發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上發(fā)電機(jī)失磁微機(jī)保護(hù)的研究摘要:介紹了現(xiàn)階段的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)裝置、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的4種主要判據(jù)，并針對(duì)阻抗段和低電壓判據(jù)延時(shí)較長(zhǎng)的不足,提出利用發(fā)電機(jī)功率變化量作為失磁保護(hù)輔助加速判據(jù)。還研究了失磁保護(hù)方案存在的問題，針對(duì)相應(yīng)的問題提出微機(jī)失磁保護(hù)新方案，并對(duì)新方案進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞:失磁保護(hù)；失磁保護(hù)判據(jù)；功率變化量；輔助加速判據(jù)；微機(jī)失磁保護(hù)新方案。0 引言中國(guó)歷年來的發(fā)電機(jī)失磁故障率都比較高,因而,發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)受到廣泛重視。近年來,國(guó)內(nèi)在發(fā)電機(jī)失勵(lì)磁分析和試驗(yàn)方面做了很多工作,取得了很大的成績(jī)。在失磁保護(hù)裝置方面也已經(jīng)開發(fā)出了多種型號(hào)的裝置,其性能基本滿足了電力

2、系統(tǒng)的要求?，F(xiàn)階段新型微機(jī)失磁保護(hù)判據(jù)組合及作用結(jié)果包括如下四方面的內(nèi)容：a.失磁保護(hù)段:定子阻抗判據(jù)、轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)、變勵(lì)磁轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)、功率判據(jù)和無功反向判據(jù)組合。失磁保護(hù)段投入,發(fā)電機(jī)失磁時(shí),0.5 s降出力；b.失磁保護(hù)段:系統(tǒng)低電壓判據(jù)、定子阻抗判據(jù)、轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)、變勵(lì)磁轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)和無功反向判據(jù)組合。失磁保護(hù)段投入,發(fā)電機(jī)失磁時(shí), 系統(tǒng)電壓低于整定值,延時(shí)0.8 s動(dòng)作切發(fā)變組主斷路器、滅磁斷路器、廠用電源斷路器及勵(lì)磁系統(tǒng)各斷路器；c.失磁保護(hù)段:定子阻抗判據(jù)、轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)、變勵(lì)磁轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)和無功反向判據(jù)組合。失磁保護(hù)段保護(hù)投入,發(fā)電機(jī)失磁后,延時(shí)1.5 s,動(dòng)作于“報(bào)警”,

3、也可動(dòng)作于“切換備用勵(lì)磁”,或者動(dòng)作于“跳閘”,有3種狀態(tài)供選擇；d.失磁保護(hù)段:定子阻抗判據(jù)和無功反向判據(jù)組合。失磁保護(hù)段為長(zhǎng)延時(shí)段,只判斷定子阻抗判據(jù),在減出力、切換備用勵(lì)磁無效的情況下,5 min動(dòng)作于“跳閘”。1 發(fā)電機(jī)失磁后的基本物理過程及產(chǎn)生的影響發(fā)電機(jī)失磁故障是指發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁突然消失或部分消失。對(duì)于失磁的原因有：轉(zhuǎn)子繞組故障、勵(lì)磁機(jī)故障、自動(dòng)滅磁開關(guān)誤跳閘、及回路發(fā)生故障等。當(dāng)發(fā)電機(jī)完全失去勵(lì)磁時(shí)，勵(lì)磁電流將逐漸衰減至零。由于發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)Ed 隨著勵(lì)磁電流的減小而減小，因此，其勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩也將小于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，因此引起轉(zhuǎn)子加速，使發(fā)電機(jī)的功角增大。當(dāng)超過靜態(tài)穩(wěn)定極限角時(shí)，發(fā)電機(jī)與

