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1、发电机失磁保护原理的比较和分析第33卷第20期2005年10月16日继电器RELAYVol_33No.20Oct.16,200533发电机失磁保护原理的比较和分析薛伊琴(南京下关发电厂发电部,江苏南京210011)摘要:介绍了发电机失磁保护的新,旧两种原理,发电机失磁故障发生后的系统的特征量,发电机失磁后造成的危害.详细地介绍了新的逆无功原理的发电机失磁保护的方案配置,整定值的设定.并对发电机失磁保护两种原理的实现方案进行了分析,比较;提出了用逆无功原理的发电机失磁保护方法处理发电机失磁问题时相对于传统的阻抗型发电机失磁保护的多种优点;它是处理发电机失磁问题的方向.关键词:发电机失磁保护;系统
2、特征量;阻抗原理;逆无功原理中图分类号:TM31;TM771文献标识码:A文章编号:1003-4897(2005)20430334330引言同步发电机转子绕组通入直流电流建立主磁场.良好的励磁是保证发电机正常运行的基础,也是保证电力系统运行稳定的基础.发电机失磁运行对机组本身及系统均有影响.因此,发电机失磁保护既是机组保护,又是系统保护.l发电机失磁后系统特征量发电机失磁后不但不发出无功功率还要从系统吸收无功功率.当系统无功功率储备不足时将导致发电厂母线电压,发电机机端电压下降.发电机失磁后,由于发电机吸收无功量的增大及定子电压的降低,定子电流就会增大.有功功率越大,定子电流就会越大.发电机从
3、失磁到功角增大到90.的过程中,发电机的电磁功率先减小,但原动机的机械功率来不及减小,造成转子加速使功角不断增大,当功角大于90.发电机失步运行时发电机的异步功率维持着输入,输出功率平衡.发电机失磁后无功很快减小到零,然后向负变化到较大值.失步后发电机的无功功率按照滑差周期有规律的摆动.失磁发电机维持的有功功率越大及滑差越大,发电机从系统吸收的无功越大.发电机从失磁开始到稳定异步运行其机端测量阻抗沿着等有功阻抗圆由第1象限向第4象限变化情况并监视失磁故障对机组和系统的影响.阻抗原理失磁保护的逻辑如图1.闸闸图1阻抗原理失磁保护的逻辑框图Fig.1LJocf_rameofimpedancefie
4、ldfailureprotection当发电机失磁导致机端阻抗由第一象限进入第四象限时,保护延时+T(延时主要是防止系统振荡时阻抗元件的误动作)发出信号并出口(如切换励磁或切换厂用电源等);当发电机失磁导致机端电流超过整定值时,为保护发电机则延时发出信号并出口(如降出力);当发电机失磁并导致系统低电压时,经延时发出信号并跳闸切机;当发电机阻抗条件和转子低电压条件同时满足(这种情况的阻抗元件动作可以排除是系统振荡引起的,故取消延时)保护则延时发出信号并出口(如解列灭磁).当断线时失磁保护被闭锁.2阻抗原理的发电机失磁保护3逆无功原理的发电机失磁保护在国内由低阻抗元件及转子低电压元件构成的失磁保护
5、应用较多.该原理采用阻抗圆为主判据,辅之以其它判据能区分短路,系统振荡,断线等3.1构成原理发电机失磁及励磁降低至不允许程度的主要标志是逆无功和定子过电流同时出现.继电器该原理保护的输入量有:发电机机端三相电压,三相电流及主变高压侧三相电压.3.1.1保护的判据并网运行的发电机失磁之后无功很快进相(功角在90.之前便进相),此时若发电机维持的有功较大则定子过电流.该原理失磁保护直接反映发电机失磁后机组从系统吸收无功的程度和定子过电流的情况,又增加了机端低电压,系统低电压,机组有功功率的判据从而能监视失磁对机组本身和系统的影响.检测发电机失磁运行的主判据为逆无功和定子电流.失磁运行的危害判据有系
6、统低电压,机端低电压和有功功率.系统低电压,机端低电压用于判断失磁对系统及厂用电的影响;有功功率用于判断失磁运行对机组的危害程度.保护中采用判据的物理概念清晰,容易整定且不受系统运行方式的影响.该保护原理取消了转子电压的辅助判据,特别适合于无刷励磁的发电机.3.1.2保护躲系统异常运行的方案系统异常运行方式主要有系统振荡和系统故障.采用延时元件可躲过系统振荡对保护的影响;采用负序电压闭锁元件可躲系统故障及故障切除后系统振荡对保护的影响.3.2逆无功原理失磁保护的逻辑图图2逆无功原理失磁保护逻辑框图Fig.2Logicframeofinversereactivepowerfieldfailure
7、protection逆天功原理失磁保护的逻辑如图2.发电机失磁后,无功倒流,定子电流变大.此时逆无功元件,定子过负荷元件,定子过电流元件动作.逆无功元件及过负荷元件动作后,启动时间开始计时.此时若发电机的有功功率较大,保护发出减有功指令自动减小发电机有功功率.在装置发出减有功信号及出K1的同时还由”或门”构成一个自保持环节,这是防止发电机失步后由于电流幅度波动过大导致减有功元件不断返回影响减有功的速度及效果.若逆无功元件,过电流元件及机端低电压元件均动作则经延时发出切换厂用电及跳灭磁开关的命令.对励磁回路短路造成的失磁,跳灭磁开关可以减小短路对设备的持续损害同时也利于采取措施将发电机恢复同步.
