发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调
发电机进相运行对发电机变压器保护的影响
发电机进相运行对发电机变压器保护的影响发布时间：2021-12-09T10:11:07.834Z 来源：《电力设备》2021年第9期作者：王振[导读] 变压器保护装置易产生误动作，进而在一定程度上影响发电机组的正常运行。
（新疆天池能源有限责任公司 831100）摘要：为了实现电力稳定供应，我国近年来加快了大容量、超高压、长距离的电网建设。
然而考虑到区域经济发展不平衡造成的电力需求差异，容易导致电力系统低谷运行过程中的电压偏高现象，尤其在电力枢纽点较为严重，容易造成发电机变压器的破坏。
在预防机制中，由于发电机进相运行存在投资小、操作简单、调压平滑等优势，因此得到了广泛的应用。
本文从发电机进相运行角度对发电机组电压器保护的影响进行了分析，旨在为发电机组的正常稳定运行提供一定的技术支持。
关键词：发电机组；进相运行；变压器保护引言发电机组从进相运行到滞相运行的过程中，物理量的幅值和相位的变化可能会对变压器产生消极影响，变压器保护装置易产生误动作，进而在一定程度上影响发电机组的正常运行。
1发电机进相运行的意义发电机的滞相运行是其常见的一种工作运行状态?此时?定子电流滞后与端电压?发电机向系统发出有功功率和无功功率。
发电机进相运行是相对于滞相运行而言的。
发电机的进相运行是指发电机向系统发出有功功率?并从系统吸收无功功率的运行状态?此时定子电流超前于端电压?发电机处于欠励磁运行状态?功率因数角为负值。
减小发电机励磁电流?发电机即从滞相运行转为进相运行?也就是从发出无功功率转为吸收无功功率。
励磁电流越小?从系统吸收的无功功率越大?功角也就越大?因而进相运行拓宽了发电机通常的运行范围。
目前?针对电力系统中的电压偏高的问题采取的降压措施主要有：投入并联电抗器；调节变压器分接头位置；停运线路、主变；利用发电机进相运行吸取系统无功。
一般而言?系统轻负荷持续时间相对较短?故装设大量的并联电抗器很不经济。
调节变压器分接头?只能改变系统无功分布?对无功严重过剩的电压升高收效甚微。
18 防止继电保护事故题库
18 防止继电保护事故一.填空：1.220kV及以上主变压器及新建100MW及以上容量的发电机变压器组应按双重化配置(非电气量保护除外)保护。
2.保证继电保护操作电源的可靠性，防止出现二次寄生回路，提高继电保护装置抗干扰能力。
3.两套保护装置的交流电流应分别取自电流互感器互相独立的绕组；交流电压宜分别取自电压互感器互相独立的绕组。
其保护范围应交叉重叠，避免死区。
4.双重化配置的两套保护装置之间不应有电气联系。
与其他保护、设备(如通道、失灵保护等)配合的回路应遵循相互独立且相互对应的原则，防止因交叉停用导致保护功能的缺失。
5.采用双重化配置的两套保护装置应安装在各自保护柜内，并应充分考虑运行和检修时的安全性。
6.继电器和保护装置的直流工作电压，应保证在外部电源为80～115%额定电压条件下可靠工作。
7.智能变电站的保护设计应遵循相关标准、规程和反事故措施的要求。
8.双母线接线变电站的母差保护、断路器失灵保护，除跳母联、分段的支路外，应经复合电压闭锁。
9.非电量保护及动作后不能随故障消失而立即返回的保护(只能靠手动复位或延时返回)不应启动失灵保护。
10.发电厂升压站监控系统的电源、断路器控制回路及保护装置电源，应取自升压站配置的独立蓄电池组。
11.继电保护装置的配置和选型，必须满足有关规程规定的要求，并经相关继电保护管理部门同意。
保护选型应采用技术成熟、性能可靠、质量优良的产品。
12.依照双重化原则配置的两套保护装置，每套保护均应含有完整的主、后备保护，能反应被保护设备的各种故障及异常状态，并能作用于跳闸或给出信号。