4、系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機(jī)失磁后將從系統(tǒng)中吸取感性無功供給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，在定子繞組中感應(yīng)出電勢(shì)。在發(fā)電機(jī)超過同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應(yīng)出頻率為fffs（fs為系統(tǒng)頻率、ff為發(fā)電機(jī)頻率）的電流，此電流產(chǎn)生異步制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)異步轉(zhuǎn)矩與原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡時(shí)，即進(jìn)入穩(wěn)定的異步運(yùn)行。當(dāng)發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行時(shí)，將對(duì)發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的應(yīng)影響。需要從系統(tǒng)中吸收很大的無功功率以建立發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)。由于從電力系統(tǒng)中吸收無功功率將引起電力系統(tǒng)的電壓下降，如果電力系統(tǒng)的容量較小或無功儲(chǔ)備不足，則可能使失磁的發(fā)電機(jī)端電壓、升壓變壓器高壓側(cè)的母線電壓、及其它的臨近點(diǎn)的電壓低于允許值，從而破壞了負(fù)荷與電源間的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至引起電

5、壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。由于失磁發(fā)電機(jī)吸收了大量的無功功率，因此為了防止其定子繞組的過電流，發(fā)電機(jī)所發(fā)的有功功率將減少。失磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，因此，在轉(zhuǎn)子及勵(lì)磁回路中將產(chǎn)生頻率為fffs的交流電流，因而形成附加的損耗，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁回路過熱。對(duì)于水輪機(jī)，其異步功率較小，必須在較大的轉(zhuǎn)差下運(yùn)行，才能發(fā)出較大的功率。由于水輪機(jī)的調(diào)速器不夠靈敏，時(shí)滯大，乃至可能在功率未達(dá)到平衡時(shí)就以超速，使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列。其同步電抗較小，異步運(yùn)行時(shí)，則需要從電網(wǎng)吸收大量的無功功率。其縱軸和橫軸不對(duì)稱，異步運(yùn)行時(shí)，機(jī)組震動(dòng)較大等因素的影響，因此發(fā)電機(jī)不允許失磁。因此必須加裝失磁保護(hù)。2 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)判據(jù)發(fā)

6、電機(jī)失磁后, 轉(zhuǎn)子出現(xiàn)轉(zhuǎn)差, 在轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流, 定子電流增大, 定子電壓下降, 有功功率下降, 無功功率反向并增大( 指非進(jìn)相運(yùn)行時(shí)), 在一定條件下, 發(fā)電機(jī)失磁故障將破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)判據(jù)就是根據(jù)這些電氣量變化而設(shè)立的, 現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。2.1 定子側(cè)阻抗判據(jù)定子阻抗判據(jù)有靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)和異步邊界阻抗判據(jù)2種。靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)是根據(jù)發(fā)電機(jī)失去靜穩(wěn)時(shí)機(jī)端阻抗的變化軌跡而設(shè)立的, 異步邊界阻抗判據(jù)是根據(jù)發(fā)電機(jī)失磁后轉(zhuǎn)入穩(wěn)定異步運(yùn)行時(shí)機(jī)端阻抗的變化軌跡而設(shè)立的, 動(dòng)作時(shí)間比較晚1。靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)異步邊界阻抗判據(jù)動(dòng)作區(qū)域都為圓, 如圖 1 所示。 圖1 阻

7、抗判據(jù)動(dòng)作特性圖綜合考慮振蕩等因素，采用改進(jìn)的兩段阻抗判據(jù)。阻抗段的特性見圖2。該圓距原點(diǎn)的距離為xd/2,圓直徑為標(biāo)幺值1.0,本阻抗圓較國(guó)內(nèi)常用的異步阻抗邊界圓小2,僅需帶短延時(shí)躲過振蕩。 圖2 阻抗段的特性阻抗段的特性見圖3。阻抗圓由靜穩(wěn)極限圓切去無用或可能引起誤動(dòng)的部分構(gòu)成3。系統(tǒng)振時(shí),阻抗軌跡可能較長(zhǎng)時(shí)間在段動(dòng)作區(qū)內(nèi),因此,應(yīng)帶較長(zhǎng)延時(shí)躲過振蕩。 圖3阻抗段的特性2.2 轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)也是根據(jù)發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)邊界而設(shè)計(jì)的, 包括等勵(lì)磁電壓判據(jù)和變勵(lì)磁電壓判據(jù)。等勵(lì)磁電壓判據(jù)動(dòng)作電壓值為定值, 一般為額定空載勵(lì)磁電壓的 80 %。變勵(lì)磁電壓判據(jù)的動(dòng)作電壓值隨發(fā)電機(jī)輸出的有功功率

