失磁保護(講課資料)

1、精心整理低勵、失磁保護應掌握的知識點：1、什么是失磁？2、失磁后，發(fā)電機的運行狀況如何變化？或者說發(fā)電機開始失磁（在未超過靜穩(wěn)極限之前）的現(xiàn)象？3、失磁保護有哪些判據(jù)？（看說明書，先記住這些判據(jù)的名稱，原理可以先不看）4、發(fā)電機失磁對系統(tǒng)和發(fā)電機本身有什么影響？5、發(fā)電機失磁后，機端測量阻抗大致如何變化？（先了解）定義失磁保護，有時候也叫低勵保護。但從更加確切的定義上講，低勵：表示發(fā)電機的勵磁電流低于靜穩(wěn)極限所對應的勵磁電流；（發(fā)電機要向外送這么多有功，必須要有相應的勵磁電流來維持， 勵磁電流太低，連靜穩(wěn)極限都維持不了的時候，就叫低勵。而失磁：表示發(fā)電機完全失去勵磁。發(fā)電機低勵、失磁，是常見的

2、故障形式，特別是大型發(fā)電 機組，勵磁系統(tǒng)的環(huán)節(jié)比較多。增加了發(fā)生低勵、失磁的機會。二、失磁的過程正常運行時，轉子的旋轉磁場，與定子繞組中電流產(chǎn)生的交變磁場，兩者耦合到一起，同步旋轉，轉子磁場起推動力的作用，定子繞組中電流產(chǎn)生的交變磁場起制動力的作用，兩者大小相等， 同步旋轉，把原動機的能量，通過磁場傳到三相系統(tǒng)中去。而低勵、失磁時，轉子中的磁場就減小，最后沒有了，相當于轉子用來推動定子交變磁場旋轉 的磁場減小、甚至沒有了，相當于將“原動機的能量”轉換成“三相交流系統(tǒng)中的電能”的媒介減小、甚至沒有了，那么原動機的能量就只能轉換成轉子的機械能，所以 轉子的轉速要加快。以下為補充：勵磁與有功、機端電

3、壓的關系（純屬個人理解，僅供參考）有功增加了？在機端電壓不變的情況下？定子電流就會增加，定子電流增加的話 ？就會使機端電 壓下降，？為了保持機端電壓的恒定就會增加勵磁電流來穩(wěn)定電壓，勵磁電流只調(diào)節(jié)無功，但無功 和有功要滿足功率圓?？赡軙霈F(xiàn)在無功一定的情況下有功無法調(diào)節(jié)。就是說在有功增加的情況下勵磁電流會變大的有功減小的話勵磁電流也會相應的減小。也就是說，增加勵磁電流，可以增加發(fā)電機輸出的無功Q,也會使發(fā)電機的輸出電壓升高；反之，則相反。而勵磁電流與有功 P之間無必然的聯(lián)系。差不多吧，有功增加會使發(fā)電機產(chǎn)生去磁作用，這個時候發(fā)電機電壓會降低，發(fā)電機會失磁， 無功就要相應的增加精心整理精心整理理

4、論上調(diào)整有功，無功會跟著變化，增加無功，有功不隨著無功變化。單臺發(fā)電機對于無窮大系統(tǒng)而言，發(fā)電機輸出的有功、無功的表達式為如下，式中，各參數(shù)的 定義與上面補充部分的定義相同。但下式成立的條件是xd=xq （此時xdw=xqw）,即對于隱極發(fā)電機，才成立，對于凸極機，不成立。式中，P為發(fā)電機的有功，E0為發(fā)電機的機端電壓；Us為系統(tǒng)電壓，X5為包括發(fā)電機在內(nèi)的 整個系統(tǒng)的電抗，6為轉子磁場與定子繞組的電樞磁場的夾角 （也可理解為機端電壓與無窮大系統(tǒng) 電壓之間的夾角）。對于水輪發(fā)電機：d軸：直軸（橫軸），磁極軸線，轉子上是一個大齒；q軸:交軸（相軸、時軸）,相鄰兩極之間的中心線，都是些小齒。因此，

5、Xd與Xq不可能完全相等，XdXq。發(fā)電機的機端電壓E0與勵磁電流If是成線性關系的，失磁過程中，勵磁電流減小，引起機端 |.zr0.1電壓E0降低（無功功率降低），但是失磁后，由于 轉子轉速加快，6會變大（6的改變比E0的改 變慢），在一定范圍內(nèi)，sin 6變大，cos 6,所以：“機端電壓E0降低”與“sin 6變大”二者是相 互補償?shù)淖饔?，所以在失磁初始階段，有功功率P先減小，后增加，來回波動，但有功 P的平均值 變化不大；而無功功率Q則持續(xù)下降，甚至向系統(tǒng)吸收無功 （E0降低、cos6降低）；由于機端電 壓E0降低（在超過靜穩(wěn)極限后，機端電壓講大幅下降），因此，機端電流I先降低，后面有

