大型发电机失步保护
浅谈大型发电机失步保护
龚剑超陈灵峰
（浙江华电乌溪江电厂浙江衢州324000）【摘要】简述了几种发电机失步保护的基本原理和工程实现，介绍了典型的整定计算方法，并简要介绍了失步保护的调试方法和注意事项。
【关键词】发电机保护失步保护整定调试
0.概述
随着电力系统容量不断增加，大型发电厂高压母线的系统阻抗较小，一旦发生系统非稳定性振荡，其振荡中心很容易进入失步发电机变压器组内部，这将严重威胁失步的发电机和系统的安全运行，所以自20世纪90年代以来，我国大型发电机组均加装发电机失步保护，并有多种不同类型判据的失步保护。
1.失步保护的基本原理
失步保护的基本原理主要是通过测量阻抗的轨迹变化情况来检测是否失步。其主要指标有三点，一是测量阻抗轨迹为自左向右或自右向左依次穿越整定阻抗区域，穿越一次则记录为滑极次数加一；二是每穿越一个区域都大于一定延时，以区别于故障以及区分失步振荡和稳定振荡；三是滑极次数达到一定值时，则动作出口。失步保护要求在短路故障、系统振荡、电压回路断线等情况下，保护不误动作。
国内失步保护主要采用三阻抗元件失步保护动作特性或双遮挡器失步保护动作特性。这里仅介绍南瑞RCS985保护的三阻抗元件失步保护动作特性。
1.1国产南瑞RCS985发变组保护：
失步保护反应发电机失步振荡引起的异步运行，失步保护阻抗元件计算采用发电机正序电压、正序电流，阻抗轨迹在各种故障下均能正确反映。
1.1.1保护采用三阻抗元件失步继电器动作特性, 如下图。
图1.南瑞三阻抗元件失步保护特性图
第一部分是透镜特性，图中①，它把阻抗平面分成透镜内的部分I 和透镜外的部分O 。
第二部分是遮挡器特性，图中②，它把阻抗平面分成左半部分L 和右半部分R 。
两种特性的结合，把阻抗平面分成四个区OL 、IL 、IR 、OR ，阻抗轨迹顺序穿过四个区（OL →IL →IR →OR 或OR →IR →IL →OL ），并在每个区停留时间大于一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极计数加1，到达整定次数，保护动作。
第三部分特性是电抗线，图中③，它把动作区一分为二，电抗线以上为I 段（U ），电抗线以下为II 段（D ）。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于发变组外，两种情况下滑极次数可分别整定。
保护可动作于报警信号, 也可动作于跳闸。
失步保护可以识别的最小振荡周期为120ms 。
1.1.2失步保护逻辑框图如下：
图2.南瑞失步保护逻辑图
1.1.3其整定计算为：
1.1.3.1三阻抗元件Z1、Z2和Z3的整定计算。
第Ⅰ象限最远点整定阻抗()S j n g S T set a e Z X X Z φ..+=
第Ⅲ象限最远点整定阻抗()S S j n g d j n g d set b e Z X e Z X Z φφ.180..''-==+?
遮挡器直线阻抗元件Zab 阻抗线和R 轴的夹角S φ?=
n g n g TV N G TA N G n g I U n S n U Z ...2..3== 式中：
d X '――发电机暂态电抗相对值（发电机额定值为基准值）
；
T X ――主变压器电抗相对值（发电机额定值为基准值）
； S X ――最小方式时系统电抗相对值（发电机额定值为基准值）
； S φ――系统阻抗角（一般为80－85°）
，取90°； n g Z .――发电机额定二次阻抗有名值（Ω）
； N G U .――发电机额定电压（kV ）
； N G S .――发电机额定视在功率（MV A ）
； TA n ――发电机电流互感器变比；
VA n ――发电机电压互感器变比；
n g U .――发电机额定二次电压（V ）
； n g I .――发电机额定二次电流（A ）
；
1.1.3.2电抗线Zc 的动作阻抗整定值Zc.set 计算。一般取
T set c X Z 9.0.=
1.1.3.3透镜内角δset 整定计算。
透镜内角δset 越小，透镜越大，保护计时越准确，但必须保护发电机组正常运行时的最小负荷阻抗ZL.min 位于透镜之外，以保证保护动作选择性要求。 为此选择透镜宽度min .3
.11L r R Z ≤，透镜内角整定值δset 为 d
T S L set b set a r set X X X R arctg Z Z Z arctg
'54.1218022180min ...++-?=--?=δ n L R ?cos min .=
式中： min .L R ――最小负荷阻抗相对值；
n ?cos ――发电机额定功率因数。
1.1.3.4跳闸允许电流的整定计算。
n g al off ～I ..I )54(=
1.1.3.5滑极次数整定计算。
振荡中心在区外时，滑极次数可整定2～15次（一般整定5次），动作于信
号。
振荡中心在区内时，滑极次数根据发电机实际能够承受的失步滑极次数整定（一般为2～3次），我国在整定中一般取1～2。
1.2奥地利ELIN的ME311失步保护
ME311失步保护所取为一个偏移阻抗圆，并在以Z S、X T和X’d合成的综合阻抗上以δ内角取得一组平行于综合阻抗的遮挡器。
1.2.1奥地利ELIN的ME311失步保护原理图
图3.ELIN失步保护特性图
ME311失步保护取以X轴（2X T－3X’d）为直径的一个偏移阻抗圆，并根据－X’d和XT＋ZS所形成的综合阻抗，取内角为δ的两条平行于综合阻抗的直线为一组遮挡器，从而取得三个阻抗区域。
当测量阻抗依次穿越R1右→R1→（R1－R2）→R2→R2左这五个区域并满足停留时间设置要求时，被认为是一次有效的滑极次数计数。计数达到整定值，保护动作出口于信号或跳闸。
1.2.2ME311失步保护逻辑图
图4.ELIN 失步保护逻辑图
1.2.3ME311失步保护的整定
1.2.3.1阻抗折算
TV N G TA N G n S n U F .2
.
F Z Z ?=sec
经折算后，综合二次阻抗值为
sec .sec .sec .'d T S X X Z Z ++=
1.2.3.2遮挡器R1及R2的整定
考虑到综合阻抗的阻抗角一般接近于90°，因此采用以下近似算法
))sin(arg()2180tan(2))tan(arg('1Z Z
Z X R d δ-??+=
))sin(arg()2180tan(2
221Z Z
R R δ-???=- 1.2.3.3偏移阻抗圆的整定 圆心2
2'3T d cent X X X -?-= 直径T d D X X X ?+?=2'3
1.2.3.4滑极次数的整定
同国内，取2。
1.2.3.5时间整定
t1――R1－R2间滑行最短时间，取0.1秒；
T1――R1－R1（全周）的滑行最长时间，取3秒；
t2――第二次滑极时R1－R2间滑行最短时间，取0.1秒；
T2――第二次滑极时R1－R1（全周）的滑行最长时间，取2秒；
T3――锁定时间，即最大启动时间，取5秒；
1.2.3.6其它整定
最大负序允许值：10%
电流联锁：I ＝1.2IN
一种情况是，电流联锁应使保护在电流过高时动作，另一种情况是电流联锁应使保护在任何滑行轨迹上动作，在此时应置0A 。
跳闸延时：delayed
保护在阻抗圆内不出口，待振荡轨迹滑出圆时出口。
方向：direction1/direction2，
指加速或减速失步。
矢量方向：Left/Right ，
指在发电机方向或电动机方向。
1.3GE 公司G60发电机保护
1.3.1这里仅介绍GE 公司的G60发电机失步保护的圆形特性，该保护特性和国内的三阻抗元件失步保护有些类似，由发电机、主变和系统阻抗形成一个综
合阻抗，并以此阻抗按不同的阻抗圆限制角在两边形成外环、中环、内环三组圆弧，本保护以正序阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段的长短，来区分系统短路与振荡，以阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段和穿越中圆和外圆的时间段的长短来区分失步振荡与稳定振荡。
图5.GE 失步保护特性图
1.3.2 GE 公司G60发电机失步保护的整定
1.3.
