽量考虑其保护要求)；变压器绕组匝间短路；变压器YN侧各种接地短路；变压器绕组及其引线的相间短路。
2、变压器—发电机变组内部短路主保护优选配置方案
假定发电机变压器之间无断路器,发电机机端厂用变压器分支也不设断路器。为典型的汽轮发电机—变压器组内部短路主保护双重化配置方案,(a)发电机中性点侧应有6个引出端,(b)发电机中性点侧只需4个引出端。内部短路主保护双重化配置方案K1发电机不完全纵差K2变压器传统纵差K4发-变组不完全纵差K3机壳外高灵敏横差K1(b)(a)高灵敏横差机壳外发-变组不完全纵差K3K2变压器传统纵差发电机不完全纵差 K4K1为每相5并联分支的水轮发电机变压器组内部短路主保护双重化配置方案。对于每相并联分支数a不是5的发电机,例如a = 3, 4, 6, 7, 8, 9,10等,与a=5完全相似,其特点是设置了两套高灵敏单元件横差保护。
三、现有发电机内部故障主保护方案的主要问题和改进
现有发电机内部故障主保护方案是:传统纵差(相间短路)、传统横差、基波纵向零序电压、二次谐波转子电流。分别讨论如下。
1、传统纵差保护
主要是保护功能不全面(只对相间短路有效)。运行中正确动作率不高的主要原因是维护管理水平低、元器件和产品制造质量差,亟须加强工作人员的思想工作和技术培训。
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2、传统横差保护
对三次谐波滤过比小于15的老式横差继电器,应改进滤波电路,将滤过比提高到30以上。应积极创造条件将传统横差保护改造成高灵敏横差保护,即更换互感器(大幅度减小变比)、提高三次谐波滤过比到80以上,正确整定动作电流(通过常规发电机短路试验,实测横差保护不平衡基波和三次谐波电流)。
3、基波纵向零序电压保护
此保护方案采用机端对中性点的(不是对地的)基波零序电压作为保护动作参量,必须配备专用电压互感器,其一次中性点与发电机中性点直接连接且不能接地。此保护曾作为BBC对英国发电机组补装匝间短路保护的推荐方案,但美国明确不同意这样做,因为这样做的结果,当PT一次中性点与发电机中性点的连接电缆发生接地故障时,将被定子绕组接地保护视为发电机发生了接地故障。应该通过发电机常规短路试验测定此保护的不平衡电压,并由线性外推法估算外部短路时的最大不平衡电压,确定该保护的合理整定值。无根据地盲目提高动作电压无异于扼杀该保护。必须增设三次谐波的阻波环节,减小不平衡电压,有利于防止外部路时的误动作。
4、二次谐波转子电流保护
众所周知,区别发电机内外短路的判据决不是转子二次谐波电流Ifd2,而是负序方向继电器P2,由Ifd2的常开触点和P2的常闭触点组成“与门”出口跳闸。当外部不对称短路时, P2 常闭触点先断开,Ifd2常开触点后接通,不会造成误跳闸；但当外部短路切除时,P2触点将首先复归接通,Ifd2触点还来不及断开,势必误切发电机。改进方法是使P2继电器触点的动作快于Ifd2而返回却慢于Ifd2,方能保证切除外部不对称短路时不发生误动。如果将P2改为常开触点,则此保护已不是二次谐波转子电流保护了,宜改称为负序方向保护。因此模拟式负序方向继电器不能作为发电机内部短路的保护主判据(但数字式微机保护用故障分量ΔU2和ΔI2构成ΔP2保护是成立的)。为了更安全地不在外部短路暂态过程中误动作,不得已采用0.1～0.2s的延时。
四、变压器—发电机短路故障后备保护
这里限于讨论大型变压器-发电机组接于220 kV 及以上的超高压系统。对于超高压输电线路,除有双重主保护外,还配有三段或四段的距离保护和零序电流保护,以及断路器失灵保护。超高压母线也必配有双重纵差保护。总之超高压系统没有要求变压器-发电机组为其配备远后备保护。大型变压器-发电机组内部故障也已配备双重(甚至三重、四重)主保护。根据以上情况,自然要提出大型发- 变组是否应该装设短路故障的后备保护。运行实践表明,这种后备保护误动作率很高,“成事不足,败事有余”。应该指出: 对于装设在机端或主变高压侧的阻抗保护继电器,当短路发生在发电机或变压器内部,阻抗继电器得到的电压有时可能比较高,电流却比较小,即视在阻抗比较大,阻抗保护的灵敏度往往不能保证,并不能真正担当起变压器-发电机组内部短路的后备保护作用。至于电流、电压保护的灵敏度就更低了。是否可以这样认识: 将变压器-发电机组的一套主保护(例如变压器-发电机组不完全纵差)视为快速、灵敏的近后备保护,该保护对相邻母线和输电线无远后备保护作用(本来无此要求)。在有关系统各部分均有双重主保护和断路器失灵保护的前提下,取消大型变压器-发电机组的后备保护的问题值得讨论。
五、结束语
综上所述, 变压器—发电机并联作自动不间断电源是作为电力系统的主要设备，对于电力能否正常运行只管重要，本文对变压器—发电机并联作自动不间断电源的原理和可能出现的故障问题进行分析，并提出解决方案，对于日常电力设备正常运行的非常重要。
参考文献
[1]李宏仟宴用继电保护北京：机械工业出版2002．
[2]辜承林. 电机学[M]. 武汉: 华中科技大学出版社,2005.
论文作者:孙小强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/9/10
标签：发电机论文; 变压器论文; 绕组论文; 原动机论文; 电压论文; 谐波论文; 触点论文; 《基层建设》2018年第19期论文;