發(fā)變組培訓(xùn)1教材

發(fā)變組保護(hù)基礎(chǔ)1.1同步發(fā)電機(jī)基本工作原理1.1同步電機(jī)基本工作原理◆主磁場的建立：勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立起轉(zhuǎn)子主磁場。

◆載流導(dǎo)體：三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流的載體。

◆切割運動：原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵磁磁場）。

◆交變電勢的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動，電樞繞組中將會感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。

◆感應(yīng)電勢有效值：每相感應(yīng)電勢的有效值為◆感應(yīng)電勢頻率：感應(yīng)電勢的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n和極對數(shù)p，即

◆交變性與對稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，使得感應(yīng)電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應(yīng)電勢的三相對稱性。汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組1.1同步電機(jī)基本工作原理隱極機(jī)1.1同步電機(jī)基本工作原理負(fù)載后磁勢分析★空載時，同步電機(jī)中只有一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的勵磁磁勢，它在電樞繞組中感應(yīng)出三相對稱交流電勢，稱為勵磁電勢。

★當(dāng)電樞繞組接上三相對稱負(fù)載后，電樞繞組和負(fù)載一起構(gòu)成閉合通路，通路中流過的是三相對稱的交流電流，我們知道，當(dāng)三相對稱電流流過三相對稱繞組時，將會形成一個以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢。

★由此可見，負(fù)載以后同步電機(jī)內(nèi)部將會產(chǎn)生又一個旋轉(zhuǎn)磁勢--電樞旋轉(zhuǎn)磁勢。因此，同步發(fā)電機(jī)接上三相對稱負(fù)載以后，電機(jī)中除了隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢(稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢)外，又多了一個電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢)。

★參看異步電機(jī)篇的介紹，不難證明這兩個旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速均為同步速，而且轉(zhuǎn)向一致，二者在空間處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，可以用矢量加法將其合成為一個合成磁勢。

★氣隙磁場可以看成是由合成磁勢在電機(jī)的氣隙中建立起來的磁場。也是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場?？梢娡桨l(fā)電機(jī)負(fù)載以后，電機(jī)內(nèi)部的磁勢和磁場將發(fā)生顯著變化，這一變化主要由電樞磁勢的出現(xiàn)所致。1.2負(fù)載運行分析1.2負(fù)載運行分析1.3同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)

在穩(wěn)定運行時，定子與轉(zhuǎn)子兩種旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子繞組沒有相對運動，因而不會在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。這兩個磁場只在定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢，在不考慮磁路飽和的情況下，轉(zhuǎn)子磁場感應(yīng)空載電勢E0，電樞磁場感應(yīng)的電勢為電樞反應(yīng)電勢Ea,則有E0+Ea=Uf+I(ra+jx

)

電樞反應(yīng)示意圖1.3同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)

電樞反應(yīng)解釋有負(fù)載時，便產(chǎn)生電樞磁勢，對空間磁場的影響稱電樞反應(yīng)。電樞磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢的相對位置取決于負(fù)載電流的性質(zhì)如圖所示，假定I、E0同相位，β=0；假定E0越前I，β>0；假定E0滯后I，β<0；稱Arg=β為內(nèi)功率因數(shù)角。β=0,I、E0同相,cosβ=1,sinβ=0,不發(fā)出無功功率，只發(fā)有功功率β=90o,cosβ=0,sinβ=1,不發(fā)出有功功率，只發(fā)無功功率β=180o,I、E0反相,cosβ=-1,sinβ=0,從電網(wǎng)吸收有功，電動機(jī)運行β=-90o,cosβ=0,sinβ=-1,向電網(wǎng)送容性無功

由于β角可以是任意角，可以把電樞磁勢分解為直軸和交軸兩個分量分析。同步發(fā)電機(jī)最常見的運行工況為0<β<90o，電樞反應(yīng)磁場落后于轉(zhuǎn)子磁場，即Ff超前Fa。圖中可以將電流I分解為直軸分量Id和交軸分量Iq。

1.3同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)

1.4同步發(fā)電機(jī)的電抗

電樞反應(yīng)磁場在定子每相繞組中所感應(yīng)的電樞反應(yīng)電勢Ea，可以把它看作相電流所產(chǎn)生的一個電抗電壓降這個電抗便是電樞僅應(yīng)電抗Xa。即Ea=-jIXa，進(jìn)一步再把Xa與漏磁Xa合并為一個電抗Xs=Xa+X,這個Xs就稱為同步電抗?？紤]定子的銅耗，則可寫出同步阻抗Zs=ra+jXs的表示式

隱極同步發(fā)電機(jī)的同步電抗標(biāo)么值在0.9~3.5之間；凸極式同步電機(jī)的直軸同步電抗在0.6~1.6之間，交軸同步電抗在0.4~1.0之間。