8、變化而改變4。2.3 三相同時(shí)低壓判據(jù)與過功率判據(jù)三相同時(shí)低壓判據(jù)分為主變高壓側(cè)三相低壓判據(jù)和機(jī)端三相低壓判據(jù)。主變高壓側(cè)三相低壓判據(jù)防止發(fā)電機(jī)失磁故障造成高壓母線電壓的嚴(yán)重下降, 導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞, 動(dòng)作電壓取為母線額定電壓的 80 %85 %。機(jī)端三相防止發(fā)電機(jī)失磁故障造成電廠輔機(jī)不能正常工作, 動(dòng)作電壓一般取為發(fā)電機(jī)額定電壓的 80% 。低電壓保護(hù)是阻抗,段的補(bǔ)充。當(dāng)在xs很大且送出的有功很大的情況下失磁時(shí),阻抗,段可能動(dòng)作緩慢,甚至拒動(dòng),低電壓保護(hù)則可以快速動(dòng)作。為防止振蕩和外部故障時(shí)誤動(dòng),低電壓保護(hù)要帶較長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作5。過功率判據(jù)監(jiān)視發(fā)電機(jī)輸出的有功功率, 若有功功率大于一定值, 則

9、降低發(fā)電機(jī)輸出的有功功率。減小水輪發(fā)電機(jī)輸出的有功功率可防止水輪發(fā)電機(jī)因失磁故障而失步, 減小汽輪發(fā)電機(jī)輸出的有功功率則有可能將異步運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)拉入同步。2.4低勵(lì)磁電流判據(jù)當(dāng)勵(lì)磁電流很低時(shí),由于轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)磁路不飽和,由護(hù)環(huán)垂直進(jìn)入定子端部疊片的磁通較多,產(chǎn)生很大的渦流,引起定子端部局部過熱,在圖3所示的PQ圖中,低勵(lì)磁電流保護(hù)的動(dòng)作區(qū)在直線下方,動(dòng)作條件可以表示為Q<-Q0+kP。 圖4低勵(lì)磁電流保護(hù)特性3失磁保護(hù)輔助加速保護(hù)3.1 失磁保護(hù)輔助加速判據(jù)上述4種主保護(hù)已構(gòu)成較為完善的失磁保護(hù),但阻抗段和低電壓保護(hù)要帶較長(zhǎng)延時(shí)以躲過振蕩和閉鎖。為了增強(qiáng)這2種主判據(jù)的靈敏度,建議用發(fā)電機(jī)

10、功率變化量構(gòu)成失磁保護(hù)輔助加速判據(jù),并將輔助判據(jù)分為啟動(dòng)判據(jù)和閉鎖判據(jù)2類。啟動(dòng)判據(jù)為: (1) (2)式中:Q和P分別為發(fā)電機(jī)送出的無功和有功功率；為額定無功功率；k為比例系數(shù)，根據(jù)時(shí)間間隔t的長(zhǎng)短而定。發(fā)電機(jī)送出的無功和有功功率各分別為: (3) (4)下面分析幾種情況下啟動(dòng)判據(jù)能否正確判斷。1)正常運(yùn)行中失勵(lì)磁。由于Eg迅速下降和增大，開始時(shí)送出的Q迅速下降,繼而Q反相且不斷增大,直至=180°，式(1)恒成立。由于Eg快速下降,由式(4)輸出有功功率開始降低，然后隨著增大，P短時(shí)間內(nèi)增大,因慣性作用可能超過原始有功功率,然后逐漸下降。大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，在原始有功功率較大、勵(lì)磁

