发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调

2012-08-15张伟华

科技传播 2012年21期

常芸，张伟华

1.宁夏中卫市中宁县宁夏中宁发电有限责任公司，宁夏中卫 755100

2.宁夏固原市六盘山热电厂，宁夏固原 756000

目前，大部分的发电机在某种程度上都允许一定的进相运行，选择的是异步圆当作失磁保护的动作阻抗区域；而失步保护所使用的动作阻抗区域则为一种叶形区域。两者的保护依据主要取决于阻抗的变化，而在实际的运用中，对于失磁保护而言除了受到了阻抗的影响也受到了其他因素的影响，比如转子电压，这个因素同时也是区分失磁故障与失步故障的一个依据。本文对发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调进行了探讨与分析，希望对相关事业有所借鉴。

1 发电机失磁保护和失步保护的分析

1.1 发电机失磁保护的阻抗动作特性分析

对于发电机的失磁保护而言，其主要依据的是阻抗的位置是否进入了阻抗圆的判断与测量来实现对发电机失磁故障的监测，当然还包括了一些辅助依据，比如无功反向与转子电压等。（在本文中，不考虑其他方面的影响，主要在于阻抗变化的影响造成的冲突）如前文所述，失磁保护的阻抗圆采用的是异步圆，一旦发电机发生了失磁故障，发电机的端电压便无法继续维持，其输出无功也会下降，同时电流与电压夹角也会产生变化（电流相位可能减小到0度）。

当不同的发电机组出现了失磁故障，由于它们的工况不同，因此它们产生的阻抗变化轨迹也不一样（假设其轨迹在某平面坐标系中），只是有着相同的变化趋势，也就是说阻抗的坐标平面从第一象限便直接进入了第四象限，并没有穿过第二象限与第三象限。偶尔会出现一些阻抗的变化会经过第三象限的情况，但其进入的深度很小，并且进入之后又会很快返回到第四象限。

1.2 发电机失步保护的阻抗动作特性分析

本文中的发电机失步保护主要针对的是在励磁情况下发生的系统振荡，从而导致的发电机断阻抗变化，进而采取的保护。当励磁情况下，一旦产生了失步振荡，阻抗的变化趋势为（在某平面坐标系中）：阻抗曲线在进入了异步圆之前，先经过了第三象限，而且其很大部分并没有经过异步圆的左半边，因为在其左半圆大多数情况下发生的失磁故障及保护动作。

对于失步保护的阻抗判据而言，可以采用三元件失步继电器动作的特性来进行分析：第一个部分为透镜，可以将阻抗的平面分为透镜内外两部分；第二部分为遮挡器，可以将阻抗的平面分为左右两个部分；第三部分为电抗线，可以把动作区域一分为二，即将电抗线上下分段。其中，前两个部分相互结合，形成了四个区域，如果阻抗的轨迹依次经过这四个区域，并且停留的时间大于了某个限定值，则可以判定为发电机的失步振荡；如果阻抗轨迹在电抗线以下穿过，则被认为是振荡的中心在发变组站内，反之，则认为在发变组站之外。

2 发电机失磁保护和失步保护的冲突分析

发电机失磁保护和失步保护的冲突可能在于失磁保护的抢先动作，具体而言，失磁保护与失步保护都有自身特有的区域，虽然同时与异步圆有关，但对于失步保护而言，若失步故障发生时阻抗的变化顺序通过自身的区域时便先一步进入了失磁保护的异步圆，加之失磁保护没有足够长的延时，便能促使失磁保护抢先动作，从而产生失磁故障；此外，当失步故障的阻抗变化顺序进入到了区内的某个区域，但是没有按照规定的要求（时间）进入，也会造成失磁保护的抢先动作，此时产生的是失步故障。这两种情况下，都会导致失磁保护的抢先动作，虽然最终的影响不完全相同，但都会造成一定的不良后果。从目前来看，两种情况都可以利用失磁保护动作来改善失步故障，但这会造成跳闸逻辑的不当，因此应该从其他方面考虑解决方法。

3 发电机失磁保护和失步保护的协调方案探究

根据前文所述的两种冲突方式，本文将从提出两种协调方案加以解决：

1）协调方案1

发电机失磁保护和失步保护的冲突协调方案1为：将失磁保护的动作区域的异步圆简化为其原先异步圆的右半圆，这样的话只有当阻抗的变化进入了此区域，才能导致失磁保护动作的产生。这种方案的提出，主要在于不管何种失磁故障，发电机的端阻抗的曲线最后都会进入异步圆的右半圆，因此不管何种情况下最终都能实现失磁保护，并且能有效提高失磁保护动作的速动性与可靠性及准确性。在此种方案下，无需担心其动作区域不够，造成失磁保护动作不完全，因为目前大部分的失磁保护都是在异步圆的右半圆发生的，加上经过了一定的改进，使得失磁保护和失步保护的阻抗区域更加明确与清晰，能真正做到“各司其职”。此外，采用这种方案还能有效避免励磁情况下的失步故障抢动，以及提高了失步保护对失步故障的监视。

2）协调方案2

发电机失磁保护和失步保护的冲突协调方案2为：将阻抗角的变化量方向概念引入其中，假设测量阻抗的轨迹按照顺时针方向进行变化，阻抗角的变化量方向为正，而逆时针方向变化则为负。其中，阻抗角的变化量采集方式为：根据一定的额率采取阻抗变化中的点，从而得到它们变化时在阻抗坐标上的角度，假如某电的阻抗角为An，其下一点的阻抗角为An+1，则两点间的阻抗角变化差为An+1-An，得出了这些值之后，我们便可以根据变化值的具体情况来判断阻抗角的变化方向。为了更好地避免失步故障下阻抗曲线落在异步圆的左半圆时失磁保护的抢动，可以用以下方法加以解决：（若采集的阻抗落在第三象限）根据采样点所得的阻抗角变化小于0时，阻抗的变化方向则为正，此时开启失磁保护；当采样点所得阻抗角变化大于0时，阻抗角的变化方向则为负，则是应关闭失磁保护。采用上述方法，能很好的避免失磁保护在第三象限中的抢动，从而解决两种保护产生的冲突。