发电机失步保护介绍
阐述发电机失步的原理及双遮挡器原理失步保护的整定计算
阐述发电机失步的原理及双遮挡器原理失步保护的整定计算摘要：阐述南海发电一厂220kV 出线同杆并架双回线，电网调度为确保电网系统稳定性，电厂投入发电机组失步保护的必要性；以及着重介绍了基于双遮挡器原理的发电机组失步保护整定值计算方法。
关键词：振荡；失步保护；双遮挡器；整定计算 0 引言2013年中旬，中调转发了电网总调《电厂安全稳定防线优化方案讨论会议纪要》，并要求我厂在具体时间内完成对机组失步保护定值优化调整工作，具体原则如下：1 ）机组失步保护整定范围延伸至电厂送出线路对侧变电站，即延伸至 220kV 对侧变电站；2 ）为分散动作风险，机组滑极次数定值分两轮整定。
即不重要机组定义为第一轮跳闸对象，重要机组为第二轮跳闸对象，后者滑极次数需比前者大。
由于我厂无装设失步解列装置， 2台机组发变组保护亦无配置失步保护（机组为200MW 发电机，可不配置发电机失步保护），按中调通知要求需进行机组失步保护定值整定并投入。
1 针对我厂220kV 出线同杆并架双回线，发电机组失步保护投入的必要性广东电网调度对全网电厂送出线路（同杆双回线）故障的稳定性进行核算，针对我厂220kV 出线（新南甲线、新南乙线为同杆双回线）分析研究，当两回线路同时或相继出现一回线路三相永跳故障与另一回线路单相瞬时故障现象时，线路电抗增加，回路的综合电抗X Σ变大，根据公式:P E =δsin ∑⨯X E U A(1-1) A E :发电机电动势；U:无穷大系统母线电压；X Σ:包括发电机电抗在内的发电机到无穷大系统母线的总电抗； δ:发电机电动势E A 与无穷大系统电压U 之间的功角； P E : 功率极限值。
功率极限值将变小，功角特性将由图曲线1变为曲线2，如图1-1所示。
[1]图1-1 系统故障时的功角特性曲线在切除线路的瞬间，X Σ的增大以及发电机由于机械惯性，转速不变，功率角不变δ，由公式1-1可知，这时原动机供给发电机的功率仍为Pm ，发电机的对外输出功率P E 却减少了，此时发电机的运行点将由曲线1的a 点落到曲线2的b 点上，但是b 点运行时，功率是不平衡的。
发电机失步保护介绍
发电机失步保护介绍1 概述当发电机正常运行时，发电机与电力系统的电动势以同样的工频角频率旋转，之间的相位差维持不变，发电机处于同步稳定运行状态。
如果受到某种干扰，发电机与系统之间的电动势以不同的角频率旋转，线路两侧电动势相位差不断变化，此时称作发电机失步。
发电机失步后，两侧电动势之间的夹角δ在0°到360°间不断变化。
发电机机端电压与电流也呈周期性变化，因此需要对失步时的机端测量阻抗进行分析。
2 发电机失步时电气量变化分析2.1 发电机失步时电压、电流变化以发电机带无穷大系统为例，发电机电势为Eg ，系统侧电势为Es ，各回路等值阻抗如图1中所示。
ss U E ∙∙=∙∙∙图1 发电机带无穷大系统如图1中所示，发电机失步前，保护安装处为送电端，gE 超前S E ，假设两侧电动势幅值相等，则δj gs e E E -= ，夹角δ由线路传输的有功功率决定。
此时发电机机端电流为：∑-∑-=-=Z e E Z E E I j gsg )1(δ （1） 发电机机端电压为：gg Z I E U -= （2） 绘制出发电机带无穷大系统时对应的相量图，如图2所示。
事实上，将式（1）带入式（2），则有∑--=Z Z E E E U g sg g )( 可以看出，如果系统中各元件的阻抗角都相同的话，系统中各点的电压相量的端点都落在图2中)(sg E E -的相量上。
由（1）式知，当δ=180°时，∑=Z E I g2，此时线路中电流最大，电流在阻抗g Z 上产生的压降最大，此时发电机机端电压最低。
发电机失步时，系统中电压最低的一点C ，称作振荡中心。
可在图2中作垂直于)(sg E E -的相量c U ，此点电压最低，即为振荡中心。