13.有关断路器的选型应与保护双重化配置相适应，220kV及以上断路器必须具备双跳闸线圈机构。
两套保护装置的跳闸回路应与断路器的两个跳闸线圈分别一一对应。
14.应根据系统短路容量合理选择电流互感器的容量、变比和特性，满足保护装置整定配合和可靠性的要求。
15.并网发电厂均应制定完备的发电机带励磁失步振荡故障的应急措施，300MW及以上容量的发电机应配置失步保护。
技能培训专题 电力系统继电保护 发电机失磁保护
（2）发电机与系统间发生振荡时的机端测量阻抗
假定机端母线为无限大母线
即认为Eq≈US时，振荡中心 位于X∑/2处。当XS≈0振荡中 心即位于X’d/2处时，机端测 量阻抗的轨迹沿直接OO’变化，
如图7-27所示，当δ=180°时，
测量阻抗的最小值为Zg=-jX’d/2。
图7-27：系统振荡时机 端测量阻抗的变化轨迹
• 2 发电机在其它运行方式下的机端测量阻抗
（1）发电机正常运行及外部故障时的机端测量阻抗
Zg5----当采用0°接线方式时，故障 相测量阻抗位于第一象限，其大小
和相位正比于短路点到保护安装地
点之间的阻抗，如图7-26中的Zg5。
Zg1----当发电机向外输送有功和无功
功率时，其机端测量阻抗Zg位于第一
（3）静稳破坏后的异步运行阶段
静稳破坏后的异步运行阶段可用右图
表示，此时机端测量阻抗应为：
Zg
jX1
jX ad R2 S
( R2 S
j(X
ad
jX 2 ) X2)
,
(7
42)
图7-24：异步电机等效图
1、发电机空载运行失磁时，S≈0，R2/S≈∞，此时机端测量阻抗 最大： Zg jX1 jX ad jX d , (7 43)
（3）发电机自同步并列时的机端测量阻抗
在发电机接近于额定转速，不加励磁而投入断路器的瞬间，与 发电机空载运行时发生失磁的情况实质上是一样的。但由于自 同步并列的方式是在断路器投入后立即给发电机加上励磁，因 此，发电机无励磁运行的时间极短。对此情况，应该采取措施 防止失磁保护的误动作。
• 7.5.3 失磁保护转子判据
Zg
Ug Ig
Us
jIX s I
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。
发电机失磁、振荡、失步
发电机失磁、振荡、失步是有何区别?出现类似情况,运行人员如何处理?运行中,由于励磁回路开路、短路、励磁电流小时或转子回路故障所引起的发电机失磁后,发电机及励磁系统的相关表记反应如下:(1). 转子电流表、电压表指示零或接近于零;(2). 定子电压表指示显著降低;(3). 电子电流表指示升高并晃动;(4). 发电机有功功率表的指示降低并摆动;(5). 发电机有功功率表的指示负值。
发电机在运行中失去励磁电流,使转子的磁场消失,这种可能是由于励磁开关误跳闸,励磁机或半导体励磁系统发生故障,转子回路断线等原因引起。
当失磁发生后,转子磁场消失了,电磁力矩减少,出现过剩力矩,脱离同步,转子与定子有相对速度,定子磁场以转差速度切割转子表面,使转子表面感应出电流来。
这个电流与钉子旋转磁场作用就产生了一个力矩,常称为异步力矩,这个异步力矩在这里也是个阻力矩,它起制动作用,发电机转子便在克服这个力矩的过程中做了功,使机械能变成电能,可继续向系统送出无功,发电机的转速不会无限制升高的,因为转速越高,这个异步力矩越大。
这样,同步发电机就相当于变成了异步发电机。
在异步状态下,电机从系统吸收无功,供定子而后转子产生磁场,向系统送出无功,如果这台电机在很小的转差下就能产生很大的异步力矩,那么失磁状态下还能带较大的负荷,甚至所带负荷不变。
这种状态要注意两点:一是定子电流不能超过额定值;二是转子部分温度不能超过允许值。
那么发电机失磁后有何不良影响呢?这个问题要分为两方面来阐述:一是对本身发电机的影响,二是对系统的危害。
