发电机失磁保护介绍(材料详实)
发电机失磁保护
发电机失磁保护本文主要介绍发电机失磁产生的影响、发电机失步爱护、发电机逆功率爱护以及发电机过电压爱护。
一、发电机失磁产生的影响需要从电网中汲取很大的无功功率以建立发电机的磁场，所需无功功率的大小主要取决于发电机的参数以及实际运行的转差率。
由于从电力系统中汲取无功功率将可能引起电力系统电压下降，假如电力系统的容量较小或无功功率的储备不足，可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其它邻近点的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。
由于失磁发电机汲取了大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所能发出的有功功率将较同步运行时有不同程度的降低，汲取的无功功率越大，则降低越多。
失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子励磁回路中将产生差频电流，因而形成附加损耗，使发电机转子和励磁回路过热。
明显，当转差率越大时，所引起的过热也越严峻。
失磁后会引起发电机组的振动，凸极机振动更厉害。
二、发电机失步爱护这部分主要介绍什么是发电机失步爱护、失步爱护要求、失步爱护构成原理和出口方式。
定义：当系统受到大的扰动后，发电机或发电机群可能与系统不能保持同步运行，即发生不稳定振荡，称失步。
失步爱护要求：①失步爱护装置应能鉴别短路故障和不稳定振荡，发生短路故障时，失步爱护装置不应动作。
②失步爱护装置应能尽快检出失步故障，通常要求失步爱护装置在振荡的第一个振荡周期内能够检出失步故障。
③检出失步故障实行跳闸时，从断路器本身的性能动身，不应在发电机电动势与系统电动势夹角为180°时跳闸。
④失步爱护装置应能鉴别不稳定振荡和稳定振荡(通常发电机电动势与系统电动势间相角摆开最大不超过120°时为稳定振荡，即是可恢复同步的振荡)，在稳定振荡的状况下，失步爱护不应误动作。
失步爱护构成原理：利用两个阻抗继电器先后动作挨次反应发电机机端测量阻抗的变化。
出口方式：推断为减速失步时，发减速脉冲；推断为加速失步时，发加速脉冲；经过处理仍旧处于失步状态时，就动作于解列灭磁。
7.5 发电机的失磁保护
圆周随之由第一象限过渡到第四象限。
第二阶段：临界失步点 对汽轮发电机组，当δ=90°时，发电机处于失去静 态稳定的临界状态，故称为临界失步点。输送到受端的 无功功率为：
2 2 Ed U S US US Q cos 90 X X X
式中，Q为负值，表明临界失步时，发电机自系统 吸收无功功率，且为一常数，故临界失步点也称为等无 功点。此时机端的测量阻抗为：
1、发电机在失磁过程中的机端测量阻抗 发电机从失磁开始到进入稳态异步运行，一般可分 为三个阶段: 第一阶段：失磁后到失步前 在此阶段中，转子电流逐渐减小，发电机的电磁功 率P开始减小，由于原动机所提供的机械功率还来不及减 与U 之间的功率角δ随之 小，于是转子逐渐加速，使 E d S 的减小 增加，P又要回升，这一阶段中，sinδ的增大与 E d 相互补偿，基本上保持了电磁功率P不变。
的减小和δ的增大而迅速 同时，无功功率Q将随着 E d 减小，Q值将由正变为负，即发电机变为吸收感性的无 功功率。
此Hale Waihona Puke 段中，发电机端的测量阻抗为： 2 U U j I X U U U g S Zg S S S jX S S jX S U I I S I S
Xd XS X d X S j 2 Zg j j e 2 2
圆心: (0,
Xd XS ) 2
jX
jX S
Xd XS 半径: 2
发电机的失磁保护
发电机失磁故障是指发电机的励磁突然消失或部分消失。
对于失磁的原因有：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、及回路发生故障等。
当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减至零。
由于发电机的感应电势Ed 随着励磁电流的减小而减小，因此，其励磁转矩也将小于原动机的转矩，因此引起转子加速，使发电机的功角δ增大。
