发电机失磁保护的整定计算作者：佚名发布日期：2008-5-30 17:33:45 (阅631次)关键词: 保护电机目前，国内生产及应用的微机型失磁保护的类型主要有两类，一类是机端测量阻抗＋转子低电压型；另一类是发电机逆无功＋定子过电流型。

一、机端测量阻抗＋转子低电压型失磁保护的整定计算该型失磁保护用于判断发电机失磁或励磁降低到不允许的程度的判据主要有机端测量阻抗元件及转子低电压元件，失磁的危害判别元件只有系统低电压元件。

此外，为提高失磁保护动作可靠性（例如，躲系统振荡），还设置有时间元件。

对于该型失磁保护的整定，主要是对机端测量阻抗元件、转子低电压元件、系统低电压元件及时间元件的整定。

1、机端测量阻抗元件的整定（1）失磁保护阻抗元件动作特性的类别。

截至目前，国内采用的失磁保护阻抗元件在阻抗复平面上动作特性的类型主要有：异步边界阻抗圆、静稳边界阻抗圆及通过坐标原点的下抛阻抗圆。

圆内为动作区。

2、动作阻抗圆的选择及整定理论分析及运行实践表明：发电机失磁后，机端测量阻抗的变化轨迹，与发电机的结构、发电机所带有功功率及系统的联系阻抗均有关。

运行实践表明：按静稳边界构成的动作阻抗圆，在运行中容易误动。

目前国内运行的阻抗型失磁保护，多数采用异步边界阻抗圆、下抛阻抗圆。

在确定阻抗元件的整定值时，应首先了解发电机在系统的位置，与系统的联系阻抗及常见的运行工况等。

动作阻抗圆的整定阻抗一般按下式确定：XA=-0.5X’d(或XA=0)XB=-1.2XdXA、XB分别为异步边界阻抗圆的整定电抗。

Xd为发电机的同步电抗X’d发电机的暂态电抗另外，对于与系统联系阻抗较大的大型水轮发电机，动作阻抗圆应适当增大；而对于与系统联系阻抗较小的大型汽轮发电机，动作阻抗圆可适当的减小。

对于经常进相运行的发电机，应保证在发电机进相功率较大时（但未失步），机端测量轨迹不会进入动作阻抗圆内。

另外，若阻抗元件采用静稳边界阻抗圆，则必须由转子低电压元件进行闭锁。

此时，动作阻抗XA、XB可按下式决定XA=XCXB=-Xd目前，国内生产及应用的微机型保护装置，阻抗型失磁保护的转子低电压元件多采用其动作电压随发电机有功功率的增大而增大的UL-P 元件。

对转子低电压元件的整定，实际上是对Ufd0（最小转子动作电压）及K=tga的整定。

此外，对于水轮发电机，还需要决定曲线的拐点（即确定反应功率）。

（1）最小转子动作电压Ufd0的整定。

Ufd0＝（0.8～0.9）UfdxUfdx：发电机空载时的动作电压（2）特性曲线斜率K=tga的整定。

K=(Xall*Ufdx)/SXall：发电机电势与无穷大系统之间的标幺值电抗，Xall=Xd XTXL(Xall为发电机的同步电抗，XT为变压器的电抗，XL为发电机高压母线对系统的等值阻抗）。