2.1、功率振荡正向阻抗及阻抗角
该定值适用于全部三个阻抗特性，正向阻抗应大于变压器和系统的正序阻抗之和。
FWD REACH=()PT
CT S T n n X X + 式中：S X －系统最大运行方式下的最小系统阻抗。
阻抗角选为75°。
1.3.
2.2、功率振荡反向阻抗及阻抗角
该定值适用于全部三个阻抗特性，反向阻抗应大于发电机的正序阻抗。
发电机二次基准阻抗 ()()()v
a S E C B S E C B S E C B n n S U Z ?=2 REV REACH=PT
CT d n n X ?' 阻抗角选为75°。
1.3.3.3、阻抗圆限制角
设P 为最大负荷点，则
v
a N N n n S U OP ?=2 外圆限制角（OUTER LIMIT ANGLE ）：在最大负荷条件下对应的限制角，外圆限制角应留有20°的安全裕量。
OUTER LIMIT ANGLE=130°
中圆限制角（MIDDLE LIMIT ANGLE ）：按照说明书推荐值，应接近外圆限制角和内圆限制角的平均值。
MIDDLE LIMIT ANGLE =()?=?+?90250130
内圆限制角（INNER LIMIT ANGLE ）：动稳极限角（由系统调度部门给出，一般为120°~140°），取
INNER LIMIT ANGLE=?=?-?50130180
1.3.3.4、功率振荡动作时间 计算公式：()12360min δδ-?
=T t op 1δ、2δ代表外圆、中圆、内圆的限制角。
min T 为系统最小振荡周期，由调度部门给出，取0.4S 。
动作延时1——应小于在最快的功率振荡时，阻抗轨迹在外圆和中圆之间所需的时间。
()S t op 044.090130360
4.0=-?= ，取PICKUP DELAY1=0.04S 动作延时2——应小于在最快的功率振荡时，阻抗轨迹在中圆和内圆之间所需的时间。
()S t op 044.05090360
4.0=-?= ，取PICKUP DELAY2=0.04S 动作延时3——失步保护在跳闸前，阻抗轨迹需在内圆之间花费时间。它为失步保护发出跳闸命令提供了额外的安全度。
取PICKUP DELAY3=0.04S
动作延时4——用于延时跳闸方式。失步保护在跳闸前，阻抗轨迹在内圆以外、外圆以内所花费时间，需考虑可能的最快功率振荡。
()S t op 089.050130360
4.0=-?= ，取PICKUP DELAY4=0.06S 复位时间——阻抗轨迹离开外圆后，振荡闭锁的复归时间。取出厂设置值RESET DELAY 1=0.05S
自保持时间——对短时跳闸信号的扩展。取出厂设置值SEAL-IN DELAY 1=0.4S
1.4其它失步保护原理图
1.4.1ABB 失步保护特性曲线见图6，与南瑞RCS985保护比较相似。
图6.ABB 失步保护特性图
1.4.2SIEMENS 公司7UM516失步保护，采用多边形特性，特性曲线见图7，相当于透镜形状的失步保护的一个变形。
图7. SIEMENS 失步保护特性图
2失步保护的调试
由于失步保护基本原理就是判断测量阻抗在阻抗平面不同位置，以及在特定区域停留的时间长短，因此失步保护的调试主要目的是检测失步保护是否能正确识别测量阻抗的运动轨迹。
首先要确定测量阻抗在不同位置时，保护是否能准确判断。
以下仅以G60保护为例：
可实际模拟某个特定的边界点，当阻抗在边界点附近滑动时，保护应当可以准确判断出阻抗是否进入保护阻抗圆区域，可经计算得到失步阻抗圆上的特定点的极坐标值，从而取得阻抗模值和矢量方向，GE 保护也可在调试软件ENERVISTA UR 的振荡元件定值处点选查看并在自动生成的定值阻抗圆上以鼠标停留显示出该点阻抗值，并经计算得到阻抗模值和矢量方向，以调试装置加三相正序电压和电流模拟该点阻抗，即0
∠∠=∠I U Z αα，结果可以在阻抗平面上观察。
然后要观察失步保护的保护逻辑动作是否正常。
模拟失步的过程，在保护装置上加入电压 V A=57.7V ∠0°，VB=57.7V ∠240°，VC=57.7V ∠120°，电流IA=2A ∠0°，IB=2A ∠240°，IC=2A ∠120° ，即在保护装置内模拟出一个28.85ohm ∠0°的正序阻抗，然后逐步降低A ，B ，C
三相电压，采用GE调试软件ENERVISTA UR的Product setup→Flex states监视OST outer, OST inner参数位，当降到特定值，即正序阻抗值恰好通过定值圆环时，可以看到阻抗由OUTER到INNER的变化。（将OST的动作模式设置为EARL Y即阻抗从圆外进入圆内满足时间要求就动作出口，不必等阻抗滑出圆外。）阻抗进入内圆后保护动作出口。
不同的失步保护因逻辑不同，可以采用不同的调试方法。具体可以根据保护逻辑说明来设计。
3多种失步保护的比较
综合前文所提到的多种失步保护，可知现在微机失步保护的基本原理就是根据发电机测量阻抗在运行中遇到振荡时，阻抗在振荡过程中顺序滑过由发电机阻抗、主变阻抗和系统阻抗构成的综合阻抗所生成的特定阻抗区域，并在各区域停留相应时间这一特点，监测发电机阻抗变化轨迹从而判断发电机是否失步。
从阻抗区域来看，上述三种失步保护各有特色。
南瑞的三阻抗元件失步保护计算相对简单，并有区内振荡与区外振荡的区分电抗线，可以分别整定，有利于设备的优化运行。
ELIN的ME311失步保护在判断失步时只选择加速或减速失步，对设备运行不太有利，但ME311可以根据矢量旋转方向整定分别保护发电机和电动机，符合抽水蓄能机组的特点，因此桐柏抽水蓄能电站采用了该保护。
GE的G60发电机保护的振荡元件在阻抗圆的设置上包含了外、中、内三组圆弧，振荡过程判断十分细致，但没有设置区内区外判断电抗线，这也是国内外对保护设计的不同理念所造成的。
4结语
失步保护作为大型发电机的一个重要保护，对发电机稳定运行具有重要意义。在电力系统迅速发展的今天，在振荡过程中保护的正确动作与电力系统的稳定息息相关，因此切实理解失步保护原理，做好调试工作，对保障电网稳定运行同样具有重要意义。
阐述发电机失步的原理及双遮挡器原理失步保护的整定计算