6、功P 增加后，I也會回升。具體各電氣參數(shù)如上圖所示。綜上，發(fā)電機開始失磁（在未超過靜穩(wěn)極限之前）的現(xiàn)象如下：無功功率Q在連續(xù)下降，甚至從正值變成負值；機端電壓E0在連續(xù)下降；機端電流I在上升（先下降、后上升）；有功功率P有波動（先下降、后上升），但平均值變化不大。這個時候，發(fā)電機仍能向系統(tǒng)輸送有功 P,但由于無功Q降低，甚至吸收無功，機端電壓要下 降，因此需要本廠其他無故障的機組， 或者其他廠無故障的機組多發(fā)一些無功功率，以維持系統(tǒng)電壓。當功角6 180以后，發(fā)電機完全失步，有功 P已變?yōu)樨撝?，即發(fā)電機吸收有功，發(fā)電機在 系統(tǒng)電壓的作用下，作電動機運轉，定子電樞磁場已不再是對轉子磁場起制動作用

7、，而是和轉子上的原動力矩一起，共同驅使發(fā)電機加速旋轉，很快使6360 ,開始一個新的旋轉周期，發(fā)電機精心整理精心整理輸出的有功功率、無功功率、定子電流、轉子電流和電壓均呈現(xiàn)不同程度的振蕩，但定子機端電壓手系統(tǒng)電壓的牽制，因此波動比較平穩(wěn)。三、失磁后的發(fā)電機機端測量阻抗軌跡以下內(nèi)容針對汽輪發(fā)電機而言：滿負荷穩(wěn)定運行時，發(fā)電機運行在A點，以失磁開始為0s,約5s后無功功率反向，機端測量阻抗軌跡開始進入 -x的第四象限；10s以后，機端測量阻抗軌跡 在C區(qū)擺動；若將有功負荷減到額定功率的 60%則機端測量阻抗軌跡在D區(qū)擺動；若將有功負荷 減到額定功率的40%則機端測量阻抗軌跡穩(wěn)定在 B點附近，失磁機

8、組進入穩(wěn)定異步運行。 1、失磁初始階段（在失去靜態(tài)穩(wěn)定之前）的阻抗軌跡：等有功阻抗圓等有功的概念：前面已經(jīng)分析，在失磁初始階段（在失去靜態(tài)穩(wěn)定之前），發(fā)電機有功功率P雖然在波動，但其平均值差不多是不變的，因此叫 等有功?，F(xiàn)在就假定輸出有功功率P （這里用Ps表示）基本不變，來分析機端測量阻抗 Z的軌跡。失磁初始階段（在失去靜態(tài)穩(wěn)定之前）的阻抗軌跡就是等有功圓，靜穩(wěn)極限破壞之后，阻抗軌|.zr0.1跡才偏離等有功圓進入第三、四象限。圖6-3-3給我們的啟發(fā)：如果失磁發(fā)電機與無窮大 系統(tǒng)的連接電抗Xs越大（即發(fā)電廠與系統(tǒng)聯(lián)系很薄弱，遠離系統(tǒng) 中心），則等有功圓就要沿著jx軸往上偏移，因此失磁后的機

9、端測量阻抗軌跡也整體往上偏移，即位于阻抗平面的上部區(qū)域，就不容易進入第三、第四象限，而失磁阻抗圓的動作區(qū)在第三、第四象限，所以此時失磁保護可能拒動。失磁以前，發(fā)電機帶的有功Ps越大，則失磁后機端測量阻抗軌跡圓的圓心越靠近原點（從 式6-6-3a可知），失磁后的機端測量阻抗軌跡（即等有功圓）越小，同理，就不容易進入第三、第 四象限，而失磁阻抗圓的動作區(qū)在第三、第四象限，所以此時失磁保護可能拒動。2、靜穩(wěn)極限阻抗圓補充：對于汽輪機的靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓，上面為 Xs （系統(tǒng)聯(lián)系電抗，或者叫發(fā)電機與 無窮大系統(tǒng)的連接電抗），下面為-Xd,以它們?yōu)橹睆剿鞯膱A。機端測量阻抗軌跡進入該圓，表示 這臺發(fā)