s图2 发电机带无穷大系统的相量图2.2 发电机失步时的机端测量阻抗当发电机失步时，保护安装处的电压与电流幅值与相位都将随着两侧电动势夹角δ的变化而变化。
因此，反映电压和电流比值的阻抗继电器的测量阻抗幅值和相位也将随δ而变化。
发电机失步保护
发电机失步保护1 保护原理失步保护反映发电机机端测量阻抗的变化轨迹，动作特性为双遮挡器。
失步保护能可靠躲过系统短路和稳定振荡，并能在失步开始的摇摆过程中区分加速失步和减速失步。
图一为其动作特性及过程图。
图二为保护逻辑图：RjX0区I区II区III区IV区4δ3δ1δ2δIV区III区II区0区X BR 4R 3X A I区减速失步tX 0加速失步R 1R 2图一 发电机失步保护动作特性及过程图机端测量阻抗失步类型判据加速失步减速失步累计次数&b I <加速信号减速失步信号出口图二 发电机失步保护逻辑图2 一般信息2.1 输入TA/TV 定义TA 或TV 位置 名称 首端末端对应通道 发电机机端TVU ab U bcU ca发电机TA I a I b I c2.2 出口信号定义发电机加速失步发电机减速失步发电机失步跳闸TV断线2.3 出口跳闸定义（方式）发电机失步跳闸2.4 保护出口压板定义发电机失步跳闸注：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。
2.5 定值整定定值名称定值符号定值单位电抗定值X tΩ阻抗区边界R1 Ω阻抗区边界R2 Ω阻抗区边界R3Ω阻抗区边界R4 Ω1区停留时间T1 S2区停留时间T2 S3区停留时间T3 S4区停留时间T4 S滑极次数N2.6 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阻抗原理式失步保护监视界面，可监视保护定值，机端阻抗计算值等有关信息。
3 加速失步、减速失步测试3.1 外加三相对称电压和三相对称电流，装置显示阻抗计算值是否正确（打“√”表示）：正确□错误□3.2 失步特性测试一般保护定义失磁保护动作，即刻闭锁失步保护；那么在测试失步特性前，请暂时修改失磁保护阻抗特性圆定值，确保测试失步特性时不会进入失磁阻抗圆。
发电机失步保护原理
发电机失步保护原理嘿，咱今天来聊聊发电机失步保护原理这档子事儿。
你说这发电机啊，就好比是一辆奔跑在电力大道上的汽车，得稳稳当当的跑才行。
那失步呢，就像是这辆车突然跑偏了，这可不得了哇！发电机正常工作的时候，那电流啊、电压啊啥的都乖乖的，按部就班地干活。
可要是出了问题，就像一个调皮的孩子开始捣乱啦。
失步的时候，发电机的转子和定子之间的同步关系就被打破了，就好像两个人跳舞，节奏突然乱套了。
这时候就得靠失步保护出马啦！它就像是一个机灵的交警，时刻盯着路况呢。
它通过检测各种信号，比如电流啦、电压啦、相位啦等等，一旦发现有失步的迹象，马上就采取行动。
你想想看，要是没有这个保护，那发电机不就像脱缰的野马一样，到处乱撞啦？那后果可不堪设想啊！咱家里的电灯可能忽明忽暗，电器说不定还会被烧坏呢。
失步保护的原理呢，其实也不复杂。
它就像是一个聪明的卫士，能分辨出正常和不正常的状态。
它会根据设定的标准和算法，来判断是不是真的失步了。
一旦确定，那就赶紧采取措施，比如发出警报啊，或者直接让发电机停下来，免得造成更大的损失。
这就好比你走路，要是发现前面路不对劲，你不得赶紧停下来或者换条路走啊？不然一脚踩空掉进坑里咋办？而且啊，这失步保护还得够灵敏才行。
不能等问题都很严重了才反应过来，那就晚啦！就像火灾报警器，要是等火烧起来很大了才响，那还有啥用呢？咱再打个比方，失步保护就像是一个球队的守门员，得时刻保持警惕，不能放过任何一个可能的危险球。
只有这样，才能保证整个电力系统的安全稳定运行呀！总之呢，发电机失步保护原理虽然听起来有点专业，但其实也不难理解。
它就是为了保证我们的电力供应稳稳当当的，让我们能安心地用电。