当δ超过静态稳定极限角时，发电机与系统失去同步。
发电机失磁后将从系统中吸取感性无功供给转子励磁电流，在定子绕组中感应出电势。
在发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出频率为ff－fs（fs为系统频率、ff为发电机频率）的电流，此电流产生异步制动转矩，当异步转矩与原动机转矩达到平衡时，即进入稳定的异步运行。
当发电机异步运行时，将对发电机及电力系统产生巨大的应影响。
⑴需要从系统中吸收很大的无功功率以建立发电机磁场。
⑵由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统的电压下降，如果电力系统的容量较小或无功储备不足，则可能使失磁的发电机端电压、升压变压器高压侧的母线电压、及其它的临近点的电压低于允许值，从而破坏了负荷与电源间的稳定运行，甚至引起电压崩溃而使系统瓦解。
⑶由于失磁发电机吸收了大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所发的有功功率将减少。
⑷失磁发电机的转速超过同步转速，因此，在转子及励磁回路中将产生频率为ff－fs的交流电流，因而形成附加的损耗，使发电机转子和励磁回路过热。
对于水轮机，①其异步功率较小，必须在较大的转差下运行，才能发出较大的功率。
②由于水轮机的调速器不够灵敏，时滞大，乃至可能在功率未达到平衡时就以超速，使发电机与系统解列。
③其同步电抗较小，异步运行时，则需要从电网吸收大量的无功功率。
④其纵轴和横轴不对称，异步运行时，机组震动较大等因素的影响，因此发电机不允许失磁。
因此必须加装失磁保护。
1 发电机失磁保护失磁保护作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障保护。
由整定值自动随有功功率变化的励磁低电压Ufd(P)、系统低电压、静稳阻抗、TV断线等判据构成，分别动作于发信号和解列灭磁。
发电机失磁保护
实验五 发电机失磁保护一、实验目的1. 理解失磁保护的动作原理；2. 掌握失磁保护的逻辑组态。
二、实验原理发电机励磁系统故障使励磁降低或全部失磁，从而导致发电机与系统间失步，对机组本身及电力系统的安全造成重大危害。
因此大、中型机组要装设失磁保护。
对机端有单独断路器，较小容量的机组，失磁保护采用静稳阻抗发信号，异步阻抗出口跳机端断路器的保护方案，直接针对发电机运行情况减少异常运行时对外部系统的影响，保护带TV 断线闭锁。
(1) 失磁静稳阻抗其定值如下：a. 静稳边界阻抗主判据阻抗扇形圆动作判据匹配发电机静稳边界圆，采用0︒接线方式(ab .U、ab .I )，动作特性见图2-2所示，发电机失磁后，机端测量阻抗轨迹由图中第I 象限随时间进入第Ⅳ象限，达静稳边界附近进入圆内。
静稳边界阻抗判据满足后，至少延时1s ～1.5s 发失磁信号、压出力或跳闸，延时1s ～1.5s 的原因是躲开系统振荡。
扇形与R 轴的夹角10︒～15︒为了躲开发电机出口经过渡电阻的相间短路，以及躲开发电机正常进相运行。
需指出，发电机产品说明书中所刊载的xd值是铭牌值，用“xd(铭牌)”符号表示，它是非饱和值，它是发电机制造厂家以机端三相短路但短路电流小于额定电流的情况下试验取得的，误差大，计算定值时应注意。
b. 稳态异步边界阻抗判据发电机发生凡是能导致失步的失磁后，总是先到达静稳边界，然后转入异步运行，进而稳态异步运行。
该判据的动作圆为下抛圆，它匹配发电机的稳态异步边界圆。
保护方案的特点是：全失磁或部分失磁失步，Z1<动作，经t1=1s~1.5s延时发失磁信号，尚不跳闸，允许失磁发电机较长时间运行继续向系统输出一定有功，Z2<动作后经长延时t2=1s~300s跳闸。
框图中，虽然Z2<经t2延时单独跳闸，但不会发生因整定误差而在正常进相运行时误跳，因Z2<动作圆小，启动电流取0.3A。
t1出口发失磁信号，t2动作后作用于跳闸。
发电机失磁保护原理
发电机失磁保护原理
发电机失磁保护原理是指当发电机磁场消失或降低时，保护装置将自动切断发电机与电网之间的连接，以防止发电机损坏。
发电机的磁场是由励磁系统提供的，一般由励磁电源和励磁绕组组成。
当发电机工作时，励磁电源通过励磁绕组产生磁场，进而激励转子产生电压。
