發(fā)電機(jī)阻抗原理失磁保護(hù)探究

何耀蝶

（廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東廣州　510080）

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發(fā)電機(jī)阻抗原理失磁保護(hù)探究

何耀蝶

（廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東廣州510080）

摘要：介紹發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的現(xiàn)狀，阻抗型失磁保護(hù)原理和特點(diǎn)，通過對(duì)湛江中粵能源有限公司調(diào)順電廠1號(hào)機(jī)組發(fā)變組保護(hù)改造，分析發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程的結(jié)果，提出改造后的保護(hù)方案存在的問題，對(duì)可能產(chǎn)生失磁保護(hù)誤動(dòng)作的原因及保護(hù)判據(jù)存在的不足進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：調(diào)試；發(fā)電機(jī)；失磁保護(hù)；阻抗

0　引言

勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。一旦發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁部分消失或者完全消失，勵(lì)磁電流將會(huì)逐漸衰減，在勵(lì)磁完全消失的情況下，勵(lì)磁電流將衰減至零。勵(lì)磁電流的減小的情況下，發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)將降低，從而導(dǎo)致勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩也小于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，引起轉(zhuǎn)子加速，這種情況下，發(fā)電機(jī)的功角將增大。一旦發(fā)電機(jī)功角大于靜態(tài)穩(wěn)定極限角，發(fā)電機(jī)將與系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機(jī)出口斷路保護(hù)裝置動(dòng)作，斷開發(fā)電機(jī)出口斷路器，將發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)隔離，保護(hù)發(fā)電機(jī)和保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，這就是發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)。

目前國內(nèi)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)按照保護(hù)原理來區(qū)分主要有阻抗原理和逆無功原理兩種。本文僅就湛江中粵能源有限公司調(diào)順電廠1號(hào)機(jī)組發(fā)變組保護(hù)中的失磁保護(hù)實(shí)例，對(duì)阻抗原理失磁保護(hù)進(jìn)行探討。

1　保護(hù)原理

在阻抗復(fù)平面上，正常情況下，滯相運(yùn)行時(shí)，機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡在第一象限內(nèi)；進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡在第四象限內(nèi)。在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁部分消失或者完全消失的情況下，機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡將由等有功阻抗圓進(jìn)入異步邊界圓內(nèi)。在失磁的情況下，將可能使得機(jī)端電壓或者系統(tǒng)電壓下降。根據(jù)這些特點(diǎn),機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡是發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的重要判據(jù)。其保護(hù)邏輯圖如圖1所示。

保護(hù)輸入量有機(jī)端三相電壓、發(fā)電機(jī)三相電流、主變高壓側(cè)三相電壓（或某一相間電壓）、轉(zhuǎn)子直流電壓。

圖1　發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)阻抗圓原理邏輯圖

2　調(diào)試過程分析

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)調(diào)試定值，對(duì)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)進(jìn)行模擬測(cè)試。

在滿足失磁保護(hù)動(dòng)作的阻抗條件的同時(shí)，分別給發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)輔助判據(jù)輸入電壓，使保護(hù)裝置失磁保護(hù)動(dòng)作，記錄保護(hù)動(dòng)作時(shí)各輔助判據(jù)的動(dòng)作值如表1所示。

表1　發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)輔助判據(jù)測(cè)試結(jié)果

給保護(hù)裝置同時(shí)輸入三相對(duì)稱的電壓和三相對(duì)稱的電流，電流幅值保持不變，電壓電流兩者之間的相位角保持不變，改變電壓的幅值，使保護(hù)裝置失磁保護(hù)動(dòng)作，記錄機(jī)端測(cè)量阻抗的數(shù)值如表2所示。