阐述发电机失步的原理及双遮挡器原理失步保护的整定计算 摘要：阐述南海发电一厂220kV 出线同杆并架双回线，电网调度为确保电网系统稳定性，电厂投入发电机组失步保护的必要性；以及着重介绍了基于双遮挡器原理的发电机组失步保护整定值计算方法。 关键词：振荡；失步保护；双遮挡器；整定计算 0 引言 2013年中旬，中调转发了电网总调《电厂安全稳定防线优化方案讨论会议纪要》，并要求我厂在具体时间内完成对机组失步保护定值优化调整工作，具体原则如下：1 ）机组失步保护整定范围延伸至电厂送出线路对侧变电站，即延伸至 220kV 对侧变电站；2 ）为分散动作风险，机组滑极次数定值分两轮整定。即不重要机组定义为第一轮跳闸对象，重要机组为第二轮跳闸对象，后者滑极次数需比前者大。 由于我厂无装设失步解列装置， 2台机组发变组保护亦无配置失步保护（机组为200MW 发电机，可不配置发电机失步保护），按中调通知要求需进行机组失步保护定值整定并投入。 1 针对我厂220kV 出线同杆并架双回线，发电机组失步保护投入的必要性 广东电网调度对全网电厂送出线路（同杆双回线）故障的稳定性进行核算，针对我厂220kV 出线（新南甲线、新南乙线为同杆双回线）分析研究，当两回线路同时或相继出现一回线路三相永跳故障与另一回线路单相瞬时故障现象时，线路电抗增加，回路的综合电抗X Σ变大，根据公式: P E = δsin ∑ ?X E U A (1-1) A E :发电机电动势； U:无穷大系统母线电压； X Σ:包括发电机电抗在内的发电机到无穷大系统母线的总电抗； δ:发电机电动势E A 与无穷大系统电压U 之间的功角； P E : 功率极限值。 功率极限值将变小，功角特性将由图曲线1变为曲线2，如图1-1所示。[1] 图1-1 系统故障时的功角特性曲线 在切除线路的瞬间，X Σ的增大以及发电机由于机械惯性，转速不变，功率角不变δ，由公式1-1可知，这时原动机供给发电机的功率仍为Pm ，发电机的对外输出功率P E 却减少了，此时发电机的运行点将由曲线1的a 点落到曲线2的b 点上，但是b 点运行时，功率是不平衡的。
发电机失磁跳闸原因分析及防止对策(2021年)
发电机失磁跳闸原因分析及防止对策(2021年) Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0220
发电机失磁跳闸原因分析及防止对策 (2021年) 〔摘要〕叙述了大武口发电厂相继投入运行的JLQ-500-3000型交流励磁机(主励磁机)、YJL-100-3000交流永磁机(付励磁机)和GLT-S型励磁调节器，在运行期间，其发电机低励磁失磁保护先后动作跳闸了11次，严重危及西北电网及宁夏电网的稳定运行的情况，分析了失磁保护动作的原因，制定了相应的防止对策。 1发电机失磁跳闸的典型事例 (1)1987年9月14日19:23，发现3号机主励磁机炭刷冒火，电气运行值班人员在处理过程中，由于维护经验不足，调整电刷弹簧压力时将正、负极同时提起，使运行中的发电机励磁电流中断，造成失磁保护动作，3号机出口208开关跳闸。 (2)1987年11月28日，全厂2，3，4号机组运行，1号机组停
运，总负荷280MW，4号机组带80MW负荷运行。8:15，4号机励磁系统各表计指示摆动，随之出现“励磁异常”、“强励限制”、“保护动作”等光字。4号机210开关跳闸，励磁调节B柜DZB开关联动，经查低励失步保护动作，励磁回路未发现异常情况。8:21，将4号机并入系统，当负荷加至80MW时，4号机再次出现上述现象，210开关跳闸。经分析认为励磁调节器有隐蔽性故障，故启动备用励磁机运行。4号机励磁调节柜停运后，经检查发现A柜综合放大器和电压反馈的R15电阻、C3滤波电容焊点孔位偏移，接头开焊脱落引起反馈电压波形畸变，导致励磁运行参数摆动，造成瞬间失磁。 (3)1989年6月29日，1，2，3，4号发电机运行，全厂总出力395MW。9:20，1号机无功负荷由65Mvar降至0，并出现“强励动作”、“强励限制”、“过负荷”光字，2号机出现“强励动作”、“强励限制”、“过负荷”、“失磁应减载”光字，调整1号机无功负荷把手加不上，急将调节器由“自动”倒为“手动”方式，将无功负荷增加到40Mvar，同时调整2号机无功负荷，使两台机组各参数趋于稳定。经查1号机有“低励失磁”动作信号，由于值班人员精心监盘，反应敏捷，
发电机电压过低的原因及检修方法
解读燃油发电机组的编号形式 发电机电压过低的原因及检修方法 1、原动机转速太低。 调整原动机转速至额定值。 2、励磁回路电阻过大。 减小磁场变阻器的电阻以加大励磁电流。对于半导体励磁发电机应检查附加绕组接头是否断线或接错等 3、励磁机电刷不在中性线位置，或弹簧压力过小。 将电刷调至正确位置，更换电刷，调整弹簧压力。 4、有部分整流二极管被击穿。 检查、更换被击穿的二极管。 5、定子绕组或励磁绕组中有短路或接地故障。 检查故障，予以清除。 6、电刷接触面太小，压力不足，接触不良。 如果由于换向器表面不光引起，可在低速下，用砂布磨光换向器表面，或调整弹簧压力。 发电机电压过高的原因及检修方法 1、转速过高。 减小水轮机导水翼开度，降低转速。 2、分流电抗器铁芯气隙过大。 改变电抗器铁芯垫片厚度，调整气隙。 3、磁场变阻器短路；调压失灵。 找出短路点，予以消除。
4、发电机事故飞车。 紧急停机进行事故处理。 轴承温升过高的原因及检修方法 1、润滑油不干净。 更换润滑油。 2、轴弯曲，中心线不准。 重新找中心。 3、轴承中滚珠或滚柱损坏。 更换新轴承。 4、基础螺丝松动。 拧紧基础螺丝。 5、润滑油使用时间过长，未更换。 洗净轴承，更换润滑油。 发电机振荡失步的特征表现及处理方法 一、发电机振荡失步的特征 (1)定子电流超出正常值，电流表指针将激烈地撞挡。 (2)定子电压表的指针将快速摆动。 (3)有功功率表指针在表盘整个刻度盘上摆动。 (4)转子电流表指针在正常值附近快速摆动。 (5)发电机发出鸣叫声，且叫声的变化与仪表指针的摆动频率相对应。 (6)其他并列运行的发电机的仪表也有相应的摆动 二、发电机振荡失步的时处理方法
从保护试验中认识失磁保护
从保护试验中认识失磁保护 失磁保护：发电机失磁保护是发电机继电保护的一种。 定义：是指发电机的励磁突然消失或部分消失，当发电机完全失去励磁时，励磁电流 将逐渐衰减至零。由于发电机的感应电势Ed 随着励磁电流的减小而减小，因此，其励磁转 矩也将小于原动机的转矩，因此引起转子加速，使发电机的功角δ增大。当δ超过静态稳 定极限角时，发电机与系统失去同步，此时发电机保护装置动作于发电机出口断路器，是发 电机脱离电网，防止发电机损坏和保护电网稳定运行，这种保护叫失磁保护。 关于失磁保护，大家可以简单理解成发电机没有励磁后，由发电机转变成电动机，发电机 机端测量阻抗，失磁前在阻抗平面R——X坐标第一象限，失磁后测量阻抗的轨迹沿着等有 功阻抗圆进入第四象限。随着失磁的发展，机端测量阻抗的端点落在静稳极限阻抗圆内， 转入异步运行状态。具体失磁过程见附件2. 测试对象：3080（V2.0D）发电机保护装置 测试仪器：昂立测试仪 失磁保护定值定值： Xa 5.77Ω Xb 17.31Ω延时0.4S (1)动作精度 实验方法：测试仪加电压UA 57.74V 0° UB 57.74V 240° UC 57.74V 120°， A：保持IA 90°、IB 310°、IC 210°角度不变，增加电流幅值，步长0.5A，记录动作数 据 (理论值电流从3.33到10为动作区。Imax=57.74/5.77=10 Imin=57.74/17.31=3.33) B：保持IA、IB、IC 幅值5.774A不变，增加电流角度，步长10度，记录动作值，继续增 加角度 直至复归，记录复归值。（理论值IA从60度到120度为动作区）
发电机失磁保护.