11、電壓下降較快的情況下，初始有功功率下降的時(shí)間不小于100 ms，其他失磁情況的初始100 ms內(nèi)，有功功率也不會(huì)增加,因此,式(2)也滿足。2)緩慢降低勵(lì)磁。為保持輸出有功功率不變，緩慢增大,由于Q降低很慢，不能滿足式(1)。但在=90°后,由式(4)，P開始減小，剩余功率使轉(zhuǎn)子加速；由式(3),增大使Q快速下降，可使式(1)得到滿足,同時(shí)式(2)也滿足,起動(dòng)判據(jù)成立。但式(1)的動(dòng)作靈敏度可能不夠,根據(jù)整定情況而定。3)系統(tǒng)中的擾動(dòng)或快速負(fù)荷變動(dòng)引起振蕩。如果逐漸增大，由式(3)可推斷Q會(huì)減小,導(dǎo)致式(1)成立。但由式(4)又可推斷P會(huì)增大,導(dǎo)致式(2)不成立。如果逐漸減小,開始時(shí)

12、Q增大。但在=0°后,Q開始減小,式(1)成立,但同時(shí)P的絕對(duì)值增大,導(dǎo)致式(2)不成立。由于在整個(gè)振蕩周期中存在式(1)和式(2)同時(shí)成立的區(qū)域(如90°180°),因此,應(yīng)在式(1)成立之初即固定整個(gè)啟動(dòng)判據(jù)的狀態(tài)。閉鎖判據(jù)主要采用負(fù)序電壓U2，在U2存在期間及U2消失后一定時(shí)間內(nèi)閉鎖整套失磁保護(hù)。這樣就可在系統(tǒng)短路過程中、短路故障切除后的振蕩中及電壓互感器回路斷線時(shí)閉鎖全套保護(hù)。3.2 失磁保護(hù)輔助加速判據(jù)的微機(jī)實(shí)現(xiàn)所研制的微機(jī)保護(hù)裝置中央處理器(CPU)板硬件主要由32位數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)及14位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成,每工頻周期采樣24點(diǎn)。裝置采集發(fā)電機(jī)

13、機(jī)端三相電壓和三相電流,計(jì)算出每一采樣間隔發(fā)電機(jī)的有功功率Pk、無功功率Qk和負(fù)序電壓U2,k,然后分別計(jì)算出變化量: (5) (6) (7)式中:為當(dāng)前采樣間隔算出的有功功率;為超前當(dāng)前n個(gè)采樣間隔算出的有功功率;為當(dāng)前采樣間隔算出的無功功率;為超前當(dāng)前n個(gè)采樣間隔算出的無功功率;為當(dāng)前采樣間隔算出的機(jī)端負(fù)序電壓;為超前當(dāng)前n個(gè)采樣間隔算出的機(jī)端負(fù)序電壓。對(duì)于失磁保護(hù)阻抗段及低電壓2種主判據(jù)延時(shí)較長(zhǎng)的情況,可以利用如下輔助加速判據(jù): (8) (9)式中:為整定門檻,一般取0.030.08倍的發(fā)電機(jī)額定功率。當(dāng)式(8)和式(9)同時(shí)成立時(shí),判為失勵(lì)磁加速狀態(tài),此時(shí)如果失磁阻抗軌跡進(jìn)入阻抗邊界圓

14、,失磁保護(hù)將加速動(dòng)作,從而保證失磁保護(hù)的靈敏性。對(duì)于失磁保護(hù)阻抗段及低電壓2種主判據(jù),在某些非失磁故障時(shí),也可能在短時(shí)間內(nèi)使得發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗進(jìn)入阻抗段或滿足低電壓保護(hù)動(dòng)作條件,從而引起失磁保護(hù)誤動(dòng)。對(duì)于這種情況,采用以下輔助判據(jù): (10)式中:為整定門檻,一般取0.040.10倍的發(fā)電機(jī)額定電壓。當(dāng)式(10)成立時(shí),判為非失磁故障及故障后的振蕩,從而閉鎖失磁保護(hù)輔助加速判據(jù)以避免誤動(dòng)。4 失磁保護(hù)方案存在問題及分析不同的失磁保護(hù)方案有不同的缺陷, 現(xiàn)對(duì)其中的幾個(gè)主要缺陷進(jìn)行分析。a. 隨著系統(tǒng)容量的不斷增大和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的不斷增強(qiáng), 系統(tǒng)的無功備用容量的增加, 中小型發(fā)電機(jī)的容量較小, 因失

