关于西门子发电机失磁保护的研究

关于西门子发电机失磁保护的研究

张衡（ 1） 刘照辉（ 2）

辽宁红沿河核电有限公司 116319

摘要：本文介绍了发电机失磁后的表现及失磁的危害，介绍常规失磁保护的判据原理。分析西门子失磁保护原理，并将其失磁保护与常规失磁保护进行比较。结合现场实际提出失磁保护的校验方式，并试验验证保护校验的可行性。

关键词：失磁保护；导纳特性；阻抗特性；试验校验

1 失磁过程概述

发电机失磁：是由于灭磁开关误跳、转子回路短路、励磁电源故障及励磁调节器异常可控硅装置故障等原因造成发电机失去励磁电流情况。

当发电机完全失去励磁后，励磁电流将逐渐衰减至零。发电机电磁转矩也将小于原动机的转矩，因而引起转子加速，使发电机的功角增大。当功角超过静态稳定极限角时，发电机与系统失去同步。发电机失磁后将会从电网吸收无功来供给转子励磁，以维持端电压。

当发电机转速超过同步转速后，转子回路将感应出差频电流，此电流产生异步制动转矩，当异步转矩与原动机转矩达到平衡时，即进入稳定的异步运行。

2 发电机失磁的危害

理论分析及运行实践证明，发电机失磁运行对电力系统、相邻机组、对失磁机组本身及厂用电系统均有可能造成危害。

发电机失磁引起本身定子过电流、转子过热。同时从系统吸收无功。大机组的失磁运行可能破坏系统的稳定性。发电机失磁造成的无功缺额要由其他机组补充，可能使相邻机组过负荷或过电流。

发电机失磁后，机端电压降低，厂用电压降低，电动机惰转，电动机电流增大，进而引起厂用电压更低，电动机电流更大……这样恶性循环下去，可能导致厂用系统瓦解。

3 常规失磁判定原理

　发电机失磁前,机端测量阻抗的轨迹位于第一象限或第四象限。发电机失磁后,机端测量阻抗的轨迹将沿着等有功阻抗圆过渡到异步边界阻抗圆内部。基于上述特征,常用的阻抗原理将机端测量阻抗是否进入预先整定的阻抗圆作为发电机是否低励或失磁的主要判据。

4 西门子失磁保护的判定原理

西门子生产的7UM系列矢磁保护通过采集发电机机端的三相电流和三相电压，形成定子回路判据。采用电流和电压的正序分量计算出阻抗的倒数，即使在机端电压偏移的情况下，保护装置的动作特性也可以很好地接近电机的稳定特性。此原理评估正序分量系统，所以即使在机端电流或者电压出现非对称分量时，保护装置也可以可靠地探测到同步电机的失磁状态。

保护装置 7UM62 的失磁保护功能提供3段独立的保护特性，它们之间可以自由组合。如图1所示，可以通过两条特性曲线组合来模拟同步电机的静态稳定极限。还有一条特性曲线3可以接近发电机的动态稳定极限曲线，导纳的测量值越过本特性曲线时，发电机将肯定失去稳定。

图1：导纳失磁特性

5 该电厂失磁保护的定值情况

导纳1：Y1 = 0.462，Angle 1 =80 °，t1=10s（2 条关于横轴对称的射线）

导纳2：Y 2 = 0.419，Angle 2 =90 °, t2=10s（1 条直线）

导纳3：Y 3 = 1.09，Angle 3 =100 °, t3=1.5s（2 条关于横轴对称的射线）

６ 失磁保护的手动校验

西门子发电机失磁保护采用导纳特性，无法自动测试导纳轨迹，也无法验证导纳定值。需要将导纳转换为阻抗特性。在导纳平面特性曲线分为两类：

转换后得：

。

代入该电厂定值可以得出具体的特性方程

对发电机矢磁保护进行校验验，实测结果与计算结果见图2（黄色为特性1转化后的阻抗圆，红色为特性2转化后的阻抗圆，蓝色为特性3转化后的阻抗圆，圆点为实测数据）。

图2：拟合试验特性图

6结论

根据上述数据可以得出，西门子失磁保护导纳原理可以转换为阻抗特性，试验过程可以通过校验阻抗特性完成。

参考文献： 

[1] 李玉海等 电力主设备继电保护[M].北京：中国水利水电出版社，2009年。

[2] 西门子7UM62说明书