1.4直軸瞬態(tài)電抗在短路初瞬，由于磁鏈不變原則，短路電流所產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通不能通過轉(zhuǎn)子鐵芯去鍵鏈轉(zhuǎn)子繞組，而是象圖1-13（b）中所示的，被擠到轉(zhuǎn)子繞組外側(cè)的漏磁路中去了。定子短路電流所產(chǎn)生的磁通所經(jīng)路線的磁阻變大，這就意味著，此時限制電樞電流的電抗變小，使突然短路初瞬有較大的短路電流。這個限制電樞電流的電抗稱為直軸瞬態(tài)電抗或直軸暫態(tài)電抗1.4直軸超瞬態(tài)電抗當(dāng)轉(zhuǎn)子上裝有阻尼繞組時，則因阻尼繞組也為閉合回路，它的磁鏈也不能突然改變。同理，在短路初瞬，電樞磁通將被排擠在阻尼繞組以外。也就是說，電樞磁通將依次經(jīng)過空氣隙、阻尼繞組旁的漏磁路和激磁繞組旁的漏磁路，如圖1-14中所示。這時磁路的磁阻更大了，與之相應(yīng)的電抗將有更小的數(shù)值。稱為直軸超瞬態(tài)電抗或直軸次暫態(tài)電抗。

1.5同步發(fā)電機(jī)的功率特性及靜態(tài)穩(wěn)定極限角

同步發(fā)電機(jī)的功率特性

汽輪機(jī)的功率特性汽輪發(fā)電機(jī)輸電系統(tǒng)的功角特性水輪發(fā)電機(jī)輸電系統(tǒng)的功角特性發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的同步運行穩(wěn)定性及振蕩

（a）功率特性（b）運行點a功角變化（c）運行點b功角變化

暫態(tài)穩(wěn)定

動態(tài)穩(wěn)定

動態(tài)穩(wěn)定涉及發(fā)電機(jī)的阻尼力矩問題。所謂阻尼力矩是指當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，發(fā)電機(jī)本身所具有的反應(yīng)于這種轉(zhuǎn)速變化的力矩。

二發(fā)電機(jī)的失磁2.1發(fā)電機(jī)失磁的原因滅磁開關(guān)誤跳閘而轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)滅磁電阻短接轉(zhuǎn)子線圈短路轉(zhuǎn)子線圈回路斷線而開路硅整流的故障自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的故障等2.2發(fā)電機(jī)失磁描述1、當(dāng)發(fā)電機(jī)完全失去勵磁時，勵磁電流將逐漸衰減至零。2、由于感應(yīng)電勢逐漸減小，導(dǎo)致電磁功率小于原動機(jī)的功率，轉(zhuǎn)子加速，功角增大，有可能超過靜穩(wěn)極限而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)失步。3、發(fā)電機(jī)失磁后將從并列運行的電力系統(tǒng)中吸取電感性無功功率供給轉(zhuǎn)子勵磁電流，在定子繞組中感應(yīng)電勢。4、在發(fā)電機(jī)超過同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應(yīng)出頻率為的電流，此電流產(chǎn)生異步制動轉(zhuǎn)矩，當(dāng)異步轉(zhuǎn)矩與原動機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到新的平衡時，即進(jìn)入穩(wěn)定的異步運行。2.3發(fā)電機(jī)失磁對系統(tǒng)影響

失磁發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收無功，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降，若系統(tǒng)無功儲備不足，則可能引起系統(tǒng)因電壓崩潰而瓦解。由于系統(tǒng)電壓下降，系統(tǒng)中其他發(fā)電機(jī)在自動調(diào)節(jié)勵磁裝置作用下，將增加無功輸出而導(dǎo)致過電流，若引起后備保護(hù)誤動作，則使故障影響范圍擴(kuò)大。失磁發(fā)電機(jī)有功功率擺動以及系統(tǒng)電壓下降，可能導(dǎo)致相鄰正常運行發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間或系統(tǒng)各部分之間失步。2.4發(fā)電機(jī)失磁對發(fā)電機(jī)本身影響

轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)的差頻電流使轉(zhuǎn)子附加發(fā)熱，流過轉(zhuǎn)子表層使轉(zhuǎn)子局部過熱甚至灼傷。轉(zhuǎn)子端部露磁增強(qiáng)使端部部件及邊段鐵芯過熱。發(fā)電機(jī)失磁后異步運行時，若失磁前有功越大，轉(zhuǎn)差越大，吸收無功越多，定子因過電流導(dǎo)致過熱。因轉(zhuǎn)子縱軸與橫軸的不對稱性，失磁后機(jī)組電磁轉(zhuǎn)距與有功功率劇烈周期擺動。這種劇烈擺動的電磁轉(zhuǎn)距作用到轉(zhuǎn)動軸系上，嚴(yán)重危險機(jī)組安全。2.5發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗

發(fā)電機(jī)從失磁開始到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步運行，一般可分為三個階段

1.失磁后到失步前

:sinδ的增大與Ed的減小相補(bǔ)償，基本上保持了電磁功率P不變。與此同時，無功功率Q將隨著Ed的減小和δ的增大迅速減小，Q值將由正變?yōu)樨?fù)，即發(fā)電機(jī)變?yōu)槲崭行缘臒o功功率。