10、電機的靜穩(wěn)極限破壞了。等有功圓與靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓是相交的，剛一開始失磁，機 端測量阻抗軌跡就有可能沿著等有功圓進入靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓，因此，靜穩(wěn)極限（邊界）阻 抗圓的動作區(qū)域較大，比異步邊界阻抗圓更靈敏，靜穩(wěn)極限剛剛被破壞，保護就動作了。但是，對于汽輪機的靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓，其動作區(qū)域它包括了所有象限，第四象限是同 步發(fā)電機失磁應該動作的區(qū)域，第三象限是同步電動機失磁應該動作的區(qū)域。而在第一、二象限， 除了失磁保護會動作外，短路故障也會動作，因此，為了防止短路時靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓誤動，從第二象限到第四象限劃一根直線，弄成一個方向阻抗繼電器。如P303,圖6-4-5所示。而在我

11、國，為了防止短路時靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓誤動，就把 Xs移到零點，即機端，以零 點和-Xd為弦，以靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓為基礎，畫一個 蘋果圓，讓這個蘋果圓盡可能的跟理論 上的靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓靠攏。我們把這個蘋果園叫：準靜穩(wěn)極限阻抗圓。如 P304所講。無論是靜穩(wěn)極限阻抗圓，還是異步邊界阻抗圓，阻抗繼電器不僅是在失磁的時候才動作，在系統(tǒng)振蕩、PT斷線以及發(fā)電機從機端到高壓系統(tǒng)發(fā)生相問短路、接地短路（經(jīng)過渡電阻短路，過渡 電阻達到一定數(shù)值）時，這些阻抗圓可能會誤動。所以阻抗圓也要和“勵磁低電壓”等判據(jù)相配合 使用，即進入阻抗圓之后，要“勵磁電壓低于整定值”之后，才動作。若是系統(tǒng)短路，為了維

12、持系 統(tǒng)穩(wěn)定，勵磁系統(tǒng)會自動將勵磁加大，此時進入阻抗圓之后，由于“勵磁低電壓”等判據(jù)不滿足， 失磁保護也不會動作。詳見金安橋的“靜穩(wěn)極限勵磁電壓U（P）fd主判據(jù)” 金安橋失磁保護的幾個判據(jù)1、靜穩(wěn)極限勵磁電壓U（P）fd主判據(jù)| .z x.1若定子機端電勢E0用定子的額定電壓作為基準值，再計算它的標幺值；而轉子電壓U1的基準值為發(fā)電機空載的額定勵磁電壓， 則定子機端電勢E0的標幺值，就等于 轉子電壓U1的標幺值，那么從標幺值來說，E0就是轉子電壓，故有功P即為轉子電壓乘以無窮大 母線電壓，再比上同步電抗。所以，發(fā)電機要發(fā)出某一數(shù)量的有功 P,就必須要有一定數(shù)量的勵磁電壓 E0 （轉子電壓，它

13、們 的標幺值相等）來維持，換句話，發(fā)電機要送某一數(shù)量的有功功率 P,且系統(tǒng)要維持靜穩(wěn)極限，那 么必須要有的那個轉子電壓就能確定下來。轉子電壓的標幺值，與有功P成一個線性關系。故，用轉子低電壓作為判據(jù)時，轉子低電壓的定值是隨著有功功率的變化而變化的。不同的有功功率，維持靜穩(wěn)極限所需的轉子電壓就有不同的定值。（但這是從穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下來說的，而在暫態(tài)過程中，這個線性關系不成立）該判據(jù)的優(yōu)點是：凡是能導致失步的失磁初始階段，由于 Ufd快速降低，U（P）fd判據(jù)可快速 動作；在通常工況下失磁，U（P）fd判據(jù)動作大約比靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)動作提前 1秒鐘以上，有預 測失磁失步的功能，顯著提高機組壓出力或切換

14、勵磁的效果。5.6.2定勵磁低電壓輔助判據(jù)為了保證在機組空載運行及 PtP的輕載運行情況下失磁時保護能可靠動作，或為了全失磁及嚴重 部分失磁時保護能較快出口，附加裝設整定值為固定值的勵磁低電壓判據(jù)，簡稱為“定勵磁低電壓 判據(jù)”，其動作方程為：精心整理精心整理金安橋失磁保護跳閘清冊:靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)滿足后，至少延時11.5s發(fā)失磁信號、壓出力或跳閘，延時11.5s的原因 是躲開系統(tǒng)振蕩。扇形與R軸的夾角10 15為了躲開發(fā)電機出口經(jīng)過渡電阻的相間短路，以及 躲開發(fā)電機正常進相運行。5.6.4 穩(wěn)態(tài)異步邊界阻抗判據(jù)發(fā)電機發(fā)生凡是能導致失步的失磁后， 總是先到達靜穩(wěn)邊界，然后轉入異步運行，進而穩(wěn)態(tài)異

