發(fā)電機(jī)失步保護(hù)介紹.doc

1、發(fā)電機(jī)失步保護(hù)介紹1 概述當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的電動(dòng)勢(shì)以同樣的工頻角頻率旋轉(zhuǎn)，之間的相位差維持不變，發(fā)電機(jī)處于同步穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。如果受到某種干擾，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的電動(dòng)勢(shì)以不同的角頻率旋轉(zhuǎn)，線路兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)相位差不斷變化，此時(shí)稱作發(fā)電機(jī)失步。發(fā)電機(jī)失步后，兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)之間的夾角在0到 360間不斷變化。發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓與電流也呈周期性變化，因此需要對(duì)失步時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗進(jìn)行分析。2 發(fā)電機(jī)失步時(shí)電氣量變化分析發(fā)電機(jī)失步時(shí)電壓、電流變化以發(fā)電機(jī)帶無(wú)窮大系統(tǒng)為例，發(fā)電機(jī)電勢(shì)為Eg，系統(tǒng)側(cè)電勢(shì)為 Es，各回路等值阻抗如圖 1中所示。G?U g?UsSI?E g ?EsU sZgZsZ圖 1

2、發(fā)電機(jī)帶無(wú)窮大系統(tǒng)如圖 1中所示，發(fā)電機(jī)失步前，保護(hù)安裝處為送電端，Eg 超前 ES ，假設(shè)兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)幅值相等，則 EsEge j，夾角由線路傳輸?shù)挠泄β蕸Q定。此時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端電流為：EgEsEg(1 e j)（ 1）IZZ發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為：U Eg I Zg（2）繪制出發(fā)電機(jī)帶無(wú)窮大系統(tǒng)時(shí)對(duì)應(yīng)的相量圖，如圖2所示。事實(shí)上，將式（ 1）帶入式（ 2），則有ZgUEg( EgEs ) Z可以看出，如果系統(tǒng)中各元件的阻抗角都相同的話，系統(tǒng)中各點(diǎn)的電壓相量的端點(diǎn)都落在圖 2中 ( EgEs ) 的相量上。由（1）式知，當(dāng)=180時(shí)， I2EgZ，此時(shí)線路中電流最大，電流在阻抗Z g 上產(chǎn)生的壓降最大

3、，此時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓最低。發(fā)電機(jī)失步時(shí)，系統(tǒng)中電壓最低的一點(diǎn)C，稱作振蕩中心?？稍趫D2中作垂直于( EgEs ) 的相量 Uc ，此點(diǎn)電壓最低，即為振蕩中心。IEg EsEgI Z gUcUgEsO圖 2 發(fā)電機(jī)帶無(wú)窮大系統(tǒng)的相量圖發(fā)電機(jī)失步時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗當(dāng)發(fā)電機(jī)失步時(shí)， 保護(hù)安裝處的電壓與電流幅值與相位都將隨著兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)夾角的變化而變化。因此，反映電壓和電流比值的阻抗繼電器的測(cè)量阻抗幅值和相位也將隨而變化。如果兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)幅值相等，即EgEsE ， 發(fā)電機(jī)出口處測(cè)量阻抗為：ZUgEg I Z gEgZ gEgZ gZZ gIIIE ( 1 e j)1 e jgZ根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系 1 e j2

4、，有1jctg21 jctg2 ZZg ( 1Zg ) j 1 Z ctgZZ（ 3）2222隨著兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)夾角的變化，繼電器測(cè)量阻抗相量端點(diǎn)的變化軌跡畫(huà)在阻抗復(fù)平面上如圖 3中所示，而測(cè)量阻抗相量的起點(diǎn)為保護(hù)安裝坐標(biāo)原點(diǎn)O。圖中， GS為兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)間的總阻抗 Z， 為發(fā)電機(jī)阻抗 Z，為發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間等值阻抗 Z。當(dāng)GOgOSsEE 時(shí)，振蕩中心點(diǎn)位于系統(tǒng)電氣的中點(diǎn)，因此點(diǎn)位于連線的中點(diǎn)處。圖中g(shù)sCCGSmn即為式（ 3）所描述的軌跡jXs180mCPn180ORG圖 3 機(jī)端測(cè)量阻抗相量端點(diǎn)變化軌跡分析圖 3中相量 GP與SP,可知有I? GPI? ZgI ? ZEgI? SPI? Z I