15、磁故障導(dǎo)致系統(tǒng)電壓崩潰的可能性比較小, 對(duì)于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案采用主變高壓側(cè)低電壓判據(jù)作為保護(hù)的主判據(jù)拒動(dòng)的可能性越來越大6。b. 機(jī)端定子阻抗判據(jù)是通過發(fā)電機(jī)機(jī)端感受阻抗判斷發(fā)電機(jī)的失磁故障。由于靜穩(wěn)圓存在一、二象限的動(dòng)作區(qū), 在進(jìn)相運(yùn)行較深時(shí)容易誤動(dòng); 水輪機(jī)組因凸極功率的存在而使異步運(yùn)行時(shí)機(jī)組振動(dòng)較大,不能在異步狀態(tài)下運(yùn)行, 不宜選用異步邊界阻抗判據(jù); 另外, 系統(tǒng)容量比較小, 發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)聯(lián)系薄弱,發(fā)電機(jī)發(fā)生失磁后, 機(jī)端阻抗曲線進(jìn)入異步圓的時(shí)間較晚, 其他后備保護(hù)可能會(huì)先期誤動(dòng)作, 從而造成保護(hù)的混亂。c. 對(duì)于水輪發(fā)電機(jī), 失磁后減小發(fā)電機(jī)輸出的有功功率有可能防止水輪發(fā)電機(jī)失步;

16、而對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī), 允許異步運(yùn)行一段時(shí)間, 在失磁異步運(yùn)行期間, 通過采取一定的措施有可能將異步運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)拉入同步。而國(guó)內(nèi)有些中小型發(fā)電機(jī)組根本就不投入失磁保護(hù)后的過功率判據(jù), 造成發(fā)電機(jī)沒必要的停機(jī)。d. 轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)以勵(lì)磁電壓為動(dòng)作量。勵(lì)磁電壓變化的幅度較大, 在系統(tǒng)振蕩、短路故障的過程中, 勵(lì)磁電壓的交流分量與直流分量的迭加而使勵(lì)磁電壓值很低, 發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁電壓也很低, 而且對(duì)于無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓不直接引出,因此對(duì)于轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)作為發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的主判據(jù)就會(huì)存在種種問題。而有些將轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)作為輔助判據(jù)的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù), 采用的是等勵(lì)磁電壓判據(jù), 該判據(jù)可保證發(fā)

17、電機(jī)在空載及輕載運(yùn)行情況下失磁時(shí)保護(hù)能可靠動(dòng)作, 但在重負(fù)荷時(shí)可能拒動(dòng), 在輕負(fù)荷下進(jìn)相運(yùn)行時(shí)可能誤動(dòng)。圖5 為一種典型的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案的邏輯框圖。這種保護(hù)方案雖然達(dá)到了簡(jiǎn)化的目的, 但存在著不合理之處, 如系統(tǒng)低電壓判據(jù)容易導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的誤動(dòng), 不采用過功率判據(jù)則會(huì)造成發(fā)電機(jī)沒必要的停機(jī), 對(duì)于外部短路和系統(tǒng)振蕩等非低勵(lì)失磁工況下失磁保護(hù)容易誤動(dòng)等。圖5 典型簡(jiǎn)化的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)邏輯框圖另一種目前典型的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案邏輯框圖如圖6 所示, 這種失磁保護(hù)方案配置較合理, 但也存在一些問題, 例如, 有些水輪發(fā)電機(jī)選擇異步阻抗判據(jù), 將造成水輪發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行; 轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)采用等