对发电机的危害,主要表现在以下几个方面:(1). 由于转差的出现,在转子表面将感应出差频电流。
差频电流在转子回路中产生附加损耗,使转子发热加大,严重时可使转子烧损。
特别是直接冷却高利用率的大型机组,其热容量裕度相对降低,转子容易过热;(2). 失磁发电机转入异步运行后,发电机的等效电抗降低,由系统向发电机送出的无功功率增大。
防止发电机震荡和失步的主要措施有哪些
防止发电机震荡和失步的主要措施有哪些发电机在使用的过程中，由于负荷突变，发电电机突然跳闸，系统突发性短路等故障，极容易造成发电机震荡和失步，严重影响了发电机的正常工作，严重的会对发电机的使用寿命造成非常严重的影响，因此本文就简单介绍防止发电机震荡和失步的主要措施。
发电机震荡和失步的主要原因为，失步发电机的表计幌动幅度要比其他发电机激烈，有功负荷表的幌动幅度可能为满刻度，其他发电机则在正常负荷值附近摆动。
而且失步发电机有功负荷表指针的摆动方向与其他正常机组相反。
系统性振荡时所有发电机表计的幌动是同步的。
一，加强对运行人员的培训使其训练有素、操作熟练、并具备一定的判断事故和处理事故的能力；加强对运行设备的巡视检查和维护、使设备操作灵活、运行稳定、健康状况良好；加强对继电保护装置的维护、使其动作准确可靠。
二、励磁调节器自动模式运行时在1分钟内值班人员不得干涉其运行超过时限应适当降低发电机的有功负荷手动模式下运行应立即尽可能增加励磁电流以创造恢复同期的条件若无效降低发电机有功负荷。
三、如果振荡是由于单机功率因数过高引起的，则应降低有功功率同时增加励磁电流。
提高了功率极限、增加了稳定能力。
四、当振荡是由于系统故障引起时，除应立即增加发电机的励磁外还应根据本厂在系统中的地位进行处理。
处于送端时，应降低机组的有功负荷。
在受端时，则应增加有功负荷。
必要时采取紧急拉路措施以提高频率。
五、如果因我厂机组失步引起振荡经采取上述措施经一定时间仍未进入同步状态时,可根据现场规程规定将机组与系统解列或按调度要求将同期的两部分系统解决。
发电机的震荡或者失步故障，是发电机的常见故障，不仅严重影响了发电机的工作效率，而且还会对其寿命造成较大影响，因此电力工作者在工作中应当本着认真负责的态度，尽力解决故障，保障发电机的正常运转。
发电机失磁保护
发电机失磁保护一、什么是发电机的失磁及失磁的原因发电机正常运行过程中，励磁突然全部或者部分消失，称为发电机失磁。
发电机运行过程中突然失磁，主要是由于励磁回路断路所引起。
一般励磁回路的断路，是由于灭磁开关受振动而跳闸、磁场变阻器接触不良、励磁机磁场线圈断线、整流子严重冒火以及自动电压调整器故障等原因所引起。
二、发电机失磁的电气特征和机端测量阻抗（等有功阻抗圆、静稳极限阻抗圆和异步边界阻抗圆）特征1、发电机失磁的电气特征发电机失磁过程的特点：（1）发电机正常运行，向系统送出无功功率，失磁后将从系统吸取大量的无功功率，使机端电压下降。
当系统缺少无功功率时，严重时可能使电压降到不允许的数值，以致破坏系统稳定。
（2）发电机电流增大，失磁前送有功功率愈多，失磁后电流增大愈多。
（3）发电机有功功率方向不变，继续向系统送有功功率。
（4）发电机机端测量阻抗，失磁前在阻抗平面R——X坐标第一象限，失磁后测量阻抗的轨迹沿着等有功阻抗圆进入第四象限。
随着失磁的发展，机端测量阻抗的端点落在静稳极限阻抗圆内，转入异步运行状态。
2、发电机失磁的机端测量阻抗发电机从失磁开始到进入稳定的异步运行，一般可分为三个阶段：（1）发电机从失磁到失步前：发电机失磁开始到失步前的阶段，发电机送出的功率基本保持不变，而无功功率在这段时间内由正值变为负值。