Ufdx：发电机空载时的转子电压（有名值）。

S：发电机额定视在功率（有名值）。

（3）水轮发电机UL-P曲线的拐点。

等于水轮发电机的反应功率。

3、系统低电压元件的整定在发电机失磁保护中，所谓系统低电压元件，实际接入的是发电厂高压母线的电压。

该元件的动作电压通常按高压母线实际额定运行电压的85~90来整定，通常整定为85~90V（TV二次值）。

4、动作时间的整定为了确保系统振荡时失磁保护不误动，失磁保护动作后应经延时作用于出口。

另外，当发电机失磁失步后，机端阻抗的测量轨迹有可能交替地进入阻抗圆内又出来，再进入圆内又出来........。

为使保护能可靠出口，其动作延时不宜过长。

考虑到上述两种因素及目前系统振荡的最长振荡周期，失磁保护的动作延时应取0.75~1s。

二、逆无功＋过电流型失磁保护的整定该型保护有失磁检测元件、失磁运行危害判别元件、躲系统故障元件及时间元件构成。

1、失磁检测元件的整定失磁检测元件有过电流、过负荷元件及逆无功元件组成。

（1）逆无功元件。

逆无功元件按发电机的额定无功功率来整定。

Qdz=-(5~10)×QNQdz：逆无功元件的动作功率。

QN：发电机的额定无功功率。

（2）过电流、过负荷元件。

过负荷元件Idz1=Krel×（IN/Kr)Idz1：过负荷元件的动作电流。

Krel：可靠系数，取1.05。

IN：发电机的额定电流（取TA的二次电流值）。

Kr：返回系数，取0.95。

过电流元件的动作电流应大于过负荷元件的动作电流，即Idz2=1.1Idz1Idz1：过负荷元件的动作电流Idz2：过电流元件的动作电流2、失磁运行危害判别元件失磁运行危害判别元件由发电机有功功率元件、系统低电压元件及机端低电压元件构成。

（1）有功功率元件。

有功功率元件的整定，应按汽轮发电机较长时间（例如30min）无励磁运行时所允许带的有功负荷来整定。

Pdz≤40PNPdz：功率元件的动作功率（二次值）。

PN：发电机的额定功率（二次值）。

（2）系统低电压元件的动作电压。

系统低电压元件的动作电压（线电压二次值）为：Udz=85~90V。

（3）机端低电压元件的动作电压Udz（线电压二次值）为：Udz≤80~85V。

3、躲系统故障元件该元件由负序电压元件及时间记忆元件组成。

负序电压元件的动作电压：U2dz=8~10V（线电压二次值）。

负序电压消失后，该元件动作应保持动作状态至某一较长的时间，以可靠躲过系统故障切除后振荡时对失磁保护的影响，该时间应为6~9S。

4、各级时间元件该保护的动作延时有：减载出口延时、切厂用出口延时、切机出口延时，各延时均可取0.7~0.8S。

2 低阻抗判据Z＜反映发电机机端感受阻抗，当感受阻抗落入阻抗圆内时，保护动作。

失磁保护的阻抗圆常见有两种，一是静稳边界圆Z1；另一个是异步圆Z2，如图1所示。

还有介于两者之间的苹果圆（主要用于凸极机）。

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。

因此，静稳边界圆比异步圆灵敏。

由于静稳边界圆存在第一、二象限的动作区，在进相运行时，当进相较深的时候，有可能误动。

静稳边界圆Z1与纵轴交于A、B两点，A点为系统阻抗X S，B点为X d（同步电抗）。

在整定计算时，A点系统阻抗X S有时取最大方式下的阻抗，有时取最小方式下的阻抗，B点X d的取值有时为保证能可靠动作，乘上一个可靠系数K（K一般取1．2）［3］。