18、勵(lì)磁電壓判據(jù), 將造成發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)容易誤動(dòng); 外部短路、系統(tǒng)振蕩以及發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行等非低勵(lì)失磁工況下, 機(jī)端測(cè)量阻抗有可能進(jìn)入定子阻抗判據(jù)的動(dòng)作區(qū)域而使失磁保護(hù)誤動(dòng)等。圖6 典型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)邏輯框圖5 微機(jī)失磁保護(hù)新方案根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的不同需求，本文提出了3種失磁保護(hù)方案供用戶選配:方案1為具有自動(dòng)減負(fù)載的失磁保護(hù)方案；方案2適用一于轉(zhuǎn)子電壓無法接人的失磁保護(hù)方案；方案3適用于水輪發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案；方案4適用于中小型發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)方案。5.1 自動(dòng)減載失磁保護(hù)方案方案1如圖7所示勵(lì)磁電壓定值視機(jī)組的實(shí)際情況進(jìn)行整定，一般取0.8其中為發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電壓值。當(dāng)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，可適當(dāng)降低定值;當(dāng)

19、重載運(yùn)行時(shí)，為快速切除部分失磁跳閘的發(fā)電機(jī)，可適當(dāng)提高定值。圖7 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案15.2 轉(zhuǎn)子電壓無法接入的失磁保護(hù)方案方案2如圖8所示，阻抗特性按照異步阻抗圓進(jìn)行整定。其他定值同方案l。犯延時(shí)按大于T5整定。圖8 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案25.3 適用于水輪發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)方案方案3如圖9所示。勵(lì)磁電壓定值視機(jī)組的實(shí)際情況整定，一般取0.8，也可適當(dāng)提高整定值，只要滿足低負(fù)載時(shí)有足夠的可靠系數(shù)不動(dòng)作;當(dāng)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，應(yīng)低于進(jìn)相運(yùn)行的勵(lì)磁電壓。作為逆無功元件的閉鎖措施，整定。圖9 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案3增加阻抗長(zhǎng)延時(shí)判據(jù)主要考慮當(dāng)勵(lì)磁繞組內(nèi)部開路，而勵(lì)磁電壓又沒有下降的失磁故障，此時(shí)靠阻抗元件和逆無

20、功元件經(jīng)延時(shí)T6跳閘。阻抗判據(jù)長(zhǎng)延時(shí)的阻抗元件按照異步阻抗圓整定，跳閘延時(shí)T6按照失磁后允許異步運(yùn)行時(shí)間整定，對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)一般整定為2一5min。這種低勵(lì)、失磁保護(hù)新方案有以下功能特點(diǎn):具有檢測(cè)機(jī)組靜穩(wěn)邊界的功能或檢測(cè)機(jī)組穩(wěn)態(tài)異步邊界的功能。具有檢測(cè)系統(tǒng)電壓崩潰的功能及機(jī)端電壓能否維持帶廠用電的功能。具有檢測(cè)不同負(fù)荷下各種全失磁和部分失磁的功能。保證機(jī)組正常進(jìn)相運(yùn)行時(shí)不誤動(dòng)。根據(jù)不同的失磁情況發(fā)出信號(hào)、減出力、切換廠用、切換勵(lì)磁、解列或全停。系統(tǒng)振蕩時(shí)不誤動(dòng)。系統(tǒng)振蕩、故障及故障切除過程中不誤動(dòng)。5.4 適用于中小型發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)方案5.4.1 定子側(cè)阻抗判據(jù)定子側(cè)阻抗判據(jù)可根據(jù)不同情況選

