浅析发电机过负荷及其应对措施

李栋树 郑鑫烨

摘要：当发电机过负荷运行时，必须采取一定的应对措施进行处理。本文分析了发电机过负荷原因分析，进而提出发电机过负荷一般应对措施以及改进措施，通过改进、优化软件，实现安全合理的控制功能，提高设备运行的可靠性。

关键词：发电机；过负荷；应对措施

一、发电机过负荷分析

发电机在正常情况下应按铭牌规定数据运行，即在额定状态下运行。在正常运行时，发电机不允许超过额定容量长期运行。但同时又规定，在高峰负荷或事故情况下发电机可以短时间过负荷运行。当发电机电压低于额定值时，允许适当增大定子电流，但定子电流最大不得超过额定值的5%长期运行。

　　过负荷的允许数值不仅和持续时间有关，还与发电机的冷却方式有关。直接内冷的绕组在发热时容易变形，所以其过负荷的允许值比间接冷却的要小。发电机定子和转子短时过负荷的允许值由制造厂家规定。

　　发电机不允许经常过负荷，只有在事故情况下，当系统必须切除部分发电机或线路时，为防止系统静稳定破坏，保证连续供电，才允许发电机短时过负荷。

　　在系统发生短路故障，发电机失步运行，成群电动机启动和强行励磁等情况下，发电机定子和转子都可能短时过负荷。过负荷使发电机定子，转子电流超过额定值较多时，会使绕组温度有超过容许限值的危险，使绝缘老化过快，甚至还可能造成机械损坏。过负荷数值愈大，持续时间愈长，上述危险性愈严重。但因发电机在额定工况下的温度较其所使用绝缘材料的最高允许温度低一些，有一定的备用余量可作短时间过负荷使用。在特殊情况下允许发电机短时间过负荷运行，一方面是为了防止电力系统在事故情况下瓦解，避免或减少对用户拉闸限电，从而尽可能地减小对工农业生产和居民用电的影响，最大限度地减少各种损失。从另一方面来说，短时间过负荷不致于使发电机及其连接设备受损，这是因为发电机在设计时，对于温升和绝缘材料的耐温能力方面，都考虑有一定的裕度。

二、发电机过负荷一般应对措施

首先，为了保护发电机过负荷运行时其线圈绝缘不受损坏，根据线圈绝缘与温度及温度作用时间的关系，经过试验制定过负荷时间表。其次，当发电机定子电流超过额定值时，电气值班人员应首先检查发电机的功率和电压，同时注意系统频率和电压的变化情况，按照现场规程的规定，掌握定子电流超过额定值所经历的时间，核对是否超出过负荷时间表所规定的允许时间，如过负荷时发电机定子电流和转子电流均超过额定值，应采用减少励磁电流的方法，将定子电流降至最大允许值，但注意不得使功率因数高于最大允许值和造成电压过低，。如果减少励磁电流不能使定子电流降低到允许值时，则必须降低发电机的有功功率或切断一部分负荷，同时请示值班调度开启备用机组并入系统。过负荷时，水机值班人员应密切监视发电机各部温度，并及时调整冷却水，目的是防止定子线圈和转子线圈的温度超过允许值。再次，装设发电机过负荷保护，主要用于保护电网事故引起的发电机过负荷。由于过负荷时三相电流是对称的，所以过负荷保护采用接在一相电流中的一个电流继电器和一个时间继电器构成，作用于发信号。

　　当发电机过负荷信号发出后，值班人员除采取上述措施外，还应注意是否有低周备用机组启动，如未启动，可根据系统频率及过负荷情况启动备用机组并入系统；若无备用机组应立即向值班调度员报告，要求切断部分负荷，并严格按照过负荷时间表控制机组运行。

三、发电机过负荷改进措施

以某电厂为例，从负荷调节的原理、调节程序和实现过程的各个环节出发，全面地进行分析，认为会引起机组过负荷的原因主要有功率测量回路故障；测量回路工作电源消失；PLC的调功继电器接点粘死或发卡；调速器和励磁系统的某些故障等。针对以上情况我们在PLC的硬件配置和软件上采取了以下措施，来防止发电机过负荷的再次发生：