如果由于某种原因导致励磁电源故障或励磁绕组开路，励磁电流就会中断，发电机的磁场将会消失或降低。
失磁保护装置通常是安装在励磁绕组回路中的保护继电器。
当励磁电流异常或中断时，保护继电器会检测到这种变化，并立即发出信号。
该信号可以用来切断发电机与电网之间的连接，或者触发其他措施，例如启动备用电源。
失磁保护装置的原理是基于励磁电流的监测。
一般来说，励磁电流应该维持在一个合适的范围内，如果励磁电流异常高或低，就说明励磁系统可能存在问题。
保护继电器会对励磁电流进行检测，一旦检测到异常情况，就会触发相应的保护措施。
失磁保护是发电机保护中的重要一环，可以有效地防止发电机在失去磁场的情况下继续工作，并保护发电机不受损坏。
它在发电厂、电力系统中应用广泛，提高了发电机的安全性和可靠性。
发电机失磁(逆无功)
发电机失磁保护（逆无功原理）一、保护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）。
失磁的危害判据有现。
逆无功原理的失磁保护主判据是逆无功（-Q）和定子过电流（I＞系统低电压（Us＜）和机端低电压（Ug＜），用来判别发电机失磁对系统及对厂用电的影响。
另外，为减少发电机失磁运行时的危害程度，采用发电机有功功率判据（P＞）。
减有功图一发电机逆无功原理失磁保护逻辑图二、一般信息2. 1 输入TA/TV定义注：对应的保护压板插入，保护动作时发信并出口跳闸；对应的保护压板拔掉，保护动作时只发信，不出口跳闸。
2.6投入保护开启液晶屏的背光电源，在人机界面的主画面中观察此保护是否已投入。
（注：该保护投入时其运行指示灯是亮的。
）如果该保护的运行指示灯是暗的，在“投退保护”的子画面点击投入该保护。
2.7参数监视点击进入发电机逆无功原理式失磁保护监视界面，可监视保护定值，有功功率、无功功率、发电机机端电压、系统低电压等有关信息。
三、保护动作整定值测试3.1逆无功定值测试外加三相电流和三相电压，满足过有功和过负荷条件，通过改变电流和电压的夹角来改变无功达动作值使保护出口。
记录数据。
3.2 有功功率定值测试外加三相电流和三相电压，满足逆无功和过负荷条件，增大电流达有功功率动作值使保护出口。
记录数据。
3.3 高压侧低电压定值测试在满足逆无功和过电流条件的同时，在高压侧电压输入端子CA相加电压，改变电压幅值，使t3出口灯亮。
记录数据。
3.4 机端低电压定值测试在满足逆无功和过电流条件的同时，改变机端三相电压幅值，使t2出口灯亮。
记录数据。
3.5 过负荷电流定值测试在满足逆无功和过有功功率条件的同时，增大电流达过负荷定值使t1出口灯亮。
记录数据。
3.6 过电流定值测试在满足逆无功和机端低电压条件的同时，增大电流达过电流定值使t2出口灯亮。
记录数据。
3.7 负序电压定值测试降低逆无功、过负荷、过电流及有功功率定值，同时提高低电压定值，外加三相电流和三相电压，在满足保护动作条件并有出口灯亮时，改变某一相电压幅值使负序电压计算值达整定值使保护出口灯熄灭。
发电机失磁现象及处理方法
发电机失磁现象及处理方法一、发电机失磁现象的定义及原因发电机失磁是指在运行中，由于某些原因，发电机磁场消失或减弱，导致输出电压降低或完全没有输出电压的现象。
常见的原因有以下几种：1.励磁系统故障：励磁系统是维持发电机正常运转的关键部件之一。
如果励磁系统出现故障，如励磁电源故障、调节器损坏等，就会导致发电机失去励磁而失磁。
2.外界干扰：在工业生产中，有时会出现外界干扰的情况，如雷击、高压线路、强电场等都可能导致发电机失去励磁而失磁。
3.绕组故障：发电机绕组是由铜线绕成的，在长期运行中容易出现断线、接触不良等故障。
如果绕组出现故障，就会导致发电机失去励磁而失磁。
二、处理方法1.检查励磁系统对于励磁系统故障造成的失磁问题，需要首先检查励磁系统是否正常。
具体方法如下：（1）检查励磁电源是否正常。
可以使用万用表检测励磁电源的电压和电流是否正常，如果不正常则需要修理或更换。
（2）检查调节器是否损坏。
如果调节器损坏，就需要进行维修或更换。
（3）检查励磁线路是否接触良好。
如果发现接触不良，就需要重新接好或更换。
2.消除外界干扰对于外界干扰造成的失磁问题，需要采取以下措施：（1）加强防雷措施，如安装避雷针、接地线等。
（2）减少高压线路和强电场对发电机的影响，可以采用隔离、屏蔽等措施。
