失步保护

3.15 发电机失步保护

3.15.1保护原理

发电机失步保护采取电阻直线多区域特性。其特性如下图3-15-1。图中，t X 为变压器电抗（已归算到发电机机端侧），S R 为电阻边界定值，j R 内部自动调整为2S R 。

图3-15-1 发电机失步保护的多区域特性

对图3-15-1的说明如下：

（1）系统正常运行时，测量阻抗S R >，不会进入2~5区内；

（2）发电机增速失步时，测量阻抗会依次穿过1区、2区、3区、4区、5区、6区，

经过每个区的时间都大于一个T ∆；

（3）发电机减速失步时，测量阻抗会依次穿过6区、5区、4区、3区、2区、1区，

经过每个区的时间都大于一个T ∆；

（4）系统故障时，测量阻抗会突然落入2~5区（或者就在2～5区以外），而不会依次

穿过1区、2区、3区、4区、5区、6区。

发电机失步后，失步保护发出失步信号。若测量电抗小于t X ，则说明振荡中心落在发变组内，此时，由控制字选择，是否经滑级次数判别再发跳闸命令。当测量阻抗滑入1区或6区，且达到预定的滑极次数，同时，电流小于闭锁电流（bs I ）时，发出跳闸命令，这样可以避免断路器切断过大的电流。

阻抗元件电压取自发电机机端TV ，电流取自发电机机端或中性点TA 。

其它

【南自：DGT801数字式发电机变压器保护装置技术说明书】

南自DGT801采用的方案与CSG300A 方案类似，但是在阻抗轨迹在各区停留时间，纳南自DGT801整定更为细致一些，估计需要一些数据

R

整定：

（1） 1区停留时间T1

T1整定和振荡周期有关，应小于系统振荡时测量阻抗在该区停留的时间。设振荡周期为OS T （具体值由调度所给出，一般为0.5至1.5秒，最低可至3秒），则振荡时在1区停留时间为：012360δδ-OS T )

(2212B A X X R c t g +=-δ 整定：01213605.0δδ-=OS T T （2） 2区停留时间T2

T2整定和振荡周期有关，应小于系统振荡时测量阻抗在该区停留的时间。则振荡时在

2区停留时间为：020*******δ-OS T 整定：0102360

1802*5.0δ-=OS T T （3） 3区停留时间T3

T3整定和振荡周期有关，应小于系统振荡时测量阻抗在该区停留的时间。整定T3=T1

（4） 4区停留时间T4

T4整定和振荡周期有关，应小于系统振荡时测量阻抗在该区停留的时间。T4可以在0秒到T3之间选取

【南自：DGT801数字式发电机变压器保护装置技术说明书】

NARI RCS-985和许继 WFB-100采用的是三元件失步继电器

【NARI RCS-985发电机变压器成套保护装置技术说明书－2001】

保护采用三元件失步继电器动作特性

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平面L和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，保护的滑极加1，到达整定次数，保护动作第三部分是电抗线，图中③，它把动作区一分为二，电抗线以上为Ⅰ段（U），电抗线以下为Ⅱ段（D）。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，两种情况下滑极可以分别整定保护可动作于报警信号，也可动作于跳闸

失步保护可以辨别的最小振荡周期为120ms

【NARI RCS-985发电机变压器成套保护装置技术说明书－2001】

【许继：WFB-100微机型发变组成套保护装置技术说明书】

本保护适应于大型发变组，当系统发生非稳定振荡即失步危及机组安全时，动作于跳闸或信号。保护采用三阻抗元件，通过阻抗的轨迹变化来检测滑极次数并确定振荡中心的位置。与RCS 985的保护方案类似

（1） 透镜特性的阻抗元件Z 1：其内角代表动态稳定极限角，可整定，若机端视在

阻抗Z 的终端进入透镜圆区域内，则表明发电机电势与系统等效电势间的功

角δ已大于动稳极限角

（2） 阻挡器直线阻抗元件Z 2，即透镜的主轴，机端视在阻抗Z 的终端落在此直线

上，代表功角δ为1800，若出现不稳定振荡，Z 的终端将进入透镜。当越过

该直线，功角δ逐渐大于1800，意味着发电机已失步

（3） 电抗线阻抗元件Z 3，垂直于透镜的主轴，其位置可整定，该元件将保护分为

一段跳闸区（电抗线以下）和二段跳闸区（电抗线以上）

上面三个阻抗元件把阻抗平面分为四个区，发生失步后的机端视在阻抗的轨迹会顺时针依次穿过四个区，并回到第一个区。发生失步后的阻抗轨迹的变化比短路时慢得多。根据此特征，通过整定内角大小，计及阻抗轨迹穿过透镜所需的时间区分短路与失步。

因此只有当机端视在阻抗依次穿过四个区，并回到第一个区，并且在透镜内停留的时间大于50ms ，才判定一次滑极（滑极：机端测量阻抗Z 的轨迹，每穿过一次透镜，表示失步发电机的转子磁极相对于系统同步旋转磁场的磁极运动3600电角度，称为一次滑极）

另外，滑极次数计数过程中，在接收到前一个计数后，如果在一定时间内（20s ），没有新的滑极次数到来或轨迹一直停留在滑极内，计数器将清零

为了避免在0180=δ附近的严重条件下断路器跳闸，失步保护应在00360~250=δ期间发出跳闸脉冲

【许继：WFB-100微机型发变组成套保护装置技术说明书】

“IEEE 交流发电机保护的IEEE 标准”提供单遮挡器、双透镜或者双遮挡器方案 单遮挡器方案