发电机端的测量阻抗为Z=Us²/2P+jXs+ Us²/2P*ej2¢¢=tg-1Q/P式中P——失磁发电机送至无限大系统的有功功率；Q——失磁发电机送至无限大系统的无功功率；Xs——系统电抗，包括变压器和线路的电抗。
P、Us、Xs为常数，不随时间变化，而Q随时间变化，则φ也随时间变化，故在机端阻抗平面上是一个圆方程，称为等有功圆，圆心和半径分别为[Us²/2P，Xs]，Us²/2P（2）静稳极限点：设发电机的Ed与系统Us的夹角为δ。
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。
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发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调徐 健,徐 金,王 翔(南京南瑞继保电气有限公司,江苏省南京市211100)摘要:发电机失磁和失步保护都运用故障时的阻抗变化轨迹特性作为阻抗判据,因而两者的动作阻抗区域可能会有部分重叠,造成失磁和失步保护的逻辑运算冲突。
文中提出通过修正阻抗圆或增加方向闭锁判据来解决失磁和失步保护在阻抗坐标平面第三象限可能会发生冲突的问题,具体做法是削去失磁阻抗的左半圆或者在阻抗坐标平面第三象限通过判断阻抗变化方向来防止失磁保护在失步故障时抢动。
关键词:失磁保护;失步保护;阻抗动作特性;冲突;协调中图分类号:TM772收稿日期:2006212208;修回日期:2007203227。
0 引言由于现在的发电机都允许一定程度的进相运行,一般选择异步圆作为失磁保护的动作阻抗区域。
一旦发电机的测量阻抗进入失磁保护阻抗圆且其他辅助判据也满足,则经一小的延时失磁保护即动作。
失步保护所用动作阻抗区域为一叶形区域,发电机和系统间发生失步振荡时,一旦测量阻抗变化曲线顺序穿过叶形区域的次数达到允许穿越的最大次数时,失步保护即动作,但如果阻抗变化轨迹在穿越失步区域次数不满足动作条件之前已穿进失磁异步圆并停留较长时间时,失磁保护就可能抢先动作。
失磁保护除了阻抗判据外还有其他一些判据,其中用于区分失磁和失步故障的判据是失磁保护的转子电压判据。
转子电压降低是失磁故障的一个显著特征,但对于无刷励磁机组,转子电压根本无法测得,而对于有刷励磁机组,在失磁保护的几段保护中,可能有1段或2段用户选择不采用转子电压判据,所以单独分析比较失磁和失步保护的阻抗判据还是非常有必要的。
本文研究的失步故障主要是指在发电机有励磁情况下发生的系统振荡,通过对发电机失磁和失步保护的特性进行仔细分析,提出可以协调解决2个保护冲突问题的方法[128]。
1 失磁和失步保护阻抗动作特性分析111 失磁保护阻抗动作特性发电机失磁保护主要通过判断测量阻抗的位置是否进入阻抗圆来监测发电机失磁故障,一些辅助判据包括转子电压、无功反向等。
本文主要研究失磁和失步保护的阻抗判据可能存在的冲突,不考虑其他辅助判据的影响。
选用异步圆作为失磁保护阻抗圆,当发电机发生失磁故障时,机端电压等级无法维持,发电机输出无功下降,电压和电流的夹角发生变化,电压相位从正常情况下超前电流相位30°左右减小至0°。
如果发电机输出无功不能在短时间内提高,发电机就会进入进相运行状态,从系统吸收无功,电压相位变为滞后于电流相位。
在此过程中,发电机测量阻抗的变化趋势为从阻抗坐标平面的第一象限逐渐减小,穿过横轴进入第四象限。
进入第四象限后的测量阻抗一旦进入设定好的异步阻抗圆,失磁保护经一小的延时就动作。
对于不同机组的不同工况,失磁故障后发电机测量阻抗的变化轨迹是不一样的,但大体趋势相同,大部分都是从阻抗坐标平面的第一象限直接进入第四象限,不穿过第二和第三象限,偶尔也有一些阻抗变化曲线会在进入第四象限后拐进第三象限,但进入第三象限的深度都很小,而且都会很快再返回第四象限。
失磁故障后几种阻抗变化趋势如图1所示[1]。