所以啊，可别小看了它哟！这可是关乎我们日常生活的重要东西呢！你说是不是？。
发电机失步
θ -------线路阻抗角。
由上式可知，振荡中心电压是可以由母线电压计算出来的。
振荡中心的电压如图中曲线2所示。
六 系统振荡时母线处测量阻抗轨迹
将电压相量图中各电压量除以振荡电流，图中各点相对位置不变，即得到阻抗相 量图。以母线m处为原点，阻抗相量图如右图。
系统振荡时， 角发生变化，所以图中的Q点为一动点，相量MQ即为母线处测量
第一部分是透镜特性，图中①，它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透镜外的部分O。 第二部分是遮挡器特性，图中②，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。
两种特性的结合，把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR，阻抗轨迹顺序穿过四 个区（OL→IL→IR→OR或OR→IR→IL→OL），并在每个区停留时间大于一时限， 则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极计数加1，到达整定次 数，保护动作。
Z B jxd'
➢ (2)透镜内角的整定
a越小，透镜越宽，透镜的阻抗动作区就越靠近负荷阻抗区。设最 大负荷阻抗以Rm表示，由透镜特性图可以得出透镜横向宽度：
ZR
ZA
2
ZB
tg(90
a) 2
为保证最大负荷时透镜元件不误动，要求：
Rm 1.3Z R
由上两式可得：
a m in
180
2arctg (1.54
Um有最低值：
U min
(1
2Z S Z
)EN
五 系统振荡时振荡中心电压
系统振荡过程中，系统中电压最低的一点称为振荡中心，设系统各元件阻抗角相 等、两侧电动势大小相等，如下电压相量图，C点就是振荡中心，它位于线 路几何中心，振荡中心电压由图可得：
UC
EN
cos
发电机的失步保护
能根据稳定需要设定失步滑极次数， 能根据稳定需要设定失步滑极次数，确保机组安全 不同的机组承受失步的能力是不同的， 不同的机组承受失步的能力是不同的，根据失步时机组的能力大小设定 允许的滑极次数， 允许的滑极次数，可以保证机组的安全运行 选择最安全的时刻跳机 由于失步时振荡电流在很大的范围内变化，通过控制跳闸时的δ 由于失步时振荡电流在很大的范围内变化，通过控制跳闸时的δ角可以 保证断路器的安全和机组安全。 保证断路器的安全和机组安全。
失步保护
对于大型发变组，电抗较大，系统等值阻抗却往往较小， 对于大型发变组，电抗较大，系统等值阻抗却往往较小，一旦 发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系统振荡，振荡中心常位于发电机附近， 发生系统振荡，振荡中心常位于发电机附近，对机组和厂用电产生 严重影响。 严重影响。因此需要装设失步保护
发电机与系统发生失步时，将出现发电机的机械量和电气量与系统之间的振荡，这 种持续的振荡将对发电机组和电力系统产生有破坏力的影响。 （1）单元接线的大型发变组电抗较大，而系统规模的增大使系统等效电流减小，因 此振荡中心往往落在发电机端附近或升压变压器范围内，使振荡过程对机组的影响大 为加重。由于机端电压周期性的严重下降，使厂用辅机工作稳定性遭到破坏，甚至导 致全厂停机、停炉、停电的重大事故。 （2）失步运行时，当发电机电势与系统等效电势的相位差为180°的瞬间，振荡电 流的幅值接近机端三相短路时流经发电机的电流。对于三相短路故障均有快速保护切 除，而振荡电流则要在较长的时间内反复出现。若无相应保护会使定子绕组遭受热损 伤或端部遭受机械损伤。 （3）振荡过程中产生对轴系的周期性扭力，可能造成大轴严重机械损伤。 （4）振荡过程中由于周期性转差变化在转子绕组中引起感应电流，引起转绕组发热。 （5）大型机组与系统失步，还可能导致电力系统解列甚至崩溃事故。 因此，大型发电机组需装设失步保护，以保障机组和电力系统的安全。