3.修复绕组故障对于绕组故障造成的失磁问题，需要进行以下处理：（1）检查绕组是否有断线、接触不良等情况。
如果有，则需要重新焊接或更换铜线。
（2）对于绕组出现过热或烧毁现象，需要进行局部修复或更换整个绕组。
4.其他处理方法如果以上方法都无法解决失磁问题，则可能是因为发电机内部元件损坏或老化，需要进行更换或维修。
此时需要将发电机拆开检查，并根据具体情况进行维修或更换。
三、预防措施为了避免发电机失磁问题的发生，可以采取以下预防措施：1.定期检查励磁系统和绕组状态，及时发现并修复故障。
2.加强对外界干扰的防范，如加装避雷针、接地线等。
3.定期对发电机进行保养和维护，延长使用寿命。
发电机保护简介
1.发电机失磁保护失磁保护作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障保护。
由整定值自动随有功功率变化的励磁低电压Ufd(P)、系统低电压、静稳阻抗、TV断线等判据构成，分别动作于发信号和解列灭磁。
励磁低电压Ufd(P)判据和静稳阻抗判据均与静稳边界有关，可检测发电机是否因失磁而失去静态稳定。
静稳阻抗判据在失磁后静稳边界时动作。
TV断线判据在满足以下两个条件中任一条件：│Ua+Ub+Uc－3U0│≥Uset(电压门坎)或三相电压均低于8V，且0.1A<Ia<Iset(电流门坎)时判为TV二次回路断线，将失磁保护闭锁。
│Ua+Ub+Uc-3U0│≥Uset用于判别TV单相或两相断线，低压判据判断三相失压。
在电力系统短路或短路切除等非失磁因素引起系统振荡时，保护采取措施闭锁Ufd(P)，可防止保护误出口。
励磁低电压Ufd(P)判据动作后经t1（2s）发出失磁信号。
励磁低电压Ufd(P)判据、静稳阻抗判据均满足且无TV二次回路断线时经t2（6s）发出跳闸指令。
励磁低电压Ufd(P)判据、静稳阻抗、系统低电压判据均满足且无TV二次回路断线时经t3（1s）发出跳闸指令。
2.发电机过激磁保护过激磁保护是反应发电机因频率降低或者电压过高引起铁芯工作磁密过高的保护。
过激磁保护分高、低两段定值，低定值经固定延时5s发出信号和降低励磁电压（降低励磁电压、励磁电流的功能暂未用），高定值经反时限动作于解列灭磁。
反时限延时上限为5秒，下限为200秒。
3.发电机定子接地保护发电机定子接地保护作为发电机定子单相接地故障保护，由基波零序电压部分和三次谐波电压两部分组成，基波零序电压保护机端至机尾95%区域的定子绕组单相接地故障，由反映发电机机端零序电压原理构成，经时限t1（3s）动作于解列灭磁；三次谐波电压保护机尾至机端30%区域的定子绕组单相接地故障，由发电机中性点和机端三次谐波原理构成，经时限t2（5s）动作于信号。
同步发电机的失磁保护
保护的配置
电流检测元件
用于检测发电机的机端电流，判 断是否出现失磁现象。
阻抗元件
通过测量发电机的功角和机端电压， 计算出发电机的阻抗，并与预设的 阻抗值进行比较，判断是否出现失 磁。
延时元件
用于防止因发电机在正常范围内的 波动而误发失磁信号，设定一定的 延时时间。
保护的整定
电流阈值
开展跨学科的研究合作，引入 新的理论和技术手段，推动失 磁保护技术的创新发展。
THANKS
谢谢
根据发电机的额定电流和允许的失磁电流，设定一个电流阈值，当 检测到的机端电流低于该阈值时，判断为失磁。
阻抗整定
根据发电机的特性，设定一个阻抗值作为判断失磁的依据。通常选 取发电机的正常阻抗与极端阻抗之间的某个值。
延时时间
根据发电机的运行特性和波动情况，合理设置延时时间，以避免误判。
保护的测试与校验
致磁场强度降低。
功角增大
由于磁场强度降低，同 步发电机输出的有功功 率会增大，功角随之增
大。
转子转速异常
失磁会导致转子转速异 常，可能高于正常转速。
无功电流反向
失磁会导致无功电流反 向流动，即从系统流向
发电机。
对电力系统的影响
01
02
03
04
电压下降
由于发电机输出的有功功率增 大，无功功率减小，导致系统
同步发电机的失磁保护
目录
CONTENTS
• 同步发电机失磁现象及影响 • 失磁保护的重要性及要求 • 失磁保护装置及原理 • 失磁保护的配置及整定 • 失磁保护的案例分析 • 总结与展望
01
CHAPTER
同步发电机失磁现象及影响
失磁现象描述
发电机低励失磁保护介绍
