发电机失磁保护原理的比较和分析

发电机失磁保护原理的比较和分析

继电器　　　　　　　　　　　　Vol.33　No.20第33卷第20期　　　　　　　　　　　　

2005年10月16日Oct.16,2005RELAY

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发电机失磁保护原理的比较和分析

薛伊琴

(南京下关发电厂发电部,江苏南京210011)

摘要:介绍了发电机失磁保护的新、旧两种原理、的危害。、两种原理的实现方案进行了分析、比较;;。关键词:发电机失磁保护;　;　中图分类号T:A　　　文章编号:100324897(2005)2020033203

0　引言

同步发电机转子绕组通入直流电流建立主磁

场。良好的励磁是保证发电机正常运行的基础,也是保证电力系统运行稳定的基础。发电机失磁运行对机组本身及系统均有影响。因此,发电机失磁保护既是机组保护,又是系统保护。

情况并监视失磁故障对机组和系统的影响。阻抗原理失磁保护的逻辑如图1

。

1　发电机失磁后系统特征量

发电机失磁后不但不发出无功功率还要从系统吸收无功功率。当系统无功功率储备不足时将导致发电厂母线电压、发电机机端电压下降。发电机失磁后,由于发电机吸收无功量的增大及定子电压的降低,定子电流就会增大。有功功率越大,定子电流就会越大。发电机从失磁到功角增大到90°的过程中,发电机的电磁功率先减小,但原动机的机械功率来不及减小,造成转子加速使功角不断增大,当功角大于90°发电机失步运行时发电机的异步功率维持着输入、输出功率平衡。

发电机失磁后无功很快减小到零,然后向负变化到较大值。失步后发电机的无功功率按照滑差周期有规律的摆动。失磁发电机维持的有功功率越大及滑差越大,发电机从系统吸收的无功越大。

发电机从失磁开始到稳定异步运行其机端测量阻抗沿着等有功阻抗圆由第1象限向第4象限变化。

图1　阻抗原理失磁保护的逻辑框图

Fig.1　Logicframeofimpedancefieldfailureprotection

当发电机失磁导致机端阻抗由第一象限进入第

四象限时,保护延时T4+T1(T4延时主要是防止系统振荡时阻抗元件的误动作)发出信号并出口(如切换励磁或切换厂用电源等);当发电机失磁导致机端电流超过整定值时,为保护发电机则延时T3发出信号并出口(如降出力);当发电机失磁并导致系统低电压时,经延时T2发出信号并跳闸切机;当发电机阻抗条件和转子低电压条件同时满足(这种情况的阻抗元件动作可以排除是系统振荡引起的,故取消T4延时)保护则延时T1发出信号并出口(如解列灭磁)。当PT断线时失磁保护被闭锁。

2　阻抗原理的发电机失磁保护

在国内由低阻抗元件及转子低电压元件构成的失磁保护应用较多。该原理采用阻抗圆为主判据,辅之以其它判据能区分短路、系统振荡、PT断线等

3　逆无功原理的发电机失磁保护

3.1　构成原理

发电机失磁及励磁降低至不允许程度的主要标

志是逆无功和定子过电流同时出现。

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继电器

出减有功信号及出口的同时还由“或门”构成一个自保持环节,这是防止发电机失步后由于电流幅度波动过大导致减有功元件不断返回影响减有功的速度及效果。

若逆无功元件、过电流元件及机端低电压元件均动作则经延时T2的命令,跳灭磁开关。发电机全失磁失步运行的危,因此失磁保护。

当发电机失磁运行危及电力系统的稳定性时,逆无功元件、定子过电流元件及系统低电压元件同时动作经延时T3后发出切机命令。

当系统发生故障时会出现负序电压,负序电压元件动作后闭锁失磁保护,且在故障切除后,失磁保护仍被闭锁T4时间以确保故障切除后系统短时振荡时失磁保护不会误动。因为发电机失磁故障是对称性故障所以负序电压闭锁环节对该保护是有利的。