预防发电机失磁、失步措施
预防发电机失磁、失步措施发电机失磁、失步是发电机运行中常见的故障形式，一旦保护拒动将对发电机及系统造成较大影响。
为防止此故障发生，特制定本措施。
一、失磁、失步定义：失磁：发电机失磁是指发电机的励磁电流突然全部消失或部分消失。
失步：发电机失磁后造成震荡，震荡幅度变大，功角增大，直至脱出稳定运行，使发电机失去同步，进入异步运行。
二、失磁的原因：1、转子绕组故障2、励磁机故障3、自动灭磁开关误跳闸4、及回路发生故障三、失磁的危害：对自身危害：1、使转子和励磁回路过热，严重时可使转子烧毁。
2、失磁后吸收无功使定子过热。
3、机组振动增大、铁芯过热。
对系统危害：1、从系统吸收无功，威胁系统稳定运行，严重时导致系统瓦解。
2、强励可能动作，引起过电流。
四、失磁处理：1、检查厂用电是否切换，如果未切换作相应处理。
2、发电机失磁，而失磁保护没有动作，系统电压低至极限值时应立即手动打闸停机。
3、如果系统电压低应联系值长增加其它发电机的无功出力，防止电网瓦解。
五、失步处理：1、在发电机电压允许的前提下尽可能增加发电机的无功。
2、如果系统频率正常可适当降低发电机的有功。
3、采取上述措施后仍不能恢复同步，失步保护不动作时如威胁设备安全时，应将失步的发电机与系统解列。
4、如由于发电机失磁引起系统振荡而失磁保护不动作时，应立即将失磁的发电机解列。
六、防止失磁、失步措施：1、各值做好发电机失磁、失步的事故预想，防止事故扩大。
2、巡检时注意检查各保护装置工作正常。
3、巡检时检查励磁系统各保险、开关正常，系统无异常报警。
4、运行中加强励磁碳刷的检查。
5、励磁系统操作严格执行监护制度。
6、机组大小修中做励磁系统相关试验及发变组保护传动试验正常。
7、定期核对保护装置定值正确。
8、定期试验柴油发电机正常。
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。
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发电机失步保护介绍
1 概述
当发电机正常运行时，发电机与电力系统的电动势以同样的工频角频率旋转，之间的相位差维持不变，发电机处于同步稳定运行状态。
如果受到某种干扰，发电机与系统之间的电动势以不同的角频率旋转，线路两侧电动势相位差不断变化，此时称作发电机失步。
发电机失步后，两侧电动势之间的夹角δ在0°到360°间不断变化。
发电机机端电压与电流也呈周期性变化，因此需要对失步时的机端测量阻抗进行分析。
2 发电机失步时电气量变化分析
发电机失步时电压、电流变化
以发电机带无穷大系统为例，发电机电势为Eg ，系统侧电势为Es ，各回路等值阻抗如图1中所示。
s
s U E •
•=•
•
•
图1 发电机带无穷大系统
如图1中所示，发电机失步前，保护安装处为送电端，g E 超前S E ，假设两侧电动势
幅值相等，则δj g
s e E E -= ，夹角δ由线路传输的有功功率决定。
此时发电机机端电流为：
∑
-∑-=-=Z e E Z E E I j g
s
g )1(δ （1）
发电机机端电压为：
g g Z I E U -= （2）
绘制出发电机带无穷大系统时对应的相量图，如图2所示。
事实上，将式（1）带入式（2），则有
∑
--=Z Z E E E U g s
g g )( 可以看出，如果系统中各元件的阻抗角都相同的话，系统中各点的电压相量的端点都落
在图2中)(s g E E -的相量上。
由（1）式知，当δ=180°时，∑
=Z E I g 2，此时线路中电
流最大，电流在阻抗g Z 上产生的压降最大，此时发电机机端电压最低。
发电机失步时，系统中电压最低的一点C ，称作振荡中心。
可在图2中作垂直于
