第二十一讲发电机失磁保护

①等有功阻抗图(δ<90°)
系统等值电路图
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等有功阻抗圆
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结论：
（1）园的大小与有功功率的大小有关，功率越小， 园的直径越大；
（2）失磁前，发电机向系统送有功功率和无功功率， θ为正，测量阻抗在第一象限；失磁后，无功功率由 正变负， θ角由正值向负值变化，测量阻抗也逐渐 向第四象限过渡，失磁前，发电机送出的有功功率 越大，进入第四象限的时间越短。
当P+Pac=PT时，发电机运行在稳定的异步状态。同 步功率随着δ 的变化将呈周期振荡状态，各电气量 也都相应地将周期性的摆动。
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（四）失磁后的影响
对电力系统： （1）发电机失磁后，不但不能向系统送出无功功率，而 且还要从系统吸收无功功率。将造成系统电压下降； （2）为了供给失磁发电机无功功率，可能造成系统中其 它发电机过电流； （3）发电机失磁失步后，将造成系统振荡，甩掉大量负 荷。
发电机失磁后，它的各种电气量和机械量都会发生 变化。将危及发电机的安全。
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系统等值电路
功角特性关系： P EdUs sin
xs xd
Q EdUs cos Us
xs xd
xs xd
PT—原动机功率；P—同步功率；PM—异步功率；
转子运动方程：
TJ dd22t PT(PPM)
d 2 dt 2
随着δ的增大，PT-P的值越来越大；
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在发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出频率为 ff-fx电流，该电流将产生异步功率Pac
Q负的越多机端电压下降的越多，定子电流将持续增大。 （三）完全失步δ >180°
在δ较大时，由于转子相对速度很大，发电机调 速器必然动作，关小汽门或水门，减小原动机输 入的功率，使转子减慢。
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三、负序反时限过流保护
反时限过电流保护是一种动作 I2
时间随通过电流的增大而减小的
保护。反时限过电流保护的特性
与发电机允许的负序电流曲线相
配合，如图所示。即动作特性在
运行负序电流曲线的上面，这样 可避免在发电机还没有达到危险 状态时就被切除。次时保护的动 作特性可表示为
t
发电机反时限负序电流保护 的特性
第二十一讲 发电机的负序过电流保护 失磁保护和母线保护
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主要内容
1.掌握发电机负序过电流保护的作用 2.掌握发电机失磁进入异步运行时，对电力系统和发电 机的危害 3.掌握发电机失磁机端测量阻抗的变化轨迹 4、什么是失磁发电机的等有功阻抗园、等无功阻抗园 和临界失步园 5、简述母线常见的故障类型及相应的保护方式 6、掌握母线完全差动保护和相位差动保护的基本原理
（3）等有功阻抗园的圆心坐标与联系阻抗Xs有关。
可见，失磁后，ZJ向第四象限移动，且最终将稳定 在第四象限内。
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②等无功阻抗圆(δ=90°)
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临界失步(或静稳极限)阻抗圆
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③临界电压值（临界电压园）
发电机失磁后，系统某一点电压下降到使机组 不能稳定运行，此为临界电压值
Us Uf jI(xB xs)ZI jI(xB xS)
t
A
I
2 2
I22t At
式中 α—与发电机转子的温升特性，温升裕度等因
素有关的常数。
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Ⅱ 发电机的失磁保护
发电机的失磁运行及其产生的影响 一、失磁的原因： （1）励磁回路开路、励磁绕组断线、灭磁开关误动作、励磁调节 装置的自动开关误动、可控硅励磁装置中部分元件损坏； （2）励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路； （3）运行人员误调整等。
I22t A .
I2*---为以发电机额定电流倍数表示的负序电流的标幺值; A –允许过热时间常数 曲线表明发电机允许负序电流持续的时间t是随大小而变 化的。I2*大时，允许的时间短，I2*小时，允许的时间长。 这种变化的特性称为反时限特性。 为此发电机应装设负序过电流保护。
二、负序定时限过电流保护
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Ⅰ 发电机的负序过电流保护
一、负序电流保护的作用
在电力系统中发生不对称
短路或正常运行情况下三相
负荷不平衡时，在发电机绕
组中将出现负序电流，该电
流将在转子回路中感应出倍
频电流引起转子过热，危害
发电机安全。为使转子不致
过热，负序电流与允许它通
t
过过发电机的时间的关系为 发电机负序电流与允许它通过
的时间关系曲线
Ⅰ段： I2op0.5Ief
经t1(4s)延时动作于跳闸。
Ⅱ段ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ I2op0.1Ief
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经t2(5-10)s延时动作于序信号
分析：
（1）在ab段内： t1>t允许，对发电机 不安全；
（2）在bc段内： t1<t,可保证发电机 安全，但没有充分利 用发电机承受负序电 流的能力。
两段负序定时限过电流保护动作特性与发电机 允许负序电流曲线的配合情况
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（3）在cd段内，保护装置Ⅰ段不会动作，只能由 Ⅱ段动作于发信号，靠运行人员去处理。在靠近c 点部分，允许时间较短，实际上来不及处理，所以 在此区段内，对发电机是不安全的。
（4）在dc段内，保护不反应。 结论：两段式负序定时限过电流保护的动作特性与 发电机允许的负序电流曲线不能很好配合，且不能 反应负序电流变化时发电机转子的热积累过程。
--电气角加速度；TJ—机组的惯性时间常数
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发电机从失磁到进入稳态的异步运行，一般可分为三个阶段： （一）失步前（ δ ≤90°）
Ilc减小，Ed减小， δ增大； 维持P=PT;
定子电流随δ的增大而增大；
Q缓慢减小。
当δ =90°时，Q
U
2 s
xd xs
即从系统吸收无功功率。机端电压下降。
（二）开始失步（ 90°<δ≤180° ）
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对发电机： （1）发电机失磁后，转子和定子磁场间出现了速度 差，则在转子回路中感应出转差频率的电流，引起转 子局部过热。 （2）发电机受交变的异步电磁力矩的冲击而发生振 动，转差率越大，振动越厉害。 可见，失磁后，若不失步，无直接危害。失步后，对 发电机及系统有不利影响。故应装设失磁保护。
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二、失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹
UB Uf jIxB ZI jIxB
UB Us
Z jxB Z j(xB xs)
R2 (xxs)2 R2 (xxB xs)2
整理后：R 2(x 1-M M 22xs-xB )2(1 M M 22)2xs2
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临界电压阻抗园
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三、失磁保护的主要判据
1.主要判据 现在大型同步发电机的失磁保护都是利用定子回路 参数变化来检测失磁故障。可作为失磁保护的判据有： （1）无功功率改变方向； （2）机端测量阻抗超越静稳边界阻抗园的边界； （3）机端测量阻抗进入异步边界阻抗园。 可作为失磁保护的定子判据，还有反应发电机感应电 势衰减及消失、功角增大等。