梅钢热电厂6#机失磁保护校验方法探究

江蔚

【摘 要】文章主要论述了上海梅山钢铁股份有限公司热电厂6#机在遵循常规校验方法的基础上，总结出一种简单快速的校验方法，既无悖于失磁保护的原理，又能确保发电机失磁保护动作的可靠性、准确性。

【关键词】失磁;校验;判据

【中图分类号】TM31 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）02-0074-03

0 引言

失磁是发电机较常见的故障，发电机失磁后，转入异步运行要从系统吸收大量无功功率，如果系统无功储备不足，将引起系统电压下降，甚至造成电压崩溃，从而瓦解整个系统。发电机从电网中大量吸收无功，影响并限制了发电机送出的有功功率。失磁后，发电机转入低滑差异步运行，在转子及励磁回路中将产生脉动电流，因而增加了附加损耗，使转子和励磁回路过热。发电机失磁保护就是要保护机组不至于运行在异步状态，以免危害发电机本体和电网稳定。

为确保发电机失磁保护动作的可靠性、准确性，必须定期进行全面的校验。但失磁保护与一般的保护相比，失磁保护的原理和校验过程要深奥和复杂得多。困难是对主要判据异步阻抗圆的校验，为判断动作值的正确性，继保校验人员必须深刻理解其原理，进而构建一元二次方程并求解，因此设计一种简单快速的校验方法是很有意义的。

1 发电机失磁保护原理

（1）发电机由正常运行到失磁异步运行，机端测量阻抗由第I象限逐步进入第IV象限。由此可知，发电机失磁与否，可用无功功率反向及机端测量阻抗的变化作为失磁保护的主要判据。

失磁保护阻抗圆包括异步圆和静稳圆。动作条件如下：

（2）当外部短路、系统震荡、长线充电和电压回路断线，机端测量阻抗也会进入静稳边界和异步边界。因此，必须增设辅助判据才能保证选择性。①转子电压下降辅助判据。②负序分量辅助判据。常用负序电压或负序电流元件，作为失磁保护的闭锁元件。当出现负序时，闭锁失磁保护。③延时辅助判据。

2 6#发电机失磁保护整定

2.1 基本参数

发电机机端TA变比：5 000/5 A;发电机机端TV变比：10/0.1 kV;发电机额定功率Pe=60 MW;发电机额定电流Ie=4 123.9 A;异步边界阻抗圆参数：Xa=1.93 Ω，Xb=32.6 Ω。阻抗继电器辅助判据（保护装置内部设定）：①正序电压≥6 V（相电压）;②负序电压U2<0.1Ugn=0.1×100=10 V;③发电机电流≥0.1Ie=0.412 A。

无功反向定值Q=0.15 Pe=0.15×60=9 Mvar，对应二次值为 =90 var;转子低电压定值Ufd=30 V;机端低电压定值：按保证厂用电安全和躲过强励启动电压条件整定，Uop=0.9Ugn=0.9×100=90 V。

3 传统校验方法

3.1 校验过程

传统校验方法是选取5个相位角，即分别在电流电压相角为30°、60°、90°、120°、150°时，测得异步阻抗圆的边界动作值。在校验过程中，所加电流、电压值采用试错法直至保护动作。校验结束后再构建一元二次方程并求解，从而判断动作值的正确性。

根据上述整定值，计算坐标原点到阻抗圆圆心1和异步边界阻抗圆半径。

以φ=60°时为例，根据图1构建方程，则有：

解方程得：Z1=2.35 Ω;Z2=27.65 Ω。

3.2 局限性

（1）在校验过程中，所加电流、电压值采用试错法，校验时间长。

（2）在保护校验结束后，不能及时判断动作值的正确性，存在返工、延误工期的可能。

（3）选取的校验点有4个不具有特殊性，要用余弦定理求解方程，计算复杂。

4 新校验方法概况

新校验法法选取两个纵向圆周点、两个横向圆周点及两个切线点（从坐标原点出发的直线与阻抗圆相切的点）这6个特殊试验点，并在校验前事先计算出这6个点的理论动作阻抗值，再将该阻抗值换算成电流电压值。保护校验时，在计算出的理论动作值附近加入电流电压量，避免了校验的盲目性，且校验后能及时判断动作值的正确性，提高了工作效率。

4.1 出口方式

失磁I段：无功反向+定子阻抗判据，延时0.5 s，动作于发信。

失磁II段：无功反向+定子阻抗判据+机端低电压判据，延时0.5 s，动作于跳闸停机。

失磁III段：无功反向+定子阻抗判据+转子低电压判据，延时1.0 s，动作于跳闸停机。

4.2 异步阻抗圆临界动作值理论计算

按照整定值并结合图1，事先做好理论动作值的计算，各点的计算值填入表1。

（1）异步边界阻抗圆半径r= = =15.34。

（2）坐标原点到阻抗圆圆心1= = =17.27。

（3）点1的电流电压相角φ1=arccos =arccos =

27.3°;理论动作阻抗值Z1= = =7.93 Ω;電流取1 A，则理论动作电压值U1=Z1×1=7.93×1=7.93 V。

（4）点2的电流电压相角φ2=180°-φ1=152.7°;理论动作阻抗值Z2=Z1=7.93 Ω;电流取1 A，则理论动作电压值U2=U1=7.93 V。

（5）点3的电流电压相角φ3=arctg =arctg =48.39°;理论动作阻抗值Z3= = =23.1 Ω;电流取1 A，则理论动作电压值U3=Z3×1=23.1×1=23.1 V。

