浅谈汽轮发电机失磁保护的整定及校验

摘要：阐述了发电机失磁保护整定及校验的计算过程，并对失磁保护进行了模拟试验，以供电气工程技术人员参考。

关键词：汽轮发电机;整定计算;保护校验

0 引言

同步发电机失磁使得发电机以感应发电机模式运行，此时发电机的转子转速增加，输出的有功功率降低，发电机向系统吸收无功功率，从而在发电机转子中感应出大电流，定子电流值可能达到2倍的额定电流值，在短时间内引起发电机内部过热。此外，发电机向系统吸收大量的无功功率，如果系统无功储备不足，差额越大，系统电压水平下降越严重，将严重威胁到系统的安全运行，甚至使系统因电压崩溃而瓦解[1]。

1 失磁保护逻辑

云南先锋化工有限公司50 MW发电机失磁保护采用SEL-300G型微机保护装置，用一对带偏移电抗特性的姆欧阻抗圆来检测发电机的失磁故障，其动作特性为负向偏移电抗元件特性。发电机失磁保护逻辑如图1所示，40XD1为一段失磁保护元件的偏移电抗;40Z1P为一段姆欧阻抗圆的直径;40Z1D为一段失磁保护动作出口元件;40Z1T为一段失磁保护的动作时限;40XD2为二段失磁保护元件的偏移电抗;40Z2P为二段姆欧阻抗圆的直径;40Z2D为二段失磁保护动作出口元件;40Z2T为二段失磁保护的动作时限;40ZTC为力矩控制方程，40ZTC=！60LOP。

2 失磁保护的整定计算

SEL-300G型微机保护装置失磁保护的动作特性如图2所示，失磁保护二段阻抗元件的姆欧动作上边界圆与阻抗平面的纵轴交点为负向偏移电抗时，其一段姆欧阻抗圆的直径40Z1P等于-1.0 pu（即发电机额定阻抗），一段失磁保护的偏移阻抗40XD1等于发电机暂态电抗-Xd′/2，二段姆欧阻抗圆的直径40Z2P等于发电机的直轴电抗Xd，二段失磁保护的偏移电抗40XD2等于一段失磁保护的偏移电抗[1]。Xd′、Xd为标幺值，需折算到二次侧有名值，即：

式中：Uj为发电机二次侧额定电压基准值，变比为10.5 kV/100 V;Ij为发电机二次侧额定电流值;Xd′、Xd为发电机铭牌参数（标幺值）;Sj发电机额定视在功率。

3 发电机失磁保护定值表

逻辑方程：40ZTC=！60LOP整定为1;一段阻抗圆直径：40Z1P=88.2 Ω;一段阻抗圆偏移阻抗：40XD1=-19.5 Ω;一段延时动作时间40Z1D=0.3 s;二段阻抗圆直径：40Z2P=306.8 Ω;二段阻抗圆偏移阻抗：40XD2=-19.5 Ω;二段延时动作时间：40Z2D=1.0 s;二段保护方向监视角：0°。

4 发电机失磁保护校验

失磁保护作为发电机重要的保护之一，试验重点要模拟发电机运行中的失磁状态，验证其动作的可靠性和灵敏性。

4.1    试验前准备

（1）做好安全措施和技术措施，断开保护装置处所有电流端子拉板，拆除A、B、C、N相电压线，将微机保护装置与外接回路断开，测试电压回路绝缘合格。

（2）退出SEL-300G保护屏所有保护及开关跳闸压板，测试时只投入失磁保护压板，防止其他保护动作影响到试验结果。

4.2    发电机一、二段失磁保护动作电流计算

式中：Krel为可靠动作系数;Uj为二次侧相电压。

计算发电机在额定运行情况下，低励使发电机达到稳态极限，汽轮发电机功角δ=90°时，其动作电压值U=Ij×40XD1=

0.687 4×19.5≈13.4 V，可靠动作电压U1=Krel×U=1.05×13.4≈14.1 V，Krel为可靠动作系数，Ij为发电机二次侧额定电流。

4.3    发电机一、二段失磁保护校验

（1）测试仪加正序电压UA：57.74∠0°，UB：57.74∠-120°，UC：57.74∠120°。保持电流角度IA：0.562∠-90°，IB：0.562∠-210°，IC：0.562∠30°不变，增加电流幅值，步长0.05 A，记录一段失磁保护动作数据。

（2）测试仪加正序电压UA：57.74∠0°，UB：57.74∠-120°，UC：57.74∠120°。保持电流角度IA：0.186∠-90°，IB：0.186∠-210°，IC：0.186∠30°不变，增加电流幅值，步长0.05 A，记录二段失磁保护动作数据。

（3）测试仪加正序电流IA：0.7∠0°，IB：0.7∠-120°，IC：0.7∠120°不变，分别改变电压大小至UA：13.65∠-90°，UB：13.65∠-210°，UC：13.65∠30°以及UA：14.35∠-90°，UB：14.35∠-210°，UC：14.35∠30°，步长2 V，记录失磁保护的两次动作数据。

4.4    发电机失磁保护动作记录

发电机失磁保护动作记录如表1所示。

5 结语

在发电机继电保护中，失磁保护的整定计算和校验是难点之一。本文通过对发电机失磁保护进行整定计算和模拟试验，对于发电机的保护整定计算及校验工作具有一定指导意义，可供工程技术人员参考。

[参考文献]

[1] 王维检.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国力出版社，1996.

[2] SEL-300G微机保护装置使用手册[Z].

收稿日期：2020-07-06

作者簡介：侯进冲（1976—），男，云南丘北人，工程师，研究方向：电力系统继电保护配置、计算及电气运行维护。