发电机失磁微机保护的研究 摘要:介绍了现阶段的发电机失磁保护装置、发电机失磁保护的4种主要判据，并针对阻抗Ⅱ段和低电压判据延时较长的不足,提出利用发电机功率变化量作为失磁保护辅助加速判据。还研究了失磁保护方案存在的问题，针对相应的问题提出微机失磁保护新方案，并对新方案进行了介绍。 关键词:失磁保护；失磁保护判据；功率变化量；辅助加速判据；微机失磁保护新方案。 0 引言 中国历年来的发电机失磁故障率都比较高,因而,发电机失磁保护受到广泛重视。近年来,国内在发电机失励磁分析和试验方面做了很多工作,取得了很大的成绩。在失磁保护装置方面也已经开发出了多种型号的装置,其性能基本满足了电力系统的要求。现阶段新型微机失磁保护判据组合及作用结果包括如下四方面的内容：a.失磁保护Ⅰ段:定子阻抗判据、转子电压判据、变励磁转子低电压判据、功率判据和无功反向判据组合。失磁保护Ⅰ段投入,发电机失磁时,0.5 s降出力； b.失磁保护Ⅱ段:系统低电压判据、定子阻抗判据、转子电压判据、变励磁转子低电压判据和无功反向判据组合。失磁保护Ⅱ段投入,发电机失磁时, 系统电压低于整定值,延时0.8 s 动作切发变组主断路器、灭磁断路器、厂用电源断路器及励磁系统各断路器； c.失磁保护Ⅲ段:定子阻抗判据、转子电压判据、变励磁转子低电压判据和无功反向判据组合。失磁保护Ⅲ段保护投入,发电机失磁后,延时1.5 s,动作于“报警”,也可动作于“切换备用励磁”,或者动作于“跳闸”,有3种状态供选择； d.失磁保护Ⅳ段:定子阻抗判据和无功反向判据组合。失磁保护Ⅳ段为长延时段,只判断定子阻抗判据,在减出力、切换备用励磁无效的情况下,5 min动作于“跳闸”。 1 发电机失磁后的基本物理过程及产生的影响 发电机失磁故障是指发电机的励磁突然消失或部分消失。对于失磁的原因有：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、及回路发生故障等。 当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减至零。由于发电机的感应电势Ed 随着励磁电流的减小而减小，因此，其励磁转矩也将小于原动机的转矩，因此引起转子加速，使发电机的功角δ增大。当δ超过静态稳定极限角时，发电机与系统失去同步。发电机失磁后
失步保护
水电站发变组失步保护动作分析 蒋琛１，闫涛１，张强１ （１.江苏省方天电力技术有限公司，江苏南京 211100） 摘要：介绍国内外主流发变组失步保护动作原理，分析一次水电站动作数据,分析了动作机理，并对同类型的失步保护应用提出建议。 关键词：水电站发变组失步保护 1．引言 针对江苏省内近年基建项目中大机组上的较多的情况，如扬州二厂600MW×2（已投运），华润常熟电厂660MW×2（其中1#机已投运），张家港华兴电厂395MW×2（燃机），戚墅堰电厂395MW×2（燃机），望亭电厂（395MW×2燃机），镇江电厂三期（660MW×2），常州国电（660MW×2），太仓环保电厂四期（660MW ×2）、华能太仓（660MW×2）、等厂，以及一批正在基建和已经运行的大型机组的发变机组保护都按稳定导则和设计规程的要求配置了失步保护，但也有例外的是华能南通电厂的350MW机组未配置发电机失步保护。 因此我们认为有必要对这些失步保护的性能进行研究，通过现场试验来分析这些失步保护在系统受到扰动时，是否存在不正确动作的可能行，以杜绝影响电网安全、稳定和不必要跳机的不利因素。 2．各保护原理分析 LPS失步保护原理（录自GE公司LPS保护说明书） 沙河电站的发变机组保护RS489中不具备失步保护的功能，故外方采用微机型线路保护LPS（为GE公司的早期产品，需要说明的是：用于线路保护的失步判别元件主要是防止线路保护的阻抗元件发生误动，当系统发生扰动，即使失步判别元件误动，也只是短暂闭锁这套线路保护，而用于大型发变机组和水轮机组的失步保护则是不允许这种不应该的误动）中的振荡闭锁元件作为水轮机组的失步保护。其动作逻辑见图2-1。 当系统发生振荡，且阻抗轨迹进入OUTER 动作特性圆（图2-1）后，与门AND61的一个输入来自OUTER，另一输入来自MIDDLE从或门OR61输入，如果阻抗轨迹在OUTER和MIDDLE中间停留的时间超过时间启动整定值TLOS1后，则TLOS1动作并使得AND61的一个输入为1，只要OUTER动作，TLOS1就将一直保持在动作状态。 当发生短路故障，由于OUTER，MIDDLE 同时动作，MIDDLE动作信号通过NOT61闭锁，TLOS1将不动作。 图1. LPS失步保护的动作逻辑 振荡的阻抗轨迹将进入MIDDLE（图2-2），但还停留在INNER外时，AND62的一个输入被TLOS1触发，另一输入则是MIDDLE本身， 第三个输入则由INNER的非门NOT62决定，如果振荡引起的阻抗轨迹在MIDDLE 和
发电机频繁启停机危害分析
发电机频繁启停机危害分析 发电机作为电厂最重要的一次设备之一，其安全运行和检修维护一直备受关注，而威胁发电机安全运行的因素很多，文章主要阐述的是频繁启停机对发电机的危害及维护检修措施。 标签：同期并网；相位差；幅值差 目前，发电厂运行方式受电网调度和某些特殊运行方式下，存在长期调峰频繁启停机，此类发电机的运行工况是比较恶劣的。 首先，发电机会在短时间内（如一周内）多次开机并列。同期并列过程实际上对发电机存在影响，虽然自动准同期并网方式已经广泛应用，但由于目前技术还无法做到完全无扰并网，在并网瞬间存在着电压差、相角差和频率差，会对发电机定子和转子造成一定损伤（取决于压差、频差和相角差幅值），特别是会在发电机转子上产生以较大的扭矩，长时间密集同期并列会对发电机定、转子产生危害，造成诸如线圈绑扎松动，铁芯松动，端部发热等机械应力伤害和绝缘下降。具体分析如下： 1 电压幅值差对发电机造成的影响 假设带并侧U和系统侧Us 同相位，且带并侧f =系统侧fs ，而电压幅值不同，并列时会产生冲击电流。发电机阻抗是感性的，这时发电机电流Ij 属于无功性质，其有效值为Ij=Ud/jX″d。当U>Us时，Ij滞后Ud90°，该电流对发电机起去磁作用，使U降低，发电机并列后立即输出无功负荷。当U 编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 发电机失磁跳闸原因分析及防止对策(正式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑 文件编号：KG-AO-2285-36 发电机失磁跳闸原因分析及防止对 策(正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 〔摘要〕叙述了大武口发电厂相继投入运行的JLQ-500-3000型交流励磁机(主励磁机)、YJL-100-3000交流永磁机(付励磁机)和GLT-S型励磁调节器，在运行期间，其发电机低励磁失磁保护先后动作跳闸了11次，严重危及西北电网及宁夏电网的稳定运行的情况，分析了失磁保护动作的原因，制定了相应的防止对策。 