15、 步運行。該判據(jù)的動作圓為下拋圓，它匹配發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)異步邊界圓。特性曲線見圖5-6-4。5.6.5 主變高壓側三相同時低電壓判據(jù)發(fā)電機失磁后，可能引起主變高壓側（系統(tǒng)）電壓降低，引發(fā)局部電網(wǎng)電壓崩潰，因此，在失磁 保護配置方案中，應有“三相同時低電壓”判據(jù)。為防止該判據(jù)誤動，該判據(jù)應與其它輔助判據(jù)組 成“與”門出口。此判據(jù)主要判斷失磁的發(fā)電機對系統(tǒng)電壓（母線電壓）的影響。 | 1五、觀音巖所用的南瑞PCS-985GWW：電機保護中，失磁保護有哪些判據(jù)？它們各有什么作用？適用 于哪些場合？答：母線（機端）低電壓判據(jù)：該判據(jù)用于保護電力系統(tǒng)不被失磁故障的發(fā)電機拖垮，是一 個保系統(tǒng)的判據(jù)；適用于系統(tǒng)

16、無功儲備不足時，遠離負荷中心、與系統(tǒng)聯(lián)系比較薄弱的發(fā)電廠建設 初期，或枯水運行季節(jié)的時候。定子阻抗判據(jù)，包括靜穩(wěn)極限阻抗圓、 異步邊界阻抗圓：該判據(jù)為失磁故障的主判據(jù)，用于 判別發(fā)電機的低勵失磁故障，延時動作于信號或出口；其中靜穩(wěn)極限阻抗圓適用于“遠離負荷中心， 與系統(tǒng)聯(lián)系薄弱，系統(tǒng)等值阻抗大”的發(fā)電廠，而異步邊界阻抗圓適用于“在負荷中心，與系統(tǒng)聯(lián) 系緊密，系統(tǒng)等值阻抗小”的發(fā)電廠。轉子側判據(jù)，包括轉子低電壓判據(jù)、發(fā)電機的變勵磁電壓判據(jù)（也叫靜穩(wěn)極限勵磁電壓判據(jù)）： 由于在能導致失步的失磁初始階段，該判據(jù)能快速動作；在通常工況下比定子抗判據(jù)動作提前1s以上，因此有預測失磁失步的功能，顯著提高機

17、組減出力或切換勵磁的效果；適用于在系統(tǒng)振蕩、 PT斷線以及發(fā)電機從機端到高壓系統(tǒng)發(fā)生相問短路、接地短路（經(jīng)過渡電阻短路，過渡電阻達到 一定數(shù)值）時，與定子阻抗判據(jù)配合使用，防止定子阻抗判據(jù)單獨使用時誤動作。無功反向判據(jù)：該判據(jù)用于反映失磁過程中發(fā)電機向系統(tǒng)倒吸無功，導致系統(tǒng)電壓下降，用于與其他失磁判據(jù)相配合，完善失磁保護的功能，增加失磁保護動作的可靠性。六、發(fā)電機失磁對發(fā)電機、系統(tǒng)的影響發(fā)電機失磁對系統(tǒng)和發(fā)電機本身有什么影響？汽輪發(fā)電機允許失磁運行的條件是什么？（高級精心整理技師)答：發(fā)電機失磁對系統(tǒng)的影響：(1)發(fā)電機失磁后，不但不能向系統(tǒng)送出無功功率，而且還要從系統(tǒng)中吸收無功功率，將造 成

18、系統(tǒng)電壓下降。(2)為了供給失磁發(fā)電機無功功率，可能造成系統(tǒng)中其他發(fā)電機過電流。 發(fā)電機失磁對發(fā)電機自身的影響：(1)發(fā)電機失磁后，轉子和定子磁場之間出現(xiàn)了速度差，則在轉子回路中感應出轉差頻率的 電流，引起轉子局部過熱。(2)發(fā)電機受交變的異步電磁力矩的沖擊而發(fā)生振動，轉差率愈大，振動也愈大。 汽輪發(fā)電機允許失磁運行的條件是：(1)系統(tǒng)有足夠供給發(fā)電機失磁運行的無功功率，以不至于造成系統(tǒng)電壓嚴重下降為限。(2)降低發(fā)電機有功功率的輸出，使之能在很小的轉差下，在允許的一段時間內(nèi)異步運行。|x,|1即發(fā)電機應在較小的有功功率下失磁運行，使之不至于造成危害發(fā)電機轉子的發(fā)熱和振動。七、幾道技能鑒定的習題大型發(fā)電機失磁保護，在什么情況下采用異步邊界阻抗圓？又在什么情況下采用靜穩(wěn)極限阻抗 圓？說明理由。(技師)答：在負荷中心，系統(tǒng)等值