21、擇靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)還是異步邊界阻抗判據(jù)。如果選擇靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù), 可附加直線阻抗判據(jù), 直線阻抗判據(jù)可防止發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行或外部短路時(shí)誤動(dòng)作7。圖 4為定子側(cè)阻抗判據(jù)動(dòng)作特性圖, 其中, 靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)與直線阻抗判據(jù)組成的定子阻抗判據(jù)動(dòng)作區(qū)為靜 穩(wěn) 圓 內(nèi) 直線 1 和直線 2 下面 的扇形區(qū)域, 直線 1 與直線 2 與橫軸的夾角 為10°15°。圖10 定子側(cè)阻抗判據(jù)定子阻抗判據(jù)的邏輯框圖如圖11所示。通過阻抗判據(jù)選擇控制字選擇靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)或異步邊界阻抗判據(jù), 然后與直線阻抗判據(jù)進(jìn)行邏輯與組成定子側(cè)阻抗判據(jù)。圖11 定子阻抗判據(jù)邏輯框圖5.4.2 轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)變

22、勵(lì)磁電壓判據(jù)根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出有功功率的變化而改變動(dòng)作電壓的大小, 能夠克服等勵(lì)磁電壓判據(jù)誤動(dòng)的問題。變勵(lì)磁電壓動(dòng)作判據(jù)為 ( 11)式中 Uf為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓; P 為發(fā)電機(jī)有功功率; Pt為發(fā)電機(jī)凸極功率; K 為變勵(lì)磁電壓判據(jù)系數(shù)。為使 P <Pt等輕載或空載情況下保護(hù)能可靠動(dòng)作, 附加等勵(lì)磁電壓判據(jù)8。圖12為轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)動(dòng)作特性圖.圖12 轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)動(dòng)作特性圖5.4.3 負(fù)序電流閉鎖判據(jù)當(dāng)外部發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí), 機(jī)端阻抗曲線有可能進(jìn)入定子側(cè)阻抗判據(jù)的動(dòng)作區(qū)域, 而且短路時(shí), 故障電流中的直流分量可在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出交流勵(lì)磁電壓, 可能使轉(zhuǎn)子低電壓保護(hù)誤動(dòng)9。外部發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí),

23、機(jī)端電流會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)序分量, 而失磁故障時(shí), 產(chǎn)生的負(fù)序分量較小,設(shè)置負(fù)序電流閉鎖判據(jù)可防止外部發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)失磁保護(hù)誤動(dòng)作10。負(fù)序電流閉鎖判據(jù)為 (12)式中為負(fù)序電流;為負(fù)序電流整定值。5.4.4 基于中小型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案依據(jù)以上改進(jìn)后的失磁保護(hù)判據(jù), 本文提出一種中小型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案, 其邏輯框圖見圖13。 圖13 失磁保護(hù)綜合判據(jù)邏輯框圖圖中, 當(dāng)定子側(cè)阻抗判據(jù)滿足且延時(shí) t0后或轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)和定子阻抗判據(jù)均滿足時(shí), 表明發(fā)電機(jī)已失磁, 經(jīng)延時(shí) t1發(fā)出報(bào)警信號(hào), 或經(jīng)延時(shí) t2后故障仍未切除, 則機(jī)組解列(t2>t1); 當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁且系統(tǒng)電壓降低到不容許地步時(shí)

24、, 延時(shí) t3后解列; 當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁且機(jī)端低壓判據(jù)均滿足時(shí), 經(jīng)過延時(shí) t4切換勵(lì)磁; 當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁且過功率判據(jù)滿足時(shí), 表明發(fā)電機(jī)平均異步功率較大, 經(jīng)過延時(shí) t5后發(fā)減出力命令。圖13所示的保護(hù)方案具有 5 個(gè)特點(diǎn)。a. 定子阻抗判據(jù)作為發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的主判據(jù), 可通過選擇控制字來選擇異步邊界阻抗判據(jù)還是靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù), 附加直線阻抗判據(jù)可防止進(jìn)相運(yùn)行或外部短路時(shí)保護(hù)的誤動(dòng)。b. 轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)設(shè)置記憶功能, 當(dāng)發(fā)電機(jī)定子側(cè)阻抗判據(jù)動(dòng)作后, 如果轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)滿足, 則將此狀況記憶下來, 只有在發(fā)電機(jī)定子側(cè)阻抗判據(jù)返回或失磁保護(hù)可靠動(dòng)作后, 記憶才撤除。此記憶功能可防止發(fā)電機(jī)失磁故障的同時(shí)系統(tǒng)振