若机组不将进相运行作为正常运行方式，用以上整定计算方法保护都不会误动作。

但是若将进相运行作为正常的运行方式，整定计算时应充分考虑进相运行对保护的影响，以防止误动作［4］。

以襄樊电厂4＃机进相实验数据为依据，计算出在进相深度达到最大时（δ＝65°）的阻抗值，看是否会落入动作区内。

如表1.1）若X S取最小系统阻抗（大方式），A点为X s．min（0，3），B 点不乘可靠系数K，则B点为X d（0，－34）。

圆心（0，－15．5），半径18．5。

上表中三种工况所对应的感受阻抗与圆心的距离分别为21．1，20．8，21．8。

尚有10％以上的可靠系数。

2）若X S仍取最小系统阻抗，B点乘可靠系数1．2，B点为1．2 X d （0，－40．8）。

圆心（0，－18．9），半径21．9。

表1中三种工况所对应的感受阻抗与圆心的距离分别为23，23．3，22．6。

可靠系数小于5％，几乎没有裕度。

3）若X S取最大系统阻抗（小方式），A点为X s．max（0，4．7），B点不乘可靠系数K，B点为X d（0，－34）。

圆心（0，－14．7），半径19．4。

表1中三种工况所对应的感受阻抗与圆心的距离分别为20．7，20．6，21．76。

可靠系数小于7％，裕度很小。

4）若X S取最大系统阻抗（小方式），B点又乘可靠系数1．2。

表1中三种工况必有误动作发生。

由此可见，对进相运行的机组，以上第4种整定计算方法不可取。

第2、3种整定计算方法，在系统振荡，进相深度过深，三相不平衡以及机组特性差异等因素下，也可能造成保护误动而停机解列。

因此，对把进相运行作为正常运行方式的机组，宜采用异步圆跳闸，可有效保证进相运行时不误动。

若采用静稳圆，须用第1种整定计算方法，或干脆去掉阻抗圆的第一、二象限部分，取X S＝0，将系统等值为无穷大系统，B点取X d。

这样不仅整定计算简化，而且不会造成进相运行时保护误动。

2．3 系统低电压判据反映系统（电厂高压侧母线）三相同时低电压。

本判据主要用来防止由发电机失磁故障引发无功储备不足的系统电压崩溃。

这种判据在系统容量较小、电厂与系统联系薄弱或系统无功不足时，能可靠动作。

这种情况往往出现在远离负荷中心的水电厂或坑口火电厂的建设初期，或水电厂的枯水期［5］。

高压侧母线的三相电压严重下降将导致系统稳定运行的破坏，因此须快速跳闸。

当电厂建成后，一般有多台发电机并联运行，而且电厂能量外送的输变电工程也竣工投产，此时，一台发电机失磁不大可能将高压侧母线电压U m下降到整定值（0．8～0．85 U n）以下，本判据往往不能动作。

因此，在设计失磁保护的逻辑回路时，不应将系统低电压判据和其他失磁主判据“与”来出口，以免闭锁失磁机组的停机出口。

宜采用当其他失磁主判据满足时，若系统低电压判据不满足，则经一较长延时跳闸；若系统低电压判据也满足，则快速跳闸。

对于与系统联系紧密的电厂和小型机组，本判据完全可以取消。

采用静稳极限阻抗圆的发电机失磁保护原理在电力系统失磁发电机的机端阻抗变化轨迹，通常采用等有功阻抗圆、静稳极限阻抗圆来分析。

1.1等有功阻抗圆发电机功角特性关系［1］如下：P=E d sinδ/(X S+X d),Q=E d U S cosδ/(X S+X d)-U2S/(X S+X d)式中δ为发电机电动势E d和系统电压U S间的夹角；X d，X S分别为发电机电抗和系统的联系电抗；E d为发电机电势。

由上可知，发电机失磁后在失步前的一段时间内有功功率基本保持不变。

由于系统电压变化不明显，因此从图1可知，发电机机端测量阻抗为(1)式中P为失磁发电机送至系统的有功功率；Q为无功功率；图1等值系统图式(1)中U S，X S，P为常数； φ为变数，故它是个圆的方程，圆心为。

这个阻抗圆称之为等有功阻抗圆，它反映了发电机失磁至失步前机端阻抗的变化轨迹(如图2所示)。

1.2静稳极限阻抗圆由发电机功角特性关系可知，发电机失磁后，当转子间的位移角δ=90°时，发电机处于失步前的临界状态，此时发电机送至系统的无功功率为发电机机端测量阻抗为(2)式(2)中，U S，X S和Q为常数时，则为一个圆的方程式，其圆心为,半径为当δ=90°时，用代入(2)可得(3)式(3)为一圆方程式，圆心为［0,-j(X d-X S)］,半径为(X d+X S),其轨迹如图3所示。

这是发电机失磁后即将失去静稳的状态时得出的，因此称为静稳极限阻抗圆，圆内为失步区。