该原理保护的输入量有:发电机机端三相电压、三相电流及主变高压侧三相电压。3.1.1　保护的判据

并网运行的发电机失磁之后无功很快进相(功角在90°之前便进相),此时若发电机维持的有功较大则定子过电流。该原理失磁保护直接反映发电机失磁后机组从系统吸收无功的程度和定子过电流的情况,又增加了机端低电压、系统低电压、机组有功功率的判据从而能监视失磁对机组本身和系统的影响。电流。电压和有功功率;有功功率用于判断。保护中采用判据的物理概念清晰、容易整定且不受系统运行方式的影响。该保护原理取消了转子电压的辅助判据,特别适合于无刷励磁的发电机。3.1.2　保护躲系统异常运行的方案

系统异常运行方式主要有系统振荡和系统故障。采用延时元件可躲过系统振荡对保护的影响;采用负序电压闭锁元件可躲系统故障及故障切除后系统振荡对保护的影响。3.2　

逆无功原理失磁保护的逻辑图

4　逆无功原理失磁保护的优点

理论及运行实践表明阻抗原理失磁保护存在一

些问题。4.1　阻抗元件判据的整定

1)当阻抗元件按静稳边界的条件整定时,为防止误动必须由转子低电压元件闭锁,但是转子低电压元件的动作电压也是按静稳边界确定的,因此当系统出现问题时两个元件同时误动的可能性是存在的。

2)当阻抗元件按异步边界的条件整定时,若失磁发电机维持的有功、与系统的联系电抗都较大时则等有功阻抗圆距异步边界圆较远,两者可能无交点或相交部分很小会造成失磁发电机失步前机端阻抗的测量轨迹不会进入异步阻抗圆内。发电机失步之后虽机端测量阻抗轨迹能进入圆内,但由于同步功率的存在,机端测量阻抗在不断地变化,特别是发电机维持有功很大及部分失磁或剩磁很大时会使机端测量阻抗变化的幅度很大而造成阻抗值在整定圆内外不停地摆动。由于失磁保护动作有延时,故保护有拒动的可能性。

3)阻抗判据的整定计算内容多又复杂、所需机组和系统的参数多、理论概念抽象不易理解。4.2　失磁保护中采用转子电压判据存在的问题

图2　逆无功原理失磁保护逻辑框图

Fig.2　Logicframeofinversereactivepower

fieldfailureprotection

逆天功原理失磁保护的逻辑如图2。发电机失

磁后,无功倒流、定子电流变大。此时逆无功元件、定子过负荷元件、定子过电流元件动作。逆无功元件及过负荷元件动作后,启动时间T1开始计时。此时若发电机的有功功率较大,保护发出减有功指令自动减小发电机有功功率。在装置发

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1)无刷励磁的发电机无法取得转子电压;2)现代的励磁系统采用可控硅整流,励磁电流

中的高次谐波分量很大,特别是大型发电机转子电

压中的高次谐波分量很大,有的高达1～2kV。这么高的电压引到保护装置中不利于装置的安全运行;

3)转子电压通过电缆引接到保护柜上,人为地增加了转子回路长度容易引起故障,同时保护柜内的转子电压对人员的安全也不利;

4)作变励磁判据),(出的,。,所需机组和系统参数多、理论概念抽象不易理解。

5)保护装置中转子电压值的采集不像交流电量那样容易和精确,在工程上一般是采用霍尔传感

器来转换,因转子电压值变化范围大,其转换精度也不易做到很高。

逆无功原理的发电机失磁保护完全避免了以上的缺点。

5　结语

“”,在多个电厂试运行十几年2000年通过了科学技术成果鉴定。目,时间和实践都证明了该原理的优良性。

收稿日期:　2005202203

作者简介:　

薛伊琴(1973-),女,硕士研究生,工程师,从事运行技术管理工作。