失磁保护定子判据介绍
失磁保护的判据：
➢定子判据：靜稳边界圆特性和异步阻抗圆特性 ➢转子判据：以励磁电压做判据 ➢逆无功判据：失磁后机端输出无功由正变为负 ➢低电压判据：电压取高压母线或机端线电压
等有功阻抗圆
Zg jXd
失磁后机端测量阻 抗的变化轨迹
靜稳阻抗圆指的是临界失步圆。
靜稳阻抗圆的动作方程： 270ArgZJ jXB 90 ZJ jXA
180º
U
P
I δ 90º
0
t
U、I、P、δ的变化图
180º Q
0
t
90º
无功的变化图
发电机失磁后的电量变化
➢励磁电压、电流减小 ➢发电机机端电压降低 ➢定子电流增大并出现波动 ➢发电机输出一定的有功功率，且做周期性波动 ➢从输出无功功率变为吸收无功功率 ➢转子回路感应出滑差频率的交流电流和交流电动势 ➢转子电流周期性波动，电流数值较失磁前小
引起发电机失磁的原因有转子绕组故障、励 磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、半导体励 磁系统中某些元件损坏或回路发生故障依旧 误操作等。
失磁对电力系统和发电机 的影响
1. 需从电力系统中吸收很大的无 功功率以建立发电机的磁场。
2. 电力系统容量较小或无功储 备不足时，引起电力系统电压下 降。
失磁后的物理现象
靜稳阻抗圆特性
异步阻抗圆的物理概念抽象不易理解，实质是在不同 转差率s下的一组阻抗圆族的外包络线。而在实际整定 时用一个近似阻抗圆来代替实际阻抗的外包络线。
XB 1.2Xd
270ArgZJ jXB 90 ZJ jXA
异步阻抗圆特性
发电机失磁保护逻辑图
第二部分是励磁控制部分：又称励磁调节器，包括 励磁调节器、强行励磁、强行减磁和灭磁等；其根据发 电机的运行状态自动调节功率单元输出的励磁电流，以 满足发电机的运行要求。励磁功率单元和发电机构成的 一个反馈控制系统。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
发电机失磁保护介绍
1 概述
同步发电机是根据电磁感应的原理工作的，发电机的转子电流（励磁电流）用于产生电磁场。
正常运行工况下，转子电流必须维持在一定的水平上。
发电机失磁故障是指励磁系统提供的励磁电流突然全部消失或部分消失。
同步发电机失磁后将转入异步运行状态，从原来的发出无功功率转变为吸收无功功率。
对于无功功率容量小的电力系统，大型机组失磁故障首先反映为系统无功功率不足、电压下降，严重时将造成系统的电压崩溃，使一台发电机的失磁故障扩大为系统性事故。
在这种情况下，失磁保护必须快速可靠动作，将失磁机组从系统中断开，保证系统的正常运行。
引起发电机失磁的原因大致有：发电机转子绕组故障、励磁系统故障、自动灭磁开关无跳闸及回路发生故障等。
2 发电机失磁过程中机端测量阻抗分析
发电机从失磁开始进入稳态异步运行，一般分为三个阶段：
（1）失磁后到失步前
（2）临界失步点
（3）异步运行阶段
2.1隐极式发电机
以汽轮发电机经联络线与无穷大系统并列运行为例，其等值电路与正常运行时的向量图如图1所示。
图1 发电机与无限大系统并列运行
图中，d E 为发电机的同步电势，f U 为发电机机端相电压，s U 为无穷大系统相电压，I 为发电机定子电流，d X 为发电机同步电抗，s X 为发电机与系统之间的等值电抗，且有s d X X X +=∑ ，ϕ为受端的功率因数角，δ为d E 与s U 之间的夹角（即功角）。
若规定发电机发出有功功率、无功功率时，表示为jQ P W -=，则
δsin ∑
=X U E P s d （1） ∑∑-=X U X U E Q s
s d 2cos δ
（2） 功率因数角为
P
Q 1tan -=ϕ （3） 在正常运行时，090<δ。
090=δ为稳定运行极限，090>δ后发电机失步。
1. 失磁后到失步前
在失磁后到失步前的阶段中，转子电流逐渐减小，Ed 随之减小，随之增大，两者共同的结果维持发电机有功功率P 不变。
与此同时，无功功率Q 随着Ed 的减小与的增大迅速减小，按（2）式计算的Q 值由正变负，发电机由发出感性无功转变为吸收感性无功。
此阶段中，发电机机端测量阻抗为
s s s s f f jX I U I jX I U I U Z +=+==&
&&&&&& 带入公式jQ P U I s
-=⋅ˆ&&，则。