浅析发电机过负荷及其应对措施

黄林

摘 要：发电机在正常运行时，不允许超过额定容量长期运行，但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根据国家标准规定上。

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。为此，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。

关键词：发电机;过负荷;允许数值;危害分析;应对措施

《规程》规定：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。我国国家标准GB7064-1986《水轮发电机通用技术条件》中，对于发电机定子绕组在直接冷却和间接冷却的情况下，短时过负荷的有关规定，详见下表。

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，而且短时间过负荷对绝缘材料的寿命影响不大，因为绝缘的老化需要一定的过程，绝缘材料变脆，介质损耗增大，耐受击穿电压的水平降低等都需要一个高温作用的时间，高温作用时间愈短，绝缘材料的损害程度愈轻，下面以空冷水轮发电机为例进行具体分析：

1.空冷水轮发电机在正常运行时，定子绕组的温度一般为80—85℃，距定子绕组的允许温度120℃还有35—40℃的差额，所以即使过负荷，在短时间内也不致于超出允许温度值。但对于正常运行时定子或转子线圈温度较高的发电机，应该适当限制短时过负荷的倍数和时间。

2.对于空冷发电机，若是强行励磁引起的过负荷，额外温升不会大，所以不必担心发电机有什么危险。

3.在电网事故情况下，发电机过负荷的时间可能较长，此时允许温度不宜超过其绝缘所允许的数值。

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和转子线圈发热，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。为此，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：

一.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。如我厂《运行规程》规定过负荷时间不得超过下表规定：

二.当发电机定子电流超过额定值时，電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。

三.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。

上述三点是发电机过负荷运行时的一般应对措施，三者相辅相成，但在实际工作中，存在过负荷倍数与过负荷允许时间不便准确把握和处理棘手的问题，对于这个问题，从运行角度出发，主要是加强对运行值班人员的培训工作，要求每个值班员，尤其是值班长要熟悉《规程》，熟记过负荷时间表，对造成机组过负荷的原因迅速作出正确的判断（以当时系统运行方式和事故现象为根据），并区别不同情况，采取相应的对策和措施。按照“保人身、保电网、保设备”的“三保”原则，处理中既要避免由于处理不当造成事故扩大，又要尽量保证我厂机组设备不受损害，从多年运行实践来看，1990年赣南电网与南昌电网联网以前，由于赣南电量严重不足，而我厂又是赣南电网的主力电厂，机组过负荷运行可以说是家常便饭，低周备用机组自动启动也是司空见惯的常事，那个年代我厂“舍小家，顾大家”，为赣南的经济发展作出了巨大的贡献，但同时我厂的机组设备由于经常性超负荷运行，也经受了十分严峻的考验。1990年赣南电网与南昌电网联网以后，我厂四台发电机组过负荷运行已较为少见，但我们也绝不可掉以轻心，一旦系统发生事故，赣南网与南昌网解列（两网联络尚比较单薄），造成我厂过负荷运行的概率仍然较大，2000年3月8日虎岗变电站事故引起我厂机组过负荷就是一个很好的例证。

另外我厂还有一个值得注意的问题是：当电网事故引起机组过负荷，并发出过负荷信号时，由于我厂过负荷保护的整定值一次为1438安培，其过负荷倍数为1438/1032=1.4倍，按过负荷时间表规定运行时间不得超过五分钟，也就是说从过负荷信号发出后，机组运行时间不得超过五分钟，但在实际工作中，由于系统发生了事故，即使机组过负荷运行时间已经超过允许时间，调度也不会同意我厂自行解列，这对我厂发电机绝缘十分不利，因此，根据目前我厂的机组容量和在系统中的地位，建议在以后的机组保护改造工作中加装反时限过电流保护作用于跳发电机开关，作为过负荷保护的补充，这样既能保证我厂机组设备的健康稳定运行，又便于运行值班人员掌握处理此类系统事故的尺度。