1 发电机失磁跳闸的典型事例 (1) 1987年9月14日19:23，发现3号机主励磁机炭刷冒火，电气运行值班人员在处理过程中，由于维护经验不足，调整电刷弹簧压力时将正、负极同时提起，使运行中的发电机励磁电流中断，造成失磁保护动作，3号机出口208开关跳闸。 目 发电机振荡或失步时的现象 (2) 一、概述 (2) 二、发电机振荡或失步时的现象 (2) 三、发电机振荡和失步的原因 (3) 四、单机失步引起的振荡与系统性振荡的区别 (3) 五、系统性振荡时，所有发电机表计的摆动是同步的。 (3) 发电机振荡或失步时的现象 一、概述 同步发电机正常运行时，定子磁极和转子磁极之间可看成有弹性的磁力线联系。当负载增加时，功角将增大，这相当于把磁力线拉长；当负载减小时，功角将减小，这相当于磁力线缩短。当负载突然变化时，由于转子有惯性，转子功角不能立即稳定在新的数值，而是在新的稳定值左右要经过若干次摆动，这种现象称为同步发电机的振荡。 振荡有两种类型：一种是振荡的幅度越来越小，功角的摆动逐渐衰减，最后稳定在某一新的功角下，仍以同步转速稳定运行，称为同步振荡；另一种是振荡的幅度越来越大，功角不断增大，直至脱出稳定范围，使发电机失步，发电机进入异步运行，称为非同步振荡。 二、发电机振荡或失步时的现象 a）定子电流表指示超出正常值，且往复剧烈运动。这是因为各并列电势间夹角发生了变化，出现了电动势差，使发电机之间流过环流。由于转子转速的摆动，使电动势间的夹角时大时小，力矩和功率也时大时小，因而造成环流也时大时小，故定子电流的指针就来回摆动。这个环流加上原有的负荷电流，其值可能超过正常值； b）定子电压表和其他母线电压表指针指示低于正常值，且往复摆动。这是因为失步发电机与其他发电机电势间夹角在变化，引起电压摆动。因为电流比正常时大，压降也大，引起电压偏低； c）有功负荷与无功负荷大幅度剧烈摆动。因为发电机在未失步时的振荡过程中送出的功率时大时小，以及失步时有时送出有功，有时吸收有功的缘故； d）转子电压、电流表的指针在正常值附近摆动。发电机振荡或失步时，转子绕组中会感应交变电流，并随定子电流的波动而波动，该电流叠加在原来的励磁电流上，就使得转子电流表指针在正常值附近摆动； e）频率表忽高忽低地摆动。振荡或失步时，发电机的输出功率不断变化，作用在转子上的力矩也相应变化，因而转速也随之变化； f）发电机发出有节奏的鸣声，并与表计指针摆动节奏合拍； g）低电压继电器过负荷保护可能动作报警； 发电机失磁保护的典型配置方案 1 引言 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对电力系统及发电机的稳定运行有十分重要的影响。由于励磁系统相对较为复杂，主要包括励磁功率单元和励磁控制部分，因而励磁故障的发生率在发电机故障中是较高的。加强失磁保护的研究，找到一个合理而成熟可靠的失磁保护配置方案是十分必要的。 由于失磁保护的判据较多，闭锁方式和出口方式也较多，因此失磁保护的配置目前在所有发电机保护中最复杂，种类也最多。据国内一发电机保护的大型生产厂家统计，2000年中，该厂所供的失磁保护配置方案就有20多种。如此之多的配置方案对于现场运行是十分不利的。不仅业主和设计部门难以作出选择，而且整定、调试、运行、培训都变得复杂。这样，现场运行经验和运行业绩不易取得，无法形成一个典型方案以提高设计、整定效率和运行水平，也不利于保护的成熟和完善。从电网运行中反映，失磁保护的误动率较高。 湖北襄樊电厂4台300MW汽轮发电机组，首次在300MW发电机组上采用国产WFB－100微机保护，经过近3年的现场运行，其失磁保护在试运行期间发生过误动作，在采取一定措施后，未再误动。近年来，失磁保护先后经过数次严重故障的考验和进相运行实验，都正确动作。本文将分析该厂失磁保护方案的特点，并以此为典型方案，以供同行借鉴参考。 2 失磁保护的主判据 目前失磁保护使用最多的主判据主要有三种，分别是 1）转子低电压判据，即通过测量励磁电压U fd 是否小于动作值； 2）机端低阻抗判据Z＜； 3）系统低电压U m ＜。三种判据分别反映转子侧、定子侧和系统侧的电气量。 2．1转子低电压判据U fd 早期的整流型和集成电路型保护，采用定励磁电压判据，表达式为： U fd ＜K·U fd0 ， U fd0 为空载励磁电压，K为小于1的常数。 目前的微机保护，多采用变励磁电压判据U fd （P），即在发电机带有功P的工况下，根据静稳极限所需的最低励磁电压，来判别是否已失磁。正常运行情况下（包括进相），励磁电压不 会低于空载励磁电压。U fd （P）判据十分灵敏，能反映出低励的情况，但整定计算相对复杂。因 为U fd 是转子系统的电气量，多为直流，而功率P是定子系统的电气量，为交流量，两者在一个判据进行比较。如果整定不当很容易导致误动作。 在襄樊电厂1＃机试运行期间就因为该判据整定值偏大而误动2次。经检查并结合进相运行 试验数据进行分析发现，整定值K偏大的主要原因是在整定计算中，发电机空载励磁电压U fd0 、 同步电抗X d ，均采用的是设计值，而设计值与实测值有较大的差别［1］。如襄樊电厂1＃机的设计 值U fd0＝160V，X d ＝1．997（标么值），而实测值U fd0 ＝140V，X d ＝1．68（标么值）。由此造成 发电机在无功功率较小或进相运行时，U fd （P）判据落入动作区而误动。这种情况，在全国其他 地区也屡有发生，人们往往因此害怕用此判据。对于水轮机组，由于X d 与X q 的不同，整定计算 就更繁琐一些［2］。 但是勿容置疑的是，该判据灵敏度最高，动作很快。如果掌握好其整定计算方法，在整定 计算上充分考虑空载励磁电压U fd0和同步电抗X d 等参数的影响，或在试运行期间加以实验调整， 不仅可以避免误动作，而且是一个十分有效的判据。能防止事故扩大而被迫停机，特别适用于 发电机保护1 对于发电机可能发生的故障和不正常工作状态,应根据发电机的容量有选择地装设以下保护。 (1)纵联差动保护:为定子绕组及其引出线的相间短路保护。 (2)横联差动保护:为定子绕组一相匝间短路保护。只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支而构成两个或三个中性点引出端时,才装设该种保护。 (3)单相接地保护:为发电机定子绕组的单相接地保护。 (4)励磁回路接地保护:为励磁回路的接地故障保护。 (5)低励、失磁保护:为防止大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后,从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响,100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。 (6)过负荷保护:发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护;大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。 (7)定子绕组过电流保护:当发电机纵差保护范围外发生短路,而短路元件的保护或断路器拒绝动作,这种保护作为外部短路的后备,也兼作纵差保护的后备保护。 (8)定子绕组过电压保护:用于防止突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压,水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护,中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。 (9)负序电流保护:电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大)时,会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热,造成转子的局部灼伤,因此应装设负序电流保护。 (10)失步保护:反应大型发电机与系统振荡过程的失步保护。 (11)逆功率保护:当汽轮机主汽门误关闭,或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时,从电力系统吸收有功功率而造成汽轮机事故,故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护,用于保护汽轮机。 发电机保护简介 1、发电机失磁保护 失磁保护作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障保护。由整定值自动随有功功率变化的励磁低电压Ufd(P)、系统低电压、静稳阻抗、TV断线等判据构成，分别动作于发信号和解列灭磁。励磁低电压Ufd(P)判据和静稳阻抗判据均与静稳边界有关，可检测发电机是否因失磁而失去静态稳定。静稳阻抗判据在失磁后静稳边界时动作。TV断线判据在满足以下两个条件中任一条件：│Ua+Ub+Uc－3U0│≥Uset(电压门坎)或三相电压均低于8V，且0.1A 发电机失步保护介绍 1 概述 当发电机正常运行时，发电机与电力系统的电动势以同样的工频角频率旋转，之间的相位差维持不变，发电机处于同步稳定运行状态。如果受到某种干扰，发电机与系统之间的电动势以不同的角频率旋转，线路两侧电动势相位差不断变化，此时称作发电机失步。 发电机失步后，两侧电动势之间的夹角δ在0°到360°间不断变化。发电机机端电压与电流也呈周期性变化，因此需要对失步时的机端测量阻抗进行分析。 2 发电机失步时电气量变化分析 发电机失步时电压、电流变化 以发电机带无穷大系统为例，发电机电势为Eg ，系统侧电势为Es ，各回路等值阻抗如图1中所示。 s s U E ? ?=? ? ? 图1 发电机带无穷大系统 如图1中所示，发电机失步前，保护安装处为送电端，g E 超前S E ，假设两侧电动势 幅值相等，则δj g s e E E -= ，夹角δ由线路传输的有功功率决定。 此时发电机机端电流为： ∑ -∑-=-=Z e E Z E E I j g s g )1(δ （1） 发电机机端电压为： g g Z I E U -= （2） 绘制出发电机带无穷大系统时对应的相量图，如图2所示。事实上，将式（1）带入式（2），则有 ∑ --=Z Z E E E U g s g g )( 可以看出，如果系统中各元件的阻抗角都相同的话，系统中各点的电压相量的端点都落 在图2中)(s g E E -的相量上。由（1）式知，当δ=180°时，∑ =Z E I g 2，此时线路中电 流最大，电流在阻抗g Z 上产生的压降最大，此时发电机机端电压最低。 发电机失步时，系统中电压最低的一点C ，称作振荡中心。可在图2中作垂直于 )(s g E E -的相量c U ，此点电压最低，即为振荡中心。 s 图2 发电机带无穷大系统的相量图 发电机失步时的机端测量阻抗 当发电机失步时，保护安装处的电压与电流幅值与相位都将随着两侧电动势夹角δ的变化而变化。因此，反映电压和电流比值的阻抗继电器的测量阻抗幅值和相位也将随 δ而变化。如果两侧电动势幅值相等，即E E E s g == ，发电机出口处测量阻抗为： g j g j g g g g g g g Z e Z Z Z e E E Z I E I Z I E I U Z --=--=-=-==-∑ ∑ -δ δ1)1( 发电机常见故障、事故处理 第一、发电机的异常运行及处理 一、发电机过负荷： 1.现象： 1)定子电流指示超过额定值 2)有、无功表指示超过额定值 2.原因：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，发电机的定子或转子都可能短时过负荷。 3.处理方法： 1)系统故障，监视发电机各部分温度不超限，定子电流为额定值。 2)系统无故障，单机过负荷，系统电压正常： A.减少无功，使定子电流降到额定值以，但功率因数不超过0.95，定子 电压不低于0.95倍额定电压。注意定子电流达到允许值所经过的时间，不允许超过规定值。 B.若减少无功不能满足要求，则请示值长降低有功。 C.若AC励磁调节器通道故障引起定子过负荷，应将AC调节器切至DC 调节器运行。 D.加强对发电机端部、滑环和整流子的检查。如有可能加强冷却：降低发 电机入口风温，发电机、变压器组增开油泵、风扇等。 E.过负荷运行时，应密切监视定子线圈，空冷器前后的冷、热风温度、机 组振动摆度，不准超过允许值，并作好详细的记录。 二、发电机三相电流不平衡： 1.现象： 1)定子三相电流指示互不相等，三相电流差较大，负序电流指示值也增大。 2)当不平衡超限且超过规定运行时间时，负序信号装置发“发电机不对称过 负荷”信号。 3)造成转子的振动和发热。 2.原因： 1)发电机及其回路一相断开或断路器一相接触不良。 2)某条送电线路非全相运行。 3)系统单相负荷过大：如有容量巨大的单相负载。 4)定子电流表或表计回路故障也会使定子三相电流表指示不对称。 3.处理方法： 当发电机三相电流不平衡超限运行时，若判明不是表计回路故障引起，应立即降低机组的负荷，使不平衡电流降到允许值以下，然后向系统调度汇报。等三相电流平衡后，再根据调度命令增加机组负荷。水轮发电机的三相电流之差，不得超过额定电流的20%，同时任何一相的电流，不得大于其额定值。水轮发电机允许担负的负序电流，不得大于额定电流的12%。 三、发电机温度异常： 1.现象：发电机绕组或铁心温度比正常值明显升高或超限，发电机各轴承温度比正常值明显升高或超限。 2.