1、有功功率测量回路故障闭锁

为提高设备运行的可靠性，我们在有功功率测量环节采用两套变送器，即在PLC的模拟量通道中再接入一路有功功率信号，同时修改PID调节程序，增加异常判断功能，在程序中用这两路有功功率采样差值的大小来判断采样回路的状态，正常情况下此值应当非常小，当采样差值大于某值(整定为3MW)，可以认为有功功率采样回路出现异常，此时程序启动故障报警并闭锁负荷调节，达到防止过负荷的目的。测量回路的故障主要有回路断线或端子接触不好等目前该厂采用的有功功率变送器其输出信号为0～20mA，若测量回路断线时，PLC模拟量通道的电流变为0mA，与有功功率为0MW时的电流一样，所以PLC单从有功功率采集这方面是无法实现测量回路断线保护。程序中采用两路有功功率信号相互比较，当有一路功率测量回路断线或有其它故障时，其差值一定会较大，此时通过程序报警，并闭锁负荷调节。

2、工作电源消失的保护

该电厂所有电气测量变送器的工作电源均为厂用交流220V控制电源，电源的可靠性高，但也存在电源消失的可能，如保险熔断或厂用电倒换等。当变送器的工作电源消失时，所有变送器输出均为0mA，对于输出为0～20nlA的变送器来讲从自身无法实现电源消失的保护，但在同一工作电源下的定子电压、定子电流、转子电流变送器为4—20mA的变送器，相应PLC对应采样码值为204—1024，即工程值为0时，变送器输出电流为4mA，PLC采集到的码值为204，而当工作电源消失时，变送器输出电流为0mA，PLC采集到的码值为0，这样在程序中可以通过判断当定子电压、定子电流和转子电流的采样码值同时均小于200码值时，认为变送器的工作电源消失了，程序报警并闭锁负荷调节。

3、PLC的调功继电器接点粘死或发卡的措施

PLC的有功调节信号直接与调速器的有功调节信号相连，当调功继电器的接点粘死或发卡时，PLC这一侧是无能为力，只有依赖于调速器了，调速器一般都有防调功接点粘死功能、调速器水头限出力参数和过负荷保护参数。调速器防接点粘死功能是指调速器内部程序接受外部接点最大脉宽为3s，当有功增加接点闭合时间超过3s后，程序不会再增加导叶给定值；调速器水头限出力参数是指调速器根据当前水头计算出机组并网运行时的电气开限，以此作为当前运行水头下最大导叶开度；过负荷保护参数，当机组负荷大于110％Pe时，闭锁导叶开度增加，这些功能在一定程度上都能起到防止PLC有功增加继电器粘死或发卡造成机组过负荷的目的。所以在正常运行中，要不断地收集不同水头下机组最大负荷时的导叶开度值，修正调速器水头限出力曲线，确保在不同水头下的电气开限既能满足负荷调节的要求，又可以使最大导叶开度下的负荷在规定值内；同时，若调速器采用手动水头时，运行人员还要根据水调情况及时地调整运行水头。另外调功的开出继电器在定期检查时，应作为重点检查对象，特别要检查继电器的接点表面情况，对表面有拉弧或氧化现象的要及时处理或更换。

四、结语

总之，从运行角度分析，机组长时间过负荷运行所产生的积累热效应总是会引起发电机定子线圈发热，加速其绝缘老化，从而影响发电机及其连接设备的健康运行，所以不允许发电机长时间过负荷运行。熟练掌握过负荷时的处理办法及预防措施，可以保证发电运行人员在值班时，能够主动迅速地应变和处理突发事故，做到故障分析全面及时排除异常情况，最大程度减小发电损失。

参考文献

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［2］童凯，张雪松，骆丽．甩负荷试验中发电机频率异常保护动作分析［Ｊ］．浙江电力，2011（12）．