)(s g E E -的相量c U ，此点电压最低，即为振荡中心。
s
图2 发电机带无穷大系统的相量图
发电机失步时的机端测量阻抗
当发电机失步时，保护安装处的电压与电流幅值与相位都将随着两侧电动势夹角δ的变化而变化。
因此，反映电压和电流比值的阻抗继电器的测量阻抗幅值和相位也将随
δ而变化。
如果两侧电动势幅值相等，即E E E s
g == ，发电机出口处测量阻抗为： g j g j g g g g g g g Z e Z Z Z e E E Z I E I Z I E I U Z --=--=-=-==-∑
∑
-δ
δ1)1(
根据三角函数关系2
121δ
δjctg
e j -=
--，有
2
21)21(2
21δδ
ctg Z j Z Z Z Z jctg
Z g g ∑
∑∑--=--=
（3）
随着两侧电动势夹角δ的变化，继电器测量阻抗相量端点的变化轨迹画在阻抗复平面上如图3中所示，而测量阻抗相量的起点为保护安装——坐标原点O 。
图中，GS 为两侧电动势间的总阻抗∑Z ，GO 为发电机阻抗g Z ，OS 为发电机与系统间等值阻抗s Z 。
当
s g E E =时，振荡中心C 点位于系统电气的中点，因此C 点位于GS 连线的中点处。
图中mn 即为式（3）所描述的轨迹
图3 机端测量阻抗相量端点变化轨迹
分析图3中相量GP 与SP,可知有
g
g E Z I Z I GP I =•+•=• s
S E Z I Z I SP I =•-•=• 因此，SP^GP 之间的夹角即为发电机与系统电动势夹角δ，当δ自0°变化至360°时，
发电机机端测量阻抗端点P 由n 沿直线mn 移动至m 。
另外，SP GP E E s g //= ，当g E 与s E 幅值不相等时，测量阻抗端点P 会离开GS 中垂线，但仍会满足SP GP E E s
g //= 。
取复
δ的点，我们会得到一个透镜曲线，如图4所示。
平面内所有使SP^GP夹角为某一定值
set
R
图4 机端测量阻抗透镜特性
当发电机失步时，机端测量阻抗由n沿直线穿越透镜至C点，此时δ=180°，测量阻抗最小，振荡电流最大；穿过C点至m，δ达到360°完成一次滑差周期。
3 南瑞继保RCS-985系列发变组失步保护判据
RCS-985系列发变组失步保护采用如图6所示动作特性。
该特性由三部分组成，第一部分是透镜特性，图中①，它把阻抗平面分为透镜内的部分I与透镜外的部分O。
第二部分是遮挡器特性，图中②，它把阻抗平面分成左半部分L与右半部分R。
这两种透镜特性的结合，把阻抗平面分成4个区OR、IR、IL、OL，阻抗轨迹顺序穿过四个区，并在每个区停留时间大于某一时限，则保护判为发电机失步振荡。
每顺序穿过一次，保护滑极次数加1，达到整定次数，保护动作。
第三部分为电抗线特性，图中③，它把动作区一分为二，电抗线以上为I段（U），电抗线一下为II段（D）。
阻抗阻抗轨迹顺序穿过四个区时，位于电抗线以下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于发变组外，两种情况下滑极次数可分别整定。
保护可动作于报警信号，也可以动作于跳闸。
失步保护可以识别的最小振荡周期是120ms。
图5 南瑞发变组失步保护动作特性
4 RCS-985系列发变组失步保护出口逻辑
如图7所示，为RCS-985系列发变组保护出口逻辑框图。
失步保护动作后，经不同的延时，可分别动作于告警和跳闸。
图6 RCS-985系列发变组保护出口逻辑框图
参考文献
[1] 天津大学贺家李、宋从矩.电力系统继电保护原理第三版.北京：中国电力出版社，.
[2] 国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材.北京：中国电力出版社，
2009.
[3] RCS-985系列大型水轮发电机变压器成套保护装置技术说明书. .南京南瑞继保电气有限公司.2008年02月.。