25、蕩, 導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)低電壓判據(jù)連續(xù)的返回, 造成保護(hù)拒動(dòng); 與定子側(cè)阻抗判據(jù)相配合, 此記憶功能還可防止系統(tǒng)振蕩而發(fā)電機(jī)未發(fā)生失磁故障時(shí)保護(hù)誤動(dòng)。c. 設(shè)置負(fù)序電流閉鎖判據(jù), 可防止外部短路而造成發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)誤動(dòng)。d. 保護(hù)配合合理, 能夠以不同的延時(shí)出口不同的信號(hào)。e. 主變高壓側(cè)低壓判據(jù)、機(jī)端低壓判據(jù)、過功率判據(jù)能夠根據(jù)不同的情況投入或者退出。圖13中所示的失磁保護(hù)方案對(duì)于傳統(tǒng)的繼電器很難做到, 但對(duì)于微機(jī)型繼電保護(hù)裝置, 只需輸入機(jī)端電壓、機(jī)端電流、主變高壓側(cè)電壓和轉(zhuǎn)子電壓即可實(shí)現(xiàn)本文中的失磁保護(hù)方案, 而且通過軟件控制字對(duì)不同類型的發(fā)電機(jī)投入或退出不同的保護(hù)判據(jù),能滿足不同類型的中小型發(fā)

26、電機(jī)失磁保護(hù)的要求。6 結(jié)語在發(fā)電機(jī)的各種保護(hù)中，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)是一個(gè)急待研究和完善的課題?，F(xiàn)有的失磁保護(hù)判據(jù)較多，閉鎖方式和出口方式也較多，失磁保護(hù)的配置方案也紛繁復(fù)雜?；诎l(fā)電機(jī)功率變化量的失磁保護(hù)輔助加速判據(jù)彌補(bǔ)了失磁保護(hù)阻抗段及低電壓主判據(jù)所存在的延時(shí)較長(zhǎng)的缺陷。輔助加速判據(jù)在所研制的一體化微機(jī)發(fā)變組保護(hù)裝置中得到應(yīng)用,并通過動(dòng)模試驗(yàn)檢測(cè)。應(yīng)用效果表明,基于發(fā)電機(jī)功率變化量的失磁保護(hù)輔助加速判據(jù)優(yōu)點(diǎn)突出,性能可靠,能夠有效增加發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作的可靠性和靈敏性,值得應(yīng)用和推廣。本文在分析現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案的基礎(chǔ)上, 提出了滿足不同要求的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案。保護(hù)方案對(duì)于由勵(lì)磁繞組內(nèi)

27、部開路時(shí)引起的轉(zhuǎn)子判據(jù)拒動(dòng)問題，增加逆無功閉鎖的阻抗判據(jù)，避免了失磁保護(hù)的拒動(dòng)，同時(shí)由于增加了逆無功元件，加長(zhǎng)了延時(shí)，提高了可靠性，能夠滿足不同場(chǎng)合中的發(fā)電機(jī)失磁要求。參考文獻(xiàn)1 姚晴林. 同步發(fā)電機(jī)失磁及其保護(hù)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1981.2 KUNDUR P. Power system stability and control. New York,NY, USA: McGraw Hill, 19943 KIMBARK E W. Power system stability: Volsynchronous machines. New York, NY, USA: John Wiley and Sons, 19564 王維儉. 電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用M. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2002.5 郁涵. 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)中轉(zhuǎn)子低電壓二判據(jù)的比較 J. 繼電器,2003, 31(9): 63-66.YU Han. Comparison of the two criteria of rotor low voltage in the generator loss - of- field protection J . Relay, 2003, 31( 9) :63 -66.6 殷建剛, 彭豐. 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)中系統(tǒng)低電壓