淺談汽輪發(fā)電機失磁保護的整定及校驗

摘要：闡述了發(fā)電機失磁保護整定及校驗的計算過程，并對失磁保護進(jìn)行了模擬試驗，以供電氣工程技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機;整定計算;保護校驗

0 引言

同步發(fā)電機失磁使得發(fā)電機以感應(yīng)發(fā)電機模式運行，此時發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加，輸出的有功功率降低，發(fā)電機向系統(tǒng)吸收無功功率，從而在發(fā)電機轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出大電流，定子電流值可能達(dá)到2倍的額定電流值，在短時間內(nèi)引起發(fā)電機內(nèi)部過熱。此外，發(fā)電機向系統(tǒng)吸收大量的無功功率，如果系統(tǒng)無功儲備不足，差額越大，系統(tǒng)電壓水平下降越嚴(yán)重，將嚴(yán)重威脅到系統(tǒng)的安全運行，甚至使系統(tǒng)因電壓崩潰而瓦解[1]。

1 失磁保護邏輯

云南先鋒化工有限公司50 MW發(fā)電機失磁保護采用SEL-300G型微機保護裝置，用一對帶偏移電抗特性的姆歐阻抗圓來檢測發(fā)電機的失磁故障，其動作特性為負(fù)向偏移電抗元件特性。發(fā)電機失磁保護邏輯如圖1所示，40XD1為一段失磁保護元件的偏移電抗;40Z1P為一段姆歐阻抗圓的直徑;40Z1D為一段失磁保護動作出口元件;40Z1T為一段失磁保護的動作時限;40XD2為二段失磁保護元件的偏移電抗;40Z2P為二段姆歐阻抗圓的直徑;40Z2D為二段失磁保護動作出口元件;40Z2T為二段失磁保護的動作時限;40ZTC為力矩控制方程，40ZTC=！60LOP。

2 失磁保護的整定計算

SEL-300G型微機保護裝置失磁保護的動作特性如圖2所示，失磁保護二段阻抗元件的姆歐動作上邊界圓與阻抗平面的縱軸交點為負(fù)向偏移電抗時，其一段姆歐阻抗圓的直徑40Z1P等于-1.0 pu（即發(fā)電機額定阻抗），一段失磁保護的偏移阻抗40XD1等于發(fā)電機暫態(tài)電抗-Xd′/2，二段姆歐阻抗圓的直徑40Z2P等于發(fā)電機的直軸電抗Xd，二段失磁保護的偏移電抗40XD2等于一段失磁保護的偏移電抗[1]。Xd′、Xd為標(biāo)幺值，需折算到二次側(cè)有名值，即：

式中：Uj為發(fā)電機二次側(cè)額定電壓基準(zhǔn)值，變比為10.5 kV/100 V;Ij為發(fā)電機二次側(cè)額定電流值;Xd′、Xd為發(fā)電機銘牌參數(shù)（標(biāo)幺值）;Sj發(fā)電機額定視在功率。

3 發(fā)電機失磁保護定值表

邏輯方程：40ZTC=！60LOP整定為1;一段阻抗圓直徑：40Z1P=88.2 Ω;一段阻抗圓偏移阻抗：40XD1=-19.5 Ω;一段延時動作時間40Z1D=0.3 s;二段阻抗圓直徑：40Z2P=306.8 Ω;二段阻抗圓偏移阻抗：40XD2=-19.5 Ω;二段延時動作時間：40Z2D=1.0 s;二段保護方向監(jiān)視角：0°。

4 發(fā)電機失磁保護校驗

失磁保護作為發(fā)電機重要的保護之一，試驗重點要模擬發(fā)電機運行中的失磁狀態(tài)，驗證其動作的可靠性和靈敏性。

4.1? ? 試驗前準(zhǔn)備

（1）做好安全措施和技術(shù)措施，斷開保護裝置處所有電流端子拉板，拆除A、B、C、N相電壓線，將微機保護裝置與外接回路斷開，測試電壓回路絕緣合格。

（2）退出SEL-300G保護屏所有保護及開關(guān)跳閘壓板，測試時只投入失磁保護壓板，防止其他保護動作影響到試驗結(jié)果。

4.2? ? 發(fā)電機一、二段失磁保護動作電流計算

式中：Krel為可靠動作系數(shù);Uj為二次側(cè)相電壓。

計算發(fā)電機在額定運行情況下，低勵使發(fā)電機達(dá)到穩(wěn)態(tài)極限，汽輪發(fā)電機功角δ=90°時，其動作電壓值U=Ij×40XD1=

0.687 4×19.5≈13.4 V，可靠動作電壓U1=Krel×U=1.05×13.4≈14.1 V，Krel為可靠動作系數(shù)，Ij為發(fā)電機二次側(cè)額定電流。

4.3? ? 發(fā)電機一、二段失磁保護校驗

（1）測試儀加正序電壓UA：57.74∠0°，UB：57.74∠-120°，UC：57.74∠120°。保持電流角度IA：0.562∠-90°，IB：0.562∠-210°，IC：0.562∠30°不變，增加電流幅值，步長0.05 A，記錄一段失磁保護動作數(shù)據(jù)。

（2）測試儀加正序電壓UA：57.74∠0°，UB：57.74∠-120°，UC：57.74∠120°。保持電流角度IA：0.186∠-90°，IB：0.186∠-210°，IC：0.186∠30°不變，增加電流幅值，步長0.05 A，記錄二段失磁保護動作數(shù)據(jù)。

（3）測試儀加正序電流IA：0.7∠0°，IB：0.7∠-120°，IC：0.7∠120°不變，分別改變電壓大小至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°，步長2 V，記錄失磁保護的兩次動作數(shù)據(jù)。

4.4? ? 發(fā)電機失磁保護動作記錄

發(fā)電機失磁保護動作記錄如表1所示。

5 結(jié)語

在發(fā)電機繼電保護中，失磁保護的整定計算和校驗是難點之一。本文通過對發(fā)電機失磁保護進(jìn)行整定計算和模擬試驗，對于發(fā)電機的保護整定計算及校驗工作具有一定指導(dǎo)意義，可供工程技術(shù)人員參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王維檢.電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用[M].北京：中國力出版社，1996.

[2] SEL-300G微機保護裝置使用手冊[Z].

收稿日期：2020-07-06

作者簡介：侯進(jìn)沖（1976—），男，云南丘北人，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護配置、計算及電氣運行維護。