图中:a 为失磁保护异步阻抗圆;b 为阻抗圆右半圆中的椭圆区域;曲线1,2,3为具有代表性的失磁阻抗轨迹曲线;曲线1为灭磁开关误动造成失磁的阻抗变化趋势,在失磁后013s ～015s 进入异步圆a ,在015s 以后进入椭圆b ;曲线2为故障前励磁较低(进相运行)造成失磁的阻抗变化趋势,在失磁后012s 前进入异步圆a ,在015s 左右进入椭圆b ;曲线3为故障前轻载、励磁绕组短路造成失磁的阻抗变化趋势,在失磁后3s ～4s 才进入异步圆a ,在415s ～5s 进入椭圆b 。
所有失磁情况下的阻抗曲线最终会进入椭圆b [1]。
文献[1]中提及用椭圆b16第31卷 第17期2007年9月10日 Vol.31 No.17Sept.10,2007作为失磁保护阻抗动作区域,因为失磁故障后阻抗的变化曲线最终总会落在椭圆b 内。
但由于b 的椭圆方程不是常规方程,不容易确定,而且b 太小可能会影响保护的可靠性,所以微机保护装置很少采用椭圆b 作为失磁保护的动作区域。
图1 失磁故障的几种典型机端阻抗轨迹Fig.1 Typical imped ance trajectoriesfor loss 2of 2excitation112 有励磁情况下失步保护阻抗动作特性发电机在有励磁情况下发生系统振荡时,机端阻抗的变化曲线如图2中的曲线5和曲线6。
曲线4为失磁故障时的机端阻抗变化趋势。
可以看出,在有励磁情况下发生失步振荡时,阻抗曲线在进入异步圆a 之前先进入阻抗坐标平面的第三象限,曲线5、曲线6和曲线4的明显区别在于曲线5和曲线6是在第三象限进入异步圆a 的,而失磁故障阻抗曲线很少进入异步圆a 的左半圆,在左半圆内可能会发生失磁保护在失步故障时抢动的情况。
图2 机端振荡和失磁轨迹比较Fig.2 Comparison of imped ance trajectories forout 2of 2step and loss 2of 2excitation 失步保护的阻抗判据如图3所示。
保护采用三元件失步继电器动作特性,第1部分是透镜特性,如图中曲线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2部分是遮挡器特性,如图中曲线2,它把阻抗平面分成左半部分L 和右半部分R 。
2种特性结合,把阻抗平面分成L O ,L I ,R I ,R O 共4个区域。
阻抗轨迹顺序穿过4个区域(L O →L I →R I →R O 或R O →R I →L I →L O ),并在每个区域停留时间大于一限定时间,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。
图3 失步保护阻抗判据Fig.3 Imped ance criterion for out 2of 2step protection第3部分特性是电抗线,如图中曲线3,它把动作区域一分为二,电抗线以上为Ⅰ段(区域U ),电抗线以下为Ⅱ段(区域D )。
阻抗轨迹在电抗线以下顺序穿过4个区域时,认为振荡中心位于发变组内;位于电抗线以上,认为振荡中心位于发变组外。
2种情况下的滑极次数可分别整定。
2 2种保护冲突的产生2种保护的阻抗动作区域的一种可能的相对关系如图4所示。
异步圆为图4中的区域a ,失步保护所限定的阻抗区域为图4中的区域c 。
图4中,如果失步故障时的阻抗变化曲线6在顺序穿过一次区域c 之前已经进入失磁保护的异步圆a ,且失磁保护的延时不够长,则失磁保护就可能抢先动作。
图4中的曲线5也是失步故障的一条典型阻抗变化曲线,它在进入第四象限之前没有能够顺序穿过一次c 的区内区域,这种情况下失磁保护也可能会抢先动作,而现在发生的不是失磁故障,是失步故障。
目前的定值整定计算为了更大范围地保护发电机,更关心区内振荡情况,Z a 往往比较小,Z b 比较大。
