摘要：以某地区水电厂为例，对发电厂发电机直配系统在运行过程中可能会面临的问题进行分析，主要包括保护装置拒动、中性点位移等，并在此基础上，提出解决问题的建议，希望为相关行业提供借鉴。
关键词：水电厂；发电机直配系统；发电机
引言：据了解得知，我国电厂采用的发电机，其直配线路电压介于6-35KV，并且，系统中性点不会接地，为避免其遭受雷击，还需将避雷器和电容器安装到母线上。在出现过程中，还要对电缆进行使用，将其作为连接点，以满足用户的需求。因此，对水电厂发电机直配系统运行可靠性进行研究，其意义十分重大。
一、某水电厂发电机直配系统
某水电厂属于中小型电厂，拥有4台水电机组，其功率为20MW，在出口端分别设置了母线，数量为两段，电压等级为10KV，母线的设置可以满足主变压器和直配线路的接线需求。
在直配线路系统中，A段母线在带相出线后，对其电流值进行了测量，结果表明电容电流的值为8.5A；而B段母线的电容电流值稍高于A段母线，测量结果为9A。与此同时，系统中还安装了消弧线圈，经测试得知，该线圈可以提供20A的补偿电流，同时拥有10欧姆的阻尼电阻。通常情况下，A段和B段母线不会整体运行，而是分段运行，连接消弧线圈的母线为B段母线[1]。
该电厂发电机直配系统在运行过程中，出现过诸多故障，其中影响最严重的故障为单相电弧接地过电压，在故障发生后，系统无法正常运行。具体表现为系统中性点出现位移电压，且幅度较高。与此同时，电流接地装置拒动，使系统安全遭到了威胁。
二、水电厂发电机直配系统分析
（一）A段母线系统
A段母线系统与多个设备和线路相连接，分别为架空线路、电容器和发电机组。结合上述电容电流测量值，计算系统的对地电容，计算结果为1.56uF。同时，母线上还安装了电压互感器，其具有监控和测量功能。
在A段母线系统中，单相接地故障是常见的故障类型，其多见于绝缘弱点，通常情况下，流经接地点的电流不会过大，故引起故障现象为间歇性电弧，继而演化为系统电磁振荡，电弧接地过电压也会随之增加。为探析故障影响，组织技术人员进行了模拟实验，实验结果表明，过电压最大值为正常电压值的3倍以上，一旦出现，就会威胁系统内部设备的安全，此类事故在该电厂出现次数较多。
在计算后发现，在额定线电压下，A段母线系统的等值对地电容抗的励磁感抗之比不超过0.01，由此可以判定，该系统不具备发生PT谐振过电压的条件。但如果系统中的发电机无法正常运行，PT谐振过电压出现的概率会有所增加。
（二）B段母线系统
B段母线系统与A段母线系统相比，所连接的设备和线路较多，除了PT和发电机，还包括消弧线圈，这个装置能够对单相接地电流进行控制，避免其接地电弧在电流的影响下而熄灭，从而实现对导线烧毁等故障的有效预防。
消弧线圈还具有补偿功能，能够对流经接地点的电流进行补偿，并将电流控制在5A内。消弧线圈与B段母线系统相连后，可以通过测试系统，获得对地电容的电流参数，在计算后得知，消弧线圈调谐范围是400-650欧姆。基于发电机的工作原理，使系统内的三相电路向单相电路发生转变，以确定消弧线圈接入后的的中性点位移电压。
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计算结果表明，如果消弧线圈的电阻值不大于10欧姆，那么消弧线圈所起到的作用较为有限，无法将全补偿时系统中性点位移电压控制在合理的范围之内。
依据相同的计算原理可知，如果改变消弧线圈的调谐，使其变为过补偿，同时，确保接地电流不小于1A，则可以有效控制中心点位移电压。在消弧线圈接入之后，即使出现单相接地故障，由于消弧线圈可以对流经接地点的电流进行补偿，因此，接地电弧会逐渐减弱，直至熄灭。故电弧接地过电压会因为限制条件而无法形成，有利于防止接地故障[2]。
此外，消弧线圈的接入，还能对PT谐振过电压进行控制，究其原因，主要是消弧线圈的等值感抗与PT励磁感抗比较而言，存在显著的差异，具体表现为消弧线圈感抗较小，而PT励磁感抗较大，故实现了对故障的有效规避。
三、提高水电厂发电机直配系统运行稳定性的建议
（一）合理供电方式
我国大部分水电厂都属于中小水电厂，其原励磁调节器的供电电源多为双路400Hz，电源变压器的副边与稳压电源相连，而原边与副励磁机相连，属于典型的交流供电形式。但这种供电形式，一旦某一侧的电源发生故障，就会导致原励磁调节器因缺少工作电压，而无法正常工作。针对这种问题，仅需交流供电形式变为并联供电形式，即可保证设备运行的稳定性。具体调整方式为利用二极管，将直流逆变电源与稳压电源输出端并联。
（二）合理选择逆变电源
据查阅资料得知，在水电厂发电机运行过程中，如果逆变电源出现故障，会影响系统的运行质量。有鉴于此，电力企业应明确问题的成因，并在此基础上，选择合适的逆变电源。某水电厂为了对此类问题进行规避，选择了上海市某电源制造厂生产的逆变电源，其输入电流高达120V。应用结果表明，在更换逆变电源后，电厂发电机出现故障的概率大幅度下降，且逆变电源能够长期有效的运行。
（三）应用消弧线圈
通过上述分析可知，在水电厂发电机直配系统中应用消弧线圈，可以对常见故障进行预防和控制，有助于提升系统工作的稳定性。与此同时，对于未应用消弧线圈的直配系统，应加大监督管理力度，及时发现故障隐患，并采取有效的措施，从根源上消除故障隐患。
此外，对于已经应用消弧线圈的直配系统，应该对消弧线圈的脱谐度进行观察，确保脱谐度与标准相符，同时控制系统中性点位移电压。
（四）对稳压电源器件进行更换
目前，水电厂发电机直配系统中的励磁调节器，所采用的稳压电源尚存在诸多的不足，主要表现为功率偏低，且容易发热。为此，建议电力企业对更换电源调节板，通过这种措施的使用，消除故障隐患。
结论：水电厂是我国电力系统不可或缺的一环，其发展受到了国家和人民群众的高度关注，针对水电厂发电机直配系统存在的故障隐患，建议电力企业合理选择供电方式、选择合适逆变电源、应用消弧线圈以更还稳压电源器件，通过这些措施的使用，降低故障发生的概率，从而保证直配系统的可靠性。
参考文献：
[1]李爱民.水轮发电机组常见故障及维护措施分析[J].陕西水利,2019(09):167-168.
[2]李泽学.水电厂发电机变压器保护原理及继电保护措施[J].科技风,2019(27):161.
论文作者:郭珠莲1,金海虹2,周奇志3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/5/6