发电机失磁保护的原理及调试方法

发电机失磁保护的原理及调试方法

姜明臣

东莞中电新能源热电有限公司  广东东莞  523000

摘要:本文概述了60MW发电机失磁保护的原理及保护装置的调试方法。

[关键词]     发电机失磁保护    原理      调试方法

前言：

东莞中电热电厂I期工程2×180MW机组,汽轮发电机采用无刷交流励磁机系统。实践表明它容易产生失磁故障。发电机失磁后，转入异步运行要从系统吸收大量的无功功率，如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。由于发电机从电网中大量吸收无功功率，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，使转子和励磁回路发热。因此，为了保证发电机安全运行增设了失磁阻抗保护。该保护以机端视在阻抗反映低励失磁故障，不需引入转子电压（无刷励磁的发电机）。根据失磁过程中的机端阻抗的变化轨迹，采用阻抗原理的保护作为发电机的低励或失磁故障保护，反映发电机励磁回路的部分失磁（低励）和全部失磁。

1.保护原理:

1.1 发电机发生低励，失磁故障后，总是先通过静稳边界，然后转

入异步运行，进而稳态异步运行。根据这一原理，失磁保护由两个阻抗圆构成，一个为静稳边界阻抗圆，另一个为稳态异步边界阻抗圆。失磁保护的阻抗继电器将位于阻抗平面的第三，第四象限，阻抗特性圆圆心在-X轴上，两个圆相切于-Xd。特性曲线如图：

1.2  静稳阻抗圆通过+X轴的联系阻抗Xst和-X轴的-Xd，为防止非低励失磁工况下误动作，静稳阻抗圆只取图中实线的区域，消除第一，第二象限的动作区。静稳阻抗圆动作后，经较长时间t1动作于信号。

1.3  稳态异步阻抗圆的大小和位置是发电机的暂态电抗X’d和同步电抗Xd为基准的。异步阻抗圆动作后，如果此时是单机与系统并列运行，系统无功储备又不足时，将会严重危害系统电压安全，系统电压下降，故此需引入系统三相同时低电压判据，Z2和三相同时低

电压经“与”逻辑后，经短延时t3动作停机。若多机运行，系统无功储备丰富，系统电压受影响不大，电压下降不多时，此时阻抗Z2动作经较长延时t2出口停机。保护逻辑框图见下图：

1.4  定值整定原则：

a.  静稳阻抗按发电机机端到无穷大系统间的等值系统电抗Xst和Xd整定；

b.  静稳阻抗动作延时一般为0.5~2秒；

c.  异步阻抗按发电机的参数X`d/2和Xd整定；

d.  系统三相低电压整定按0.85~0.9Un取值；

e.  静稳阻抗动作延时一般为0.1~0.5秒；

6. 长延时一般为5-60S.

1.5  60MW机组失磁保护定值整定清单：

2．保护性能试验：

2．1   静稳阻抗保护性能试验：

2．1．1动作区及最大灵敏角测试：

将延时整定为最小，动作阻抗Z1A，Z1B整定为某一值，施加试验电压量Uab，试验电流Iab，Iab值大于电流启动值，使测量阻抗Z< Z1B且接近于Z1B，改变之间的相位角，使保护刚好动作，记录此时的动作角度Ф1，如Ф1在第三象限，则在第四象限测出使保护刚好动作的另一角度Ф2，那麽Ф=(Ф1+Ф2)/2；其中Ф为最大灵敏角，应为270度，误差符合技术条件要求±5º。

使测量阻抗Z< Z1A，从180度开始增加Uab与Iab之间的相位角，使保护刚好动作，记录此时的动作角度Ф1；在第四象限从360度开始减小Uab与Iab之间的相位角至保护刚好动作，记录此时的动

作角度Ф2，那麽Ф1应为195±5，Ф2应为345±5，误差符合技术条件要求。

2．1．2  动作阻抗值测试：

将延时整定为最小，动作阻抗Z1A，Z1B整定为某一值，在最大灵敏角下，施加试验电压量Uab，试验电流Iab，使Z>Z1B，增加电流值至保护刚好动作，计算此时阻抗值应与整定值Z1B相符，误差符合技术条件要求。

2．1．3  出口延时测试:

将延时值定为某一值，在最大灵敏角下，施加AB相电压，电流，电流值为1.2倍启动电流值，测量阻抗为0.8倍阻抗Z1B整定值，用毫秒计测延时，误差符合技术条件要求。

2．2  异步阻抗保护性能试验:

2．2．1 最大灵敏角测试:

将延时整定为最小，动作阻抗Z2A，Z2B整定为某一值，施加试验电压量Uab，试验电流Iab，Iab值大于电流启动值。使测量阻抗Z2A< Z< Z2B，改变Uab与Iab之间的相位角，使保护刚好动作，记录此时的动作角度Ф1，如Ф1在第三象限，则在第四象限测出使保护刚好动作的另一角度Ф2，那麽Ф=(Ф1+Ф2)/2；其中Ф为最大灵敏角，应为270度，误差符合技术条件要求±5。

2．2．2  动作阻抗值测试：

将延时整定为最小，动作阻抗Z2A，Z2B整定为某一值，在最大灵敏角下，施加试验电压量Uab，试验电流Iab，使Z< Z2A，降低电流值至保护刚好动作，计算此时阻抗值应与整定值Z2A相符，误差符合技术条件要求；改变电压，电流使Z>Z2B，增加电流值至保护刚好动作，计算此时阻抗值应与整定值Z2B相符，误差符合技术条件要求。

2．2．3  系统电压动作值测试:

将延时整定为最小，动作阻抗Z2A，Z2B整定为某一值，在最大灵敏角下，施加试验电压量Uab，试验电流Iab，使测量阻抗Z2A< Z< Z2B；同时施加三相系统电压，使三相电压大于系统电压整定值，此时异步阻抗长延时不出口动作。再降低三相电压值使异步阻抗延长时出口动作，其动作值应与整定值相符，误差符合技术条件要求。

2．2．4  系统电压延时测试:

将延时整定为某一值,按（2.2.3）所述方法,施加激励量, 用毫秒计测延时，误差符合技术条件要求。

2．2．5  出口延时测试:

将延时值定为某一值，在最大灵敏角下，施加试验电压量Uab，试验电流Iab，电流值为1.2倍启动电流值，测量阻抗为0.8倍阻抗Z2B整定值，用毫秒计测延时，误差符合技术条件要求。

[结束语]  通过对60MW发电机失磁保护的原理，定值整定原则及保护装置的校验方法的阐述，使我对它有了深刻的了解，为以后的工作中遇到同样的保护提供了一定的参考依据。

参考文献：

[1]熊为群， 陶然 继电保护自动装置及二次回路第2版.北京:中国电力出版社，1999 ISBN-7-5083-0045-9

[2]毛锦庆，王庆乃，孙刚，孙玉成  电力系统继电保护  电力工程师手册-电气卷 北京：中国电力出版社，2000。ISBN7-5083-0218-4

[3]阿尔斯通失磁保护技术说明书

[4]东莞中电新能源热电有限公司继电保护整定计算书

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