原因： 1)测量元件故障 2)冷却系统故障：冷却水压不够、冷却水量不足、管路堵塞、破裂或阀心脱 落。 3)三相电流不平衡超限引起温度升高。 4)发电机过负荷。 发电机失磁保护的整定计算 目前，国内生产及应用的微机型失磁保护的类型主要有两类，一类是机端测量阻抗＋转子低电压型；另一类是发电机逆无功＋定子过电流型。 一、机端测量阻抗＋转子低电压型失磁保护的整定计算 该型失磁保护用于判断发电机失磁或励磁降低到不允许的程度的判据主要有机端测量阻抗元件及转子低电压元件，失磁的危害判别元件只有系统低电压元件。此外，为提高失磁保护动作可靠性（例如，躲系统振荡），还设置有时间元件。 对于该型失磁保护的整定，主要是对机端测量阻抗元件、转子低电压元件、系统低电压元件及时间元件的整定。 1、机端测量阻抗元件的整定 （1）失磁保护阻抗元件动作特性的类别。 截至目前，国内采用的失磁保护阻抗元件在阻抗复平面上动作特性的类型主要有：异步边界阻抗圆、静稳边界阻抗圆及通过坐标原点的下抛阻抗圆。圆内为动作区。 2、动作阻抗圆的选择及整定 理论分析及运行实践表明：发电机失磁后，机端测量阻抗的变化轨迹，与发电机的结构、发电机所带有功功率及系统的联系阻抗均有关。 运行实践表明：按静稳边界构成的动作阻抗圆，在运行中容易误动。目前国内运行的阻抗型失磁保护，多数采用异步边界阻抗圆、下抛阻抗圆。 在确定阻抗元件的整定值时，应首先了解发电机在系统的位置，与系统的联系阻抗及常见的运行工况等。 动作阻抗圆的整定阻抗一般按下式确定： XA=-0.5X’d(或XA=0) XB=-1.2Xd XA、XB分别为异步边界阻抗圆的整定电抗。 Xd为发电机的同步电抗 X’d发电机的暂态电抗 另外，对于与系统联系阻抗较大的大型水轮发电机，动作阻抗圆应适当增大；而对于与系统联系阻抗较小的大型汽轮发电机，动作阻抗圆可适当的减小。对于经常进相运行的发电机，应保证在发电机进相功率较大时（但未失步），机端测量轨迹不会进入动作阻抗圆内。 另外，若阻抗元件采用静稳边界阻抗圆，则必须由转子低电压元件进行闭锁。此时，动作阻抗XA、XB可按下式决定 XA=XC XB=-Xd 目前，国内生产及应用的微机型保护装置，阻抗型失磁保护的转子低电压元件多采用其动作电压随发电机有功功率的增大而增大的UL-P元件。 对转子低电压元件的整定，实际上是对Ufd0（最小转子动作电压）及K=tga的整定。此外，对于水轮发电机，还需要决定曲线的拐点（即确定反应功率）。 （1）最小转子动作电压Ufd0的整定。 Ufd0＝（0.8～0.9）Ufdx Ufdx：发电机空载时的动作电压 （2）特性曲线斜率K=tga的整定。 K=(Xall*Ufdx)/S 发电机失磁保护介绍 1 概述 同步发电机是根据电磁感应的原理工作的，发电机的转子电流（励磁电流）用于产生电磁场。正常运行工况下，转子电流必须维持在一定的水平上。发电机失磁故障是指励磁系统提供的励磁电流突然全部消失或部分消失。同步发电机失磁后将转入异步运行状态，从原来的发出无功功率转变为吸收无功功率。 对于无功功率容量小的电力系统，大型机组失磁故障首先反映为系统无功功率不足、电压下降，严重时将造成系统的电压崩溃，使一台发电机的失磁故障扩大为系统性事故。在这种情况下，失磁保护必须快速可靠动作，将失磁机组从系统中断开，保证系统的正常运行。 引起发电机失磁的原因大致有：发电机转子绕组故障、励磁系统故障、自动灭磁开关误跳闸及回路发生故障等。 2 发电机失磁过程中机端测量阻抗分析 发电机从失磁开始进入稳态异步运行，一般分为三个阶段： （1）失磁后到失步前 （2）临界失步点 （3）异步运行阶段 2.1隐极式发电机 以汽轮发电机经联络线与无穷大系统并列运行为例，其等值电路与正常运行时的向量图如图1所示。 图1 发电机与无限大系统并列运行 图中，d E 为发电机的同步电势，f U 为发电机机端相电压，s U 为无穷大系统相电压， I 为发电机定子电流，d X 为发电机同步电抗，s X 为发电机与系统之间的等值电抗，且 有s d X X X +=∑ ，?为受端的功率因数角，δ为d E 与s U 之间的夹角（即功角）。 若规定发电机发出有功功率、无功功率时，表示为jQ P W -=，则 δsin ∑ = X U E P s d （1） ∑∑-=X U X U E Q s s d 2 cos δ （2） 功率因数角为 P Q 1 tan -=? （3） 在正常运行时，090<δ。090=δ为稳定运行极限，090>δ后发电机失步。 1. 失磁后到失步前 在失磁后到失步前的阶段中，转子电流逐渐减小，Ed 随之减小，随之增大，两者共同的结果维持发电机有功功率P 不变。与此同时，无功功率Q 随着Ed 的减小与的增大迅速减小，按（2）式计算的Q 值由正变负，发电机由发出感性无功转变为吸收感性无功。 此阶段中，发电机机端测量阻抗为 s s s s f f jX I U I jX I U I U Z +=+==& &&&&&& 带入公式jQ P U I s -=??&&，则 ?22 2 2 2)2(2j s s s s s s s f e P U jX P U jX jQ P jQ P jQ P P U jX I U Z ++=+--++?=+=&& （4） 式中，s U 、P 、s X 为常数，此方程表示一个以)2(2s s X P U +为圆心，P U s 22 为半径的圆，如 图2所示，此圆又称为等有功组抗圆。 发电机的异常运行及处理 发电机的异常运行及处 理 李伟清 教授级高级工程师 2013-5 、发电机的正常运行方式 1-1 发电机的铭牌出力和运行范围图 1-2 发电机运行监视和维护 二、发电机的异常运行分析和事故处理 2-1 发电机进相运行 1. 进相运行对吸收电网无功功率和调压的作用 2. 进相运行机理、能力（深度）及限制条件 2-2 发电机失磁异步运行 1. 发电机运行中失磁的原因及特点 2. 失磁机组运行对电网的影响及处理的有关规定 2-3 发电机失步振荡和处理 发电机发生振荡失步的原因及现象发生振荡时的处理规则及措施 起发电机振荡失步处理实例 2-4 防止汽轮发电机组超速运行事故 1 .关于机组超速运行事故的事例及界定 2 防止机组超速运行事故的措施 、发电机的的正常运行方式 1-1 发电机的铭牌出力和运行范围图 发电机的正常运行方式是指按照制造厂规定的技术条件和铭牌数据运行的方式，发电机可在这种方式下，在出力图范围内长期连续运行。 发电机铭牌上标明了以下额定数据：额定功率、额定电压、额定电流、额定功率因数、额定频率、额定励磁电压及电流、额定转速等。 还标明了冷却介质的温度及压力等。 额定功率是指额定功率因数时发电机端输出的视在功率（以MVA 或KVA表示），也可以是发电机端的有功功率（以MW或KW表之）。 发电机按以上条件，在各相电压及电流都对称的稳态状态下运行时，具有损耗少、效率高、转矩均匀等较好效能，故运行部门应力图保持发电机在正常状态下（按铭牌规定的技术数据）稳定运行。 