機(jī)端測量阻抗變化軌跡說明由于這個圓是在某一定有功功率P不變的條件下做出的，因此稱為等有功阻抗圓。機(jī)端測量阻抗的軌跡與P有密切關(guān)系，對應(yīng)不同的P值有不同的阻抗圓，且P越大時圓的直徑越小。發(fā)電機(jī)失磁以前，向系統(tǒng)送出無功功率，功率因數(shù)角為正，測量阻抗位于第一象限。失磁以后，隨著無功功率的變化，功率因數(shù)角由正值變?yōu)樨?fù)值，因此測量阻抗也沿著圓周隨之由第一象限過渡到第四象限。

2.臨界失步點對汽輪發(fā)電機(jī)組，當(dāng)

=90o時，發(fā)電機(jī)處于失去靜穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，故稱為臨界失步點。此時輸送到受端的無功功率

,式中Q為負(fù)值，表明臨界失步時，發(fā)電機(jī)自系統(tǒng)吸收無功功率，且為一常數(shù)，不論有功為多少，都與之無關(guān)故臨界失步點也稱為等無功點。

機(jī)端測量阻抗變化軌跡說明發(fā)電機(jī)在輸出不同的有功功率P而臨界失步時，其無功功率Q恒為常數(shù)。因此，在上式中，為變數(shù)，Zf也是一個圓的方程，這個圓稱為臨界失步阻抗圓，也稱等無功阻抗圓。其圓周為發(fā)電機(jī)以不同的有功功率P臨界失步時，機(jī)端測量阻抗的軌跡，圓內(nèi)為失步區(qū)。

3.失步后的異步運行階段，可用異步發(fā)電機(jī)等效電路來表示，此時按圖1-25所規(guī)定的電流正方向，機(jī)端測量阻抗應(yīng)為是定子漏抗是轉(zhuǎn)子漏抗是轉(zhuǎn)子電阻為轉(zhuǎn)差率當(dāng)發(fā)電機(jī)運行在失磁時，，，此時機(jī)端的測量阻抗為最大

當(dāng)發(fā)電機(jī)在其他運行方式下失磁時，將隨著轉(zhuǎn)差率的增大而減小，并位于第四像限內(nèi)。極限情況是當(dāng)時，，趨近于零，的數(shù)值為最小

考慮到轉(zhuǎn)子面上裝有阻尼條，或是隱極機(jī)本身的整塊轉(zhuǎn)子具有阻尼繞組作用，因此式中的可用代替。

綜上所述，當(dāng)一臺發(fā)電機(jī)失磁前在過激狀態(tài)下運行時，其機(jī)端測量阻抗位于復(fù)數(shù)平面的第一象限（如圖1-28中的a或a’點），失磁以后，測量阻抗沿等有功阻抗圓向第四象限移動。當(dāng)它與臨界失步圓相交時（b或b’點），表明機(jī)組運行處于靜穩(wěn)定的極限,失磁過程靜穩(wěn)極限功率隨著轉(zhuǎn)子電流減小而減小。越過（b或b’）點以后，轉(zhuǎn)入異步運行，最后穩(wěn)定進(jìn)行于（c或c’）點，此時，平均異步功率與調(diào)節(jié)后的原動機(jī)輸入功率相平衡。

對于任意的一個s值，則隨變化都有一個相應(yīng)的圓，我們給定一組s值，則可得到一個圓族，s=0時圓最大，隨增大，圓逐漸變小，當(dāng)，圓趨向于一個點。顯然，這個圓族的外包線給出了發(fā)電機(jī)異步阻抗的邊界，對于任意的s和值，機(jī)端測量阻抗Z的端點，都應(yīng)當(dāng)落在這個邊界之內(nèi)。

t0:正常運行t1:進(jìn)入靜穩(wěn)圓t2:進(jìn)入異步圓2.6RCS985失磁保護(hù)的功能特點曲線1:區(qū)外振蕩曲線2:區(qū)內(nèi)振蕩2.6RCS985失磁保護(hù)的功能特點開放式失磁保護(hù)方案失磁判據(jù)減出力有功判據(jù)低電壓判據(jù)轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)定子阻抗判據(jù)輔助判據(jù)

2.6RCS985失磁保護(hù)的功能特點減出力采用有功功率判據(jù)P>Pzd失磁導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失步后，發(fā)電機(jī)輸出功率在一定范圍內(nèi)波動，P取一個振蕩周期內(nèi)的平均值。2.6RCS985失磁保護(hù)的功能特點高壓側(cè)母線低電壓判據(jù)Upp<Ulezd高壓側(cè)PT斷線時閉鎖此判據(jù)

TV斷線時閉鎖本判據(jù)，并發(fā)出TV斷線信號。2.6RCS985失磁保護(hù)的功能特點轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)：Ur<Ur1zd變勵磁電壓判據(jù)：Ur<Kr*Xdz*(P–Pt)*Uf0發(fā)變組并網(wǎng)后延時投入失磁后異步運行時經(jīng)定子判據(jù)閉鎖自保