8、发电机全失磁失步运行的危害要比部分失磁失步运行的危害小,因此失磁保护动作后跳一次灭磁开关是必要的.当发电机失磁运行危及电力系统的稳定性时,逆无功元件,定子过电流元件及系统低电压元件同时动作经延时后发出切机命令.当系统发生故障时会出现负序电压,负序电压元件动作后闭锁失磁保护,且在故障切除后,失磁保护仍被闭锁时间以确保故障切除后系统短时振荡时失磁保护不会误动.因为发电机失磁故障是对称性故障所以负序电压闭锁环节对该保护是有利的.4逆无功原理失磁保护的优点理论及运行实践表明阻抗原理失磁保护存在一些问题.4.1阻抗元件判据的整定1)当阻抗元件按静稳边界的条件整定时,为防止误动必须由转子低电压元件闭锁,但
9、是转子低电压元件的动作电压也是按静稳边界确定的,因此当系统出现问题时两个元件同时误动的可能性是存在的.2)当阻抗元件按异步边界的条件整定时,若失磁发电机维持的有功,与系统的联系电抗都较大时则等有功阻抗圆距异步边界圆较远,两者可能无交点或相交部分很小会造成失磁发电机失步前机端阻抗的测量轨迹不会进入异步阻抗圆内.发电机失步之后虽机端测量阻抗轨迹能进入圆内,但由于同步功率的存在,机端测量阻抗在不断地变化,特别是发电机维持有功很大及部分失磁或剩磁很大时会使机端测量阻抗变化的幅度很大而造成阻抗值在整定圆内外不停地摆动.由于失磁保护动作有延时,故保护有拒动的可能性.3)阻抗判据的整定计算内容多又复杂,所需
10、机组和系统的参数多,理论概念抽象不易理解.4.2失磁保护中采用转子电压判据存在的问题薛伊琴发电机失磁保护原理的比较和分析351)无刷励磁的发电机无法取得转子电压;2)现代的励磁系统采用可控硅整流,励磁电流中的高次谐波分量很大,特别是大型发电机转子电压中的高次谐波分量很大,有的高达12kV.这么高的电压引到保护装置中不利于装置的安全运行;3)转子电压通过电缆引接到保护柜上,人为地增加了转子回路长度容易引起故障,同时保护柜内的转子电压对人员的安全也不利;4)转子低电压还有二级判据的整定(目前被称作变励磁判据),该判据的动作电压是按照并网运行发电机的功角等于90.(即静稳极限)的条件下算出的,是一个
11、随有功功率的增大而增大的动态定值.整定计算内容多又复杂,所需机组和系统参数多,理论概念抽象不易理解.5)保护装置中转子电压值的采集不像交流电量那样容易和精确,在工程上一般是采用霍尔传感器来转换,因转子电压值变化范围大,其转换精度也不易做到很高.逆无功原理的发电机失磁保护完全避免了以上的缺点.5结语“逆无功原理”的创造者是西北电科院的专家李玉海教授级高级工程师.该原理是他丰富的理论和现场实践经验的结晶,在多个电厂试运行十几年的基础上于2000年通过了科学技术成果鉴定.目前在数百台机组的微机发变保护装置上运行,时间和实践都证明了该原理的优良性.收稿日期:2005_02_03作者简介:薛伊琴(197
12、3一),女,硕士研究生,工程师,从事运行技术管理工作.ComparisonandanalysisoftheoryofgeneratorlossoffieldprotectionsXUEYiqin(XiaguanPowerPlant,Nang210011,China)Abstract:Thispaperintroducesthenewandconventionaltheoriesofgeneratorlossoffieldprotection.Systemcharacteristicandharmofgeneratorlossoffieldfailureareproposed.Itdetails
13、theinversereactivecriterionandthesettingvaluesofthelossoffieldprotection.Thecriterionsofgeneratorinversereactivelossoffieldprotectionandgeneratorstaticstability(asynchronous)boundarycirclelossoffieldprotectionareanalysedandcompared.Theadvantagesofgeneratorinversereactivelossoffieldprotectionareintro
14、ducced.Thenewinversereactivecriterionisbetterthantheimpedancecriterion.Keywords:lossoffieldprotectionofgenerator;systemcharacter;impedancecriterion;inversereactivecriterion规约交流新平台一一中国规约网2005年7月,由国家继电器质量监督检验中心下属规约测试研究中心创办的专业技术网站”中国规约网rdl3gW.chinaprotoco1.con”正式开通了本网站以规约技术交流为宗旨,以客户服务为目标,针对广大生产厂家和电力用户应
15、用规约时的疑点和难点,创建了国内第一个较为全面的技术网站.网站服务项目有以下突出特点:1.提供了大量的中英文技术文档,不但可以满足开发人员对常用规约的下载需求,还刊载了众多国内,国际知名专家的经验理论,如IEC61850的发展动态等.2.针对当前规约开发的难点和重点,提供了大量真实的规约报文和相关解析,供广大网友品位评论,如103规约的扰动数据传输过程等.3.刊载了国际上关于IEC规约的技术讨论专题(原文及翻译),让国内规约从业者能够领略国外同行的精辟见解,加深规约应用的理论认识.4.全面介绍国际权威的KEMA测试理论,为电力行业”如何保证规约的一致性和互操作性”问题提供了全面而有效的解决方案.5,中国规约论坛,”有问必答,共同进步”,是中国所有规约人的知识乐园.“中国规约网”和规约测试研究中心时刻欢迎各位朋友的光临