发电机正常运行时各主要参量（电压、电流、频率、功率因数）的允许变化范围：发电机运行电压的变化范围在额定电压的正负5% 以内而功率因数为额定值时，其额定容量保持不变；发电机连续运行的最高允许电压不得大于额定值的110%；最低运行电压不得低于额定值的90%，此时定子电流不得超过额定值的105%，以保持定子绕 组温升不超过规定值；发电机应能在额定功率因数，频率变化不超过正负0.5Hz 时，按额定容量运行；发电机应在迟相功率因数不大于0.95,进相功率因数不小于0.95 范围内，按额定容量运行。图1-1、系发电机的出力图，即运行范围图。 预防发电机失磁、失步措施 发电机失磁、失步是发电机运行中常见的故障形式，一旦保护拒动将对发电机及系统造成较大影响。为防止此故障发生，特制定本措施。 一、失磁、失步定义： 失磁：发电机失磁是指发电机的励磁电流突然全部消失或部分消失。 失步：发电机失磁后造成震荡，震荡幅度变大，功角增大，直至脱出稳定运行，使发电机失去同步，进入异步运行。 二、失磁的原因： 1、转子绕组故障 2、励磁机故障 3、自动灭磁开关误跳闸 4、及回路发生故障 三、失磁的危害： 对自身危害： 1、使转子和励磁回路过热，严重时可使转子烧毁。 2、失磁后吸收无功使定子过热。 3、机组振动增大、铁芯过热。 对系统危害： 1、从系统吸收无功，威胁系统稳定运行，严重时导致系统瓦解。 2、强励可能动作，引起过电流。 四、失磁处理： 1、检查厂用电是否切换，如果未切换作相应处理。 2、发电机失磁，而失磁保护没有动作，系统电压低至极限值时应立即手动 打闸停机。 3、如果系统电压低应联系值长增加其它发电机的无功出力，防止电网瓦解。 五、失步处理： 1、在发电机电压允许的前提下尽可能增加发电机的无功。 2、如果系统频率正常可适当降低发电机的有功。 3、采取上述措施后仍不能恢复同步，失步保护不动作时如威胁设备安全时， 应将失步的发电机与系统解列。 4、如由于发电机失磁引起系统振荡而失磁保护不动作时，应立即将失磁的 发电机解列。 六、防止失磁、失步措施： 1、各值做好发电机失磁、失步的事故预想，防止事故扩大。 2、巡检时注意检查各保护装置工作正常。 3、巡检时检查励磁系统各保险、开关正常，系统无异常报警。 4、运行中加强励磁碳刷的检查。 5、励磁系统操作严格执行监护制度。 6、机组大小修中做励磁系统相关试验及发变组保护传动试验正常。 7、定期核对保护装置定值正确。 8、定期试验柴油发电机正常。 发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调 徐 健,徐 金,王 翔 (南京南瑞继保电气有限公司,江苏省南京市211100) 摘要:发电机失磁和失步保护都运用故障时的阻抗变化轨迹特性作为阻抗判据,因而两者的动作 阻抗区域可能会有部分重叠,造成失磁和失步保护的逻辑运算冲突。文中提出通过修正阻抗圆或增加方向闭锁判据来解决失磁和失步保护在阻抗坐标平面第三象限可能会发生冲突的问题,具体做法是削去失磁阻抗的左半圆或者在阻抗坐标平面第三象限通过判断阻抗变化方向来防止失磁保护在失步故障时抢动。 关键词:失磁保护;失步保护;阻抗动作特性;冲突;协调中图分类号:TM772 收稿日期:2006212208;修回日期:2007203227。 0 引言 由于现在的发电机都允许一定程度的进相运行,一般选择异步圆作为失磁保护的动作阻抗区域。一旦发电机的测量阻抗进入失磁保护阻抗圆且其他辅助判据也满足,则经一小的延时失磁保护即动作。失步保护所用动作阻抗区域为一叶形区域,发电机和系统间发生失步振荡时,一旦测量阻抗变化曲线顺序穿过叶形区域的次数达到允许穿越的最大次数时,失步保护即动作,但如果阻抗变化轨迹在穿越失步区域次数不满足动作条件之前已穿进失磁异步圆并停留较长时间时,失磁保护就可能抢先动作。失磁保护除了阻抗判据外还有其他一些判据,其中用于区分失磁和失步故障的判据是失磁保护的转子电压判据。转子电压降低是失磁故障的一个显著特征,但对于无刷励磁机组,转子电压根本无法测得,而对于有刷励磁机组,在失磁保护的几段保护中,可能有1段或2段用户选择不采用转子电压判据,所以单独分析比较失磁和失步保护的阻抗判据还是非常有必要的。 本文研究的失步故障主要是指在发电机有励磁情况下发生的系统振荡,通过对发电机失磁和失步保护的特性进行仔细分析,提出可以协调解决2个保护冲突问题的方法[128]。 1 失磁和失步保护阻抗动作特性分析 111 失磁保护阻抗动作特性 发电机失磁保护主要通过判断测量阻抗的位置是否进入阻抗圆来监测发电机失磁故障,一些辅助 判据包括转子电压、无功反向等。本文主要研究失磁和失步保护的阻抗判据可能存在的冲突,不考虑其他辅助判据的影响。选用异步圆作为失磁保护阻抗圆,当发电机发生失磁故障时,机端电压等级无法维持,发电机输出无功下降,电压和电流的夹角发生变化,电压相位从正常情况下超前电流相位30°左右减小至0°。如果发电机输出无功不能在短时间内提高,发电机就会进入进相运行状态,从系统吸收无功,电压相位变为滞后于电流相位。在此过程中,发电机测量阻抗的变化趋势为从阻抗坐标平面的第一象限逐渐减小,穿过横轴进入第四象限。进入第四象限后的测量阻抗一旦进入设定好的异步阻抗圆,失磁保护经一小的延时就动作。 对于不同机组的不同工况,失磁故障后发电机测量阻抗的变化轨迹是不一样的,但大体趋势相同,大部分都是从阻抗坐标平面的第一象限直接进入第四象限,不穿过第二和第三象限,偶尔也有一些阻抗变化曲线会在进入第四象限后拐进第三象限,但进入第三象限的深度都很小,而且都会很快再返回第四象限。失磁故障后几种阻抗变化趋势如图1所示[1]。图中:a 为失磁保护异步阻抗圆;b 为阻抗圆右半圆中的椭圆区域;曲线1,2,3为具有代表性的失磁阻抗轨迹曲线;曲线1为灭磁开关误动造成失磁的阻抗变化趋势,在失磁后013s ～015s 进入异步圆a ,在015s 以后进入椭圆b ;曲线2为故障前励磁较低(进相运行)造成失磁的阻抗变化趋势,在失磁后012s 前进入异步圆a ,在015s 左右进入椭圆b ;曲线3为故障前轻载、励磁绕组短路造成失磁的阻抗变化趋势,在失磁后3s ～4s 才进入异步圆a ,在415s ～5s 进入椭圆b 。所有失磁情况下的阻抗曲线最终会进入椭圆b [1]。文献[1]中提及用椭圆b 1 6第31卷 第17期 2007年9月10日 Vol.31 No.17 Sept.10,2007发电机失磁跳闸原因分析及防止对策(正式)
发电机振荡或失步时的现象
发电机失磁保护的典型配置方案
发电机保护现象、处理
发电机失步保护介绍
发电机常见故障新版
发电机失磁保护的整定计算
发电机失磁保护介绍
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预防发电机失磁、失步措施
发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调