发电机阻抗原理失磁保护探究

何耀蝶

（广州粤能电力科技开发有限公司，广东广州　510080）



发电机阻抗原理失磁保护探究

何耀蝶

（广州粤能电力科技开发有限公司，广东广州510080）

摘要：介绍发电机失磁保护的现状，阻抗型失磁保护原理和特点，通过对湛江中粤能源有限公司调顺电厂1号机组发变组保护改造，分析发电机失磁保护的现场调试过程的结果，提出改造后的保护方案存在的问题，对可能产生失磁保护误动作的原因及保护判据存在的不足进行分析和探讨。

关键词：调试；发电机；失磁保护；阻抗

0　引言

励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对电力系统的稳定运行至关重要。一旦发电机的励磁部分消失或者完全消失，励磁电流将会逐渐衰减，在励磁完全消失的情况下，励磁电流将衰减至零。励磁电流的减小的情况下，发电机的感应电势将降低，从而导致励磁转矩也小于原动机的转矩，引起转子加速，这种情况下，发电机的功角将增大。一旦发电机功角大于静态稳定极限角，发电机将与系统失去同步。发电机出口断路保护装置动作，断开发电机出口断路器，将发电机与电网隔离，保护发电机和保护电网稳定运行，这就是发电机的失磁保护。

目前国内发电机失磁保护按照保护原理来区分主要有阻抗原理和逆无功原理两种。本文仅就湛江中粤能源有限公司调顺电厂1号机组发变组保护中的失磁保护实例，对阻抗原理失磁保护进行探讨。

1　保护原理

在阻抗复平面上，正常情况下，滞相运行时，机端测量阻抗的轨迹在第一象限内；进相运行时，机端测量阻抗的轨迹在第四象限内。在发电机励磁部分消失或者完全消失的情况下，机端测量阻抗的轨迹将由等有功阻抗圆进入异步边界圆内。在失磁的情况下，将可能使得机端电压或者系统电压下降。根据这些特点,机端测量阻抗的轨迹是发电机失磁保护的重要判据。其保护逻辑图如图1所示。

保护输入量有机端三相电压、发电机三相电流、主变高压侧三相电压（或某一相间电压）、转子直流电压。

图1　发电机失磁保护阻抗圆原理逻辑图

2　调试过程分析

现场根据调试定值，对发电机失磁保护进行模拟测试。

在满足失磁保护动作的阻抗条件的同时，分别给发电机失磁保护辅助判据输入电压，使保护装置失磁保护动作，记录保护动作时各辅助判据的动作值如表1所示。

表1　发电机失磁保护辅助判据测试结果

给保护装置同时输入三相对称的电压和三相对称的电流，电流幅值保持不变，电压电流两者之间的相位角保持不变，改变电压的幅值，使保护装置失磁保护动作，记录机端测量阻抗的数值如表2所示。

通过测试，可以看出机端测量阻抗是否进入保护定值整定的阻抗圆是判断发电机低励或失磁的主要依据。根据保护定值中整定阻抗的值,阻抗圆分别为：静稳边界阻抗圆和异步边界阻抗圆。如图2所示，圆Ⅰ为静稳边界阻抗圆，圆Ⅱ为异步边界阻抗圆；Xd为发电机同步电抗，Xd’为发电机暂态电抗；Xs为系统电抗。为了满足发电机进相运行的需要，用过原点的两条切线将阻抗切去一部分。但是由于在阻抗复平面-jXd处，圆Ⅰ与圆Ⅱ重叠。对于系统振荡的情况，发电机机端测量阻抗的轨迹有可能进入阻抗圆的内部，从而导致失磁保护误动作。因此，保护逻辑中增加了转子低电压的辅助条件闭锁措施。只有以上这些条件都满足的情况下,再根据系统电压和功率等电气量,保护装置的失磁保护才会根据逻辑动作予告警或跳闸。

表2　发电机失磁阻抗判据测试结果

图2　异步边界阻抗圆和静稳边界阻抗圆

3　保护方案存在的问题

湛江中粤能源有限公司调顺电厂1号机组发变组保护改造后，其阻抗型失磁保护存在的问题主要有：

（1）异步边界阻抗圆和静稳边界阻抗圆在-jXd处重叠，可能导致保护误动作。圆Ⅰ与圆Ⅱ重叠在阻抗复平面-jXd处重叠。在系统振荡的工况下，极有可能导致发电机机端测量阻抗轨迹进入阻抗圆内部，保护装置误动作。因此,在保护逻辑中，阻抗圆判据加入保护延时1.5s。但是保护判据1.5s的延时使得系统故障时无法及时切除，大大降低了失磁保护的灵敏性。

（2）转子电压作为辅助判据存在着局限性。对于采用无刷励磁的机组，该保护逻辑无法运用；同时在系统振荡或者发电机失磁后的异步运行过程中,由于转子电压波动较大，有可能导致失磁保护装置误动。

4　结果分析

从上述的分析可知：①若系统只是瞬时振荡且在1.5s内振荡消失，那么即使机端测量阻抗轨迹进入保护整定的阻抗动作圆内，由于保护判据有着1.5s的延时，失磁保护不会误动作。②若系统长时间振荡，导致机端测量阻抗的轨迹进入阻抗动作圆内部的时间超过1.5s，则保护将有可能在未失磁的情况下误动作。针对系统长时间振荡的极端情况，在确保发电机主保护等其他保护都投入使用时，建议暂时性退出阻抗型失磁保护，待系统稳定运行后再投入使用。

参考文献：

［1］贺家李，李永丽，董新洲，李斌.电力系统继电保护原理［M］.第四版.北京：中国电力出版社，2010.

［2］薛伊琴.发电机失磁保护原理的比较和分析［J］.电力系统保护与控制，2005，33（20）：33-35.

［3］李玉梅，刘昕，李鹏.电力系统主设备继电保护试验［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［4］王维俭.电气主设备继电保护原理与应用［M］.北京：中国电力出版社，2002.

作者简介：何耀蝶（1988-），男，助理工程师，本科，从事电力系统的调试和试验类工作。