（6）点4的电流电压相角φ4=180°-φ3=131.61°;理论动作阻抗值Z4=Z3=23.1 Ω;电流取1 A，则理论动作电压值U4=U3=23.1 V。

（7）点5的电流电压相角φ5=90°;理论动作阻抗值Z5=Xa=1.93 Ω;电流取4 A，则理论动作电压值U5=Z5×4=1.93×4=7.72 V。

（8）点6的电流电压相角φ6=90°;理论动作阻抗值Z6=Xb=32.6 Ω;电流取1 A，则理论动作电压值U6=Z6×1=32.6×1=32.6 V。

4.3 失磁保护校验过程

4.3.1 阻抗圆边界值校验

以失磁保护II段为例，退出失磁I、III段。退出“发电机差动保护、发电机相间后备、发电机匝间保护、发电机启停机保护、发电机工频变化量差动”硬压板;退出“无功反向判据”，控制字由1改0。

将1ID∶8、1ID∶9、1ID∶10试验端子解开，加三相机端电流。

将1UD∶1、1UD∶2、1UD∶3试验端子解开，加三相机端电压。

按表1的数据逐个校验图2中的每个点，并将保护动作时的电压值填入表中。

点1校验：电流加固定值1 A，相位超前电压27.3°并保持不变，电压从9 V起步，然后逐渐减小直至失磁保护动作。

点2校验：电流加固定值1 A，相位超前电压152.7°并保持不变，电压从9 V起步，然后逐渐减小直至失磁保护动作。

点3校验：电流加固定值1 A，相位超前电压48.39°并保持不变，电压从25 V起步，然后逐渐减小直至失磁保护动作。

点4校验：电流加固定值1 A，相位超前电压131.61°并保持不变，电压从25 V起步，然后逐渐减小直至失磁保护动作。

点5校验：电流加固定值4 A，相位超前电压90°并保持不变，电压从6.5 V起步，然后逐渐增大直至失磁保护动作。

点6校验：电流加固定值1 A，相位超前电压90°并保持不变，电压从35 V起步，然后逐渐减小直至失磁保护动作。

以第3个校验点为例，理论动作电压值是23.1 V，实测动作值为23.09 V，动作值与理论值相符，动作正确。

4.3.2 无功反向判据校验

以失磁保护II段为例，退出失磁I、III段。理论值计算：设三相电流I=2 A，φ=90°时，由公式Qset= U线Isin90°=90 var，计算得，U线=26 V，U相=15 V;投入“无功反向判据”，控制字由0改1;固定三相电流2 A和相位φ=90°不变，加三相电压10 V（相电压），则阻抗值Z=5 Ω，落在异步阻抗圆内，但失磁保护应不动作;升高电压，直至保护动作。校验动作值为U相=15.1 V，对应阻抗为Z=15.1/2=7.5 Ω（如图3所示）。

4.3.3 失磁II段机端低电压定值校验

整定为Uop=90 V，则U相=52 V;固定三相电流2 A和相位φ=90°不变，加三相电压54 V（相电压），则阻抗值Z=27 Ω，落在异步阻抗圆内，但失磁保护应不动作;降低电压，直至保护动作。校验动作值为U相=52.1 V。

4.3.4 失磁II段轉子低电压判据校验

无功反向判据退出，失磁阻抗圆条件满足，电压先大于35 V，在降低电压至保护动作，动作电压值为30.01 V，动作正确。

5 新校验法的创新点及优越性

（1）通过合理选择6个特殊试验点，无需构建一元二次方程，用勾股定理即可求解理论动作阻抗值，计算方便简单。

（2）通过事先计算理论动作阻抗值，从而避免了校验的盲目性，并且校验后能及时判断动作值的正确性，提高了工作效率。

6 结论

本文所探究的失磁保护校验方案，是在分析上海梅山钢铁股份有限公司热电厂发电机失磁保护校验方法的基础上，提出了一种较为合理的中小型发电机失磁保护的校验方法，采用此方法校验，既能够节省校验时间，又可提前对发电机进行并网。需要注意的是，失磁保护对整定计算的要求较高，如整定不当，易造成误动作。合理地简化不仅有利于整定和运行，还可以减少动作发生的可能性。

参 考 文 献

[1]陈化钢.电力设备预防性试验实用技术问答[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

[2]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3]殷建刚，彭丰.发电机失磁保护的动作分析和整定计算的研究[J].继电器，2000（7）.