综上所述,如果发生上述情况,失磁保护就有可26 2007,31(17) 能在发电机失步故障情况下抢先动作。
虽然在上述情况下也可以通过失磁保护动作来切除失步故障,但这样的跳闸逻辑未免有些不当。
因而针对上面可能发生的冲突情况,提出以下解决方案。
图4 失磁、失步综合图Fig.4 Synthesized f igure of f ig.2and f ig.33 冲突的解决办法和分析3.1 方案1将失磁保护的动作区域简化为原先异步圆a 的右半圆a ′,只有当测量阻抗的变化轨迹进入a ′时,失磁保护才动作。
提出这种解决方案的原因在于在任何失磁故障后,发电机机端测量阻抗曲线最终总会进入异步圆a 的右半圆a ′中的小椭圆区域b ,用a ′代替b 作为动作区域可以提高失磁保护动作的可靠性和速动性;用a ′代替a 也有很大好处,可以提高失磁保护动作的准确性。
从图1可知,失磁故障后,选用a ′作为动作区域已经足够,因为在失磁保护监视失磁故障的过程中,a 的左半圆根本不起作用,且在现有能统计的失磁保护正确动作记录中,保护在异步圆a 的右半圆a ′内动作的情况占绝大部分。
改进以后,失磁保护和失步保护所用的阻抗区域a ′和c 的相对位置如图5所示。
在这种情况下,可避免失磁保护在发电机有励磁情况下发生失步故障时抢动,使失步保护也能更好地监视失步故障。
3.2 方案2引入阻抗角变化量方向的概念,假定当测量阻抗的轨迹顺时针变化时,阻抗角变化量方向为正,逆时针变化时为负。
具体的采集方法是,以一定的频率采集阻抗变化过程中的点,得到它们在阻抗坐标平面上的角度,某点的阻抗角设为θn ,则下一点的阻抗角为θn +1。
计算δn =θn +1-θn ,根据所求得的δn 的情况来判断阻抗角变化量方向。
设阻抗坐标平面上的角度变化范围为0°～360°,则δn >0°时,阻抗角变化量方向为负,δn ≤0°时则为正。
图5 修正后的失磁、失步综合图Fig.5 Corrected synthesized f igure保留失磁保护所用异步圆a ,用以下方法避免失步故障下测量阻抗落在a 的左半圆范围内时失磁保护的抢动。
当采集到的测量阻抗落在第三象限时(阻抗角在180°～270°范围内):当根据采样点算出的δn <0°时,阻抗角变化量方向为正,开放失磁保护;当根据采样点算出的δn ≥0°时,阻抗角变化量方向为负,闭锁失磁保护。
用此种方法可以避免在第三象限失步时失磁抢动的情况。
在图4中,虽然阻抗曲线5和曲线6都进入了失磁保护异步阻抗圆内部,但由于这时计算出来的δn 恒大于0°,阻抗角变化量方向恒为负,因而失磁保护已经被闭锁,只能由失步保护来监视第三象限内的故障了。
阻抗坐标平面的第三象限是失步保护要监视的最重要的区域,大部分失步保护会在这个区域附近发现失步故障,所以消除失磁保护在此区间抢动的可能性非常有必要。
即使失磁故障中有个别阻抗变化曲线以较大幅度进入第三象限,但它会很快返回至第四象限而被失磁保护发现,这个过程的时间很短,不会影响失磁保护的速动性。
上述2种解决方案在阻抗坐标平面的第三象限所做的工作不但有利于提高2种保护动作的准确性,而且能保证这2种保护动作的速动性和可靠性。
通过仿真试验发现,这2种方案都能够很好地工作,可以协调好失磁保护和失步保护的动作行为。
方案1直接削去失磁保护异步阻抗圆的左半区域,其实施结果是使得失磁保护在阻抗坐标平面的第三象36・研制与开发・ 徐 健,等 发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调限永远不可能动作;方案2没有缩小2种保护中任何一种保护的动作区域,通过增加阻抗角变化量方向判据,可以检测到阻抗变化的趋势,从而避免几种典型失步故障下失磁保护抢动的可能。