5、? ZSEs因此， SPGP之間的夾角即為發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)電動(dòng)勢(shì)夾角，當(dāng)自0變化至 360時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗端點(diǎn) P由 n沿直線 mn移動(dòng)至 m。另外， Eg / EsGP/ SP，當(dāng) Eg 與 Es幅值不相等時(shí)，測(cè)量阻抗端點(diǎn) P會(huì)離開(kāi) GS中垂線，但仍會(huì)滿足 Eg / EsGP/ SP。取復(fù)平面內(nèi)所有使 SPGP夾角為某一定值set 的點(diǎn)，我們會(huì)得到一個(gè)透鏡曲線，如圖所示。4jXS?mIZs?E sCset0R?I Z gn?I ZUg?GE g圖 4 機(jī)端測(cè)量阻抗透鏡特性當(dāng)發(fā)電機(jī)失步時(shí)，機(jī)端測(cè)量阻抗由n沿直線穿越透鏡至 C點(diǎn)，此時(shí) =180，測(cè)量阻抗最小，振蕩電流最大；穿過(guò)C點(diǎn)至 m，達(dá)到

6、 360完成一次滑差周期。3 南瑞繼保 RCS-985系列發(fā)變組失步保護(hù)判據(jù)RCS-985系列發(fā)變組失步保護(hù)采用如圖6所示動(dòng)作特性。該特性由三部分組成，第一部分是透鏡特性，圖中，它把阻抗平面分為透鏡內(nèi)的部分I 與透鏡外的部分 O。第二部分是遮擋器特性，圖中，它把阻抗平面分成左半部分L與右半部分 R。這兩種透鏡特性的結(jié)合，把阻抗平面分成4個(gè)區(qū) OR、IR 、IL 、 OL，阻抗軌跡順序穿過(guò)四個(gè)區(qū)，并在每個(gè)區(qū)停留時(shí)間大于某一時(shí)限，則保護(hù)判為發(fā)電機(jī)失步振蕩。每順序穿過(guò)一次，保護(hù)滑極次數(shù)加1，達(dá)到整定次數(shù)，保護(hù)動(dòng)作。第三部分為電抗線特性，圖中，它把動(dòng)作區(qū)一分為二，電抗線以上為I 段（ U），電抗線一下

7、為 II 段（ D）。阻抗阻抗軌跡順序穿過(guò)四個(gè)區(qū)時(shí)，位于電抗線以下，則認(rèn)為振蕩中心位于發(fā)變組內(nèi)，位于電抗線以上，則認(rèn)為振蕩中心位于發(fā)變組外，兩種情況下滑極次數(shù)可分別整定。保護(hù)可動(dòng)作于報(bào)警信號(hào)，也可以動(dòng)作于跳閘。失步保護(hù)可以識(shí)別的最小振蕩周期是120ms。圖 5 南瑞發(fā)變組失步保護(hù)動(dòng)作特性4 RCS-985 系列發(fā)變組失步保護(hù)出口邏輯如圖 7所示，為 RCS-985系列發(fā)變組保護(hù)出口邏輯框圖。失步保護(hù)動(dòng)作后，經(jīng)不同的延時(shí)，可分別動(dòng)作于告警和跳閘。圖 6 RCS-985 系列發(fā)變組保護(hù)出口邏輯框圖參考文獻(xiàn)1 天津大學(xué)賀家李、 宋從矩 . 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理第三版 . 北京：中國(guó)電力出版社， .2