通過測(cè)試，可以看出機(jī)端測(cè)量阻抗是否進(jìn)入保護(hù)定值整定的阻抗圓是判斷發(fā)電機(jī)低勵(lì)或失磁的主要依據(jù)。根據(jù)保護(hù)定值中整定阻抗的值,阻抗圓分別為：靜穩(wěn)邊界阻抗圓和異步邊界阻抗圓。如圖2所示，圓Ⅰ為靜穩(wěn)邊界阻抗圓，圓Ⅱ?yàn)楫惒竭吔缱杩箞A；Xd為發(fā)電機(jī)同步電抗，Xd’為發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗；Xs為系統(tǒng)電抗。為了滿足發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的需要，用過原點(diǎn)的兩條切線將阻抗切去一部分。但是由于在阻抗復(fù)平面-jXd處，圓Ⅰ與圓Ⅱ重疊。對(duì)于系統(tǒng)振蕩的情況，發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡有可能進(jìn)入阻抗圓的內(nèi)部，從而導(dǎo)致失磁保護(hù)誤動(dòng)作。因此，保護(hù)邏輯中增加了轉(zhuǎn)子低電壓的輔助條件閉鎖措施。只有以上這些條件都滿足的情況下,再根據(jù)系統(tǒng)電壓和功率等電氣量,保護(hù)裝置的失磁保護(hù)才會(huì)根據(jù)邏輯動(dòng)作予告警或跳閘。

表2　發(fā)電機(jī)失磁阻抗判據(jù)測(cè)試結(jié)果

圖2　異步邊界阻抗圓和靜穩(wěn)邊界阻抗圓

3　保護(hù)方案存在的問題

湛江中粵能源有限公司調(diào)順電廠1號(hào)機(jī)組發(fā)變組保護(hù)改造后，其阻抗型失磁保護(hù)存在的問題主要有：

（1）異步邊界阻抗圓和靜穩(wěn)邊界阻抗圓在-jXd處重疊，可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。圓Ⅰ與圓Ⅱ重疊在阻抗復(fù)平面-jXd處重疊。在系統(tǒng)振蕩的工況下，極有可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗軌跡進(jìn)入阻抗圓內(nèi)部，保護(hù)裝置誤動(dòng)作。因此,在保護(hù)邏輯中，阻抗圓判據(jù)加入保護(hù)延時(shí)1.5s。但是保護(hù)判據(jù)1.5s的延時(shí)使得系統(tǒng)故障時(shí)無法及時(shí)切除，大大降低了失磁保護(hù)的靈敏性。

（2）轉(zhuǎn)子電壓作為輔助判據(jù)存在著局限性。對(duì)于采用無刷勵(lì)磁的機(jī)組，該保護(hù)邏輯無法運(yùn)用；同時(shí)在系統(tǒng)振蕩或者發(fā)電機(jī)失磁后的異步運(yùn)行過程中,由于轉(zhuǎn)子電壓波動(dòng)較大，有可能導(dǎo)致失磁保護(hù)裝置誤動(dòng)。

4　結(jié)果分析

從上述的分析可知：①若系統(tǒng)只是瞬時(shí)振蕩且在1.5s內(nèi)振蕩消失，那么即使機(jī)端測(cè)量阻抗軌跡進(jìn)入保護(hù)整定的阻抗動(dòng)作圓內(nèi)，由于保護(hù)判據(jù)有著1.5s的延時(shí)，失磁保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作。②若系統(tǒng)長時(shí)間振蕩，導(dǎo)致機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡進(jìn)入阻抗動(dòng)作圓內(nèi)部的時(shí)間超過1.5s，則保護(hù)將有可能在未失磁的情況下誤動(dòng)作。針對(duì)系統(tǒng)長時(shí)間振蕩的極端情況，在確保發(fā)電機(jī)主保護(hù)等其他保護(hù)都投入使用時(shí)，建議暫時(shí)性退出阻抗型失磁保護(hù)，待系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后再投入使用。

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作者簡介：何耀蝶（1988-），男，助理工程師，本科，從事電力系統(tǒng)的調(diào)試和試驗(yàn)類工作。