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1.11.2
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技术应用T echnical A pplication
发电机失磁保护判据的应用
●沈阳工程学院
梁国艳
在发电机各类故障中，由于失磁引起的故障占60%以上，居于各类故障的首位。发电机失磁故障将破坏电力系统稳定运行，严重影响发电机组的安全。因此，《继电保护和安全自动装置技术规程》明确规定“100MW 以下但失磁对电力系统有重大影响的发电机和100MW 以上的发电机，应装设专用的失磁保护”。
失磁保护的典型判据包括转子判据、系统判据、定子判据。新型判据包括：逆无功判据、神经网络等。每一种失磁保护的动作判据都能在一定程度上对发电机的失磁故障起到保护作用，但普遍存在容易误动的问题。因此，比较理想的办法就是将这些判据根据一定的逻辑关系组合起来，实现优势互补，这样就形成了失磁保护配置方案。
根据大型汽轮发电机变压器整定导则，失磁保护中系统电压定值整定在（0.85～0.9）U min （U min 为高压母线正常运行最低允许电压）。因此系统母线电压只有下降10%～
15%，失磁保护才能动作。试验证明300MW 汽轮发电机在正常运行方式下失磁，系统电压最大下降3.04%，必然会引起保护拒动。机组失磁后，系统电压下降的幅度不但与机组负荷情况有关，而且与系统运行方式有关，是一个不确定数值。由此可以说明系统电压不宜作为失磁保护的动作判据。
1.3阻抗判据
阻抗元件作为失磁保护的定子判据是同步发电机中
常用的方式，即利用定子回路的参数变化来鉴别发电机的失磁故障。当发电机正常运行时，机端测量阻抗为负载阻抗，当发电机失磁后，随着无功功率输出方向的改变，机端测量阻抗的轨迹由第一象限逐步进入第四象限。进入静稳边界，此时发电机的机械功率与电磁功率失去平衡，一旦进入静稳边界后，发电机将不可避免地进入异步运行状态。因此，构成失磁保护的阻抗圆有2种，一是静稳边界圆Z 1；另一个是异步圆Z 2，如图1所示。当发电机机端测量阻抗落入阻抗圆内时，保护动作。发电机发生低励、失磁故障后，机端测量阻抗Z m 总是沿着等有功阻抗圆1先通过静稳边界B 点，进入静稳边界圆Z 1，然后进入异步阻抗圆Z 2。因此，静稳边界圆比异步圆灵敏。
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1
jX s
Z m
R
Z 2
B Z 1
大型机组失磁保护判据存在的问题
转子低电压判据
目前的微机保护，多采用变励磁电压判据U fd （P ），如
公式：U fd ＜KU fd0（式中U fd0为空载励磁电压，K 为小于1的常数）。即在发电机带有功P 的工况下，根据静稳极限所需的最低励磁电压，来判别是否已失磁。正常运行情况下（包括进相），励磁电压不会低于空载励磁电压。U fd （P ）判据十分灵敏，能反映出低励的情况，但整定计算相对复杂。因为U fd 是转子系统的电气量，多为直流，而功率P 是定子系统的电气量，为交流量，两者在一个判据进行比较。如果整定不当很容易导致误动作。
系统低电压判据
发电机失磁后，可能引起主变高压侧（系统）电压降低，引起局部电网电压崩溃，因此，在失磁保护配置方案中，应有“三相同时低电压”判据，为防止该判据误动，该判据应与其它辅助判据组成“与”门出口。此判据主要判断失磁的发电机对系统电压（母线电压）的影响。
随着系统容量的不断增大及网架结构的增强，系统无功储备也增加了很多，且快速反应的微机自动励磁调节器也在系统中大量使用，大型汽轮发电机失磁后，系统电压变化较小。对采用系统电压闭锁失磁保护原理的保护来说，失磁保护拒动的可能性越来越大。
李超
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图1发电机失磁后机端测量阻抗的变化特性
2011／
T echnical A pplication
技术应用
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由于发电机均具有进相运行的能力，若机组进相运稍长延时动作用于出口。如为了防止失磁时母线低电压行的深度较深，机端测量阻抗可能会落入静稳边界圆Z 1判据不能动作，第1段改用机端电压闭锁判据，这种方内，引起失磁保护误动作。
法有利于失磁保护一段动作，但是为确保各种失磁故障2
发电机失磁保护判据的应用
保护均能够动作，第2段不经低电压闭锁的失磁保护则必须投入。
2.1
逆无功判据
发电机机端三相电压同时低电压判据，即U g ≤U g ·set ，
发电机失磁及励磁降低至不允许程度的主要标志是
U g ·set 可取（0.75～0.90）U g N ，采用机端三相低电压判据有时逆无功和定子过电流同时出现。并网运行的发电机失磁为了保证厂用电，有时仅为了与U fd （P ）（或静稳阻抗判之后由产生无功变为吸收无功，无功功率由正值变为负据）组成“与”门出口，以防止由于U fd （P ）（或静稳阻抗）单值，即出现了逆功率，此时若发电机维持的有功较大则定独出口时可能发生的误动作。因此U g ·set 选择有较广泛的子过电流，该原理失磁保护直接反映发电机失磁后机组灵活性。
从系统吸收无功的程度和定子过电流的情况。该判据的3.2低励限制与失磁保护配合的整定问题
物理概念清晰，容易整定且不受系统运行方式影响。有一対失磁保护而言，低励限制必须满足发电机进相运
些300MW 及以上的大型汽轮发电机采用无刷励磁方式，行时机端测量阻抗不进入到失磁保护所整定的阻抗圆运行效果比较好。但无刷励磁发电机转子电压不直接引内。将静稳极限阻抗边界图、异步边界阻抗图、转化为R-
出，因此转子低电压判据不适合于无刷励磁发电机的失X 平面的低励限制边界图都放在同一个阻抗平面上，它磁保护，而逆无功原理构成的失磁保护特别适合这种发们的范围由大到小依次为：低励限制边界-静稳极限阻抗电机。
边界-异步边界阻抗。可见其整定比较合理，失磁保护在2.2神经网络判据
发电机进相运行时不会误动。
基于保护原理的人工神经网络失磁保护配置方案中
实际运行中发电厂在做进相试验之前。最好将进相输入量为：发电机高压侧电压、发电机机端电压、发电机试验方案中的有功功率与无功功率曲线的关系转化到阻机端测量阻抗、发电机输出的有功功率、发电机输出的无抗平面上与失磁保护的阻抗圆进行比较，确保试验能够功功率、发电机励磁电压和发电机励磁电流；输出量为：可靠进行。另外，合理的低励限制曲线与阻抗判据整定的低励失磁故障、非低励失磁故障（区外故障）。配置方案中配合，也是防止失磁保护误动的一个重要方法。
的决策系统采用ANN 。网络的输入层使用成熟的保护原理，并且通过网络的合理连接完成网络的第一层，该层网4工程应用中的发电机失磁保护方案
络直接反应了保护原理。该方案将现有失磁保护的保护RCS-985发变组保护装置中的失磁保护是一种开放
判据和人工神经网络智能化特点相结合，充分发挥各自式的失磁保护方案，可以根据不同机组运行的需要，选择优势，为实现高性能的继电保护装置提供了可能。
转子低电压判据、减出力判据、定子阻抗判据、无功反向3
发电机组失磁保护在整定过程中应注意的
判据、母线低电压判据进行灵活组合，通常推荐的组合方问题
式为：系统低电压判据+定子阻抗判据+转子电压判据，在低电压元件低于整定值时，经较短延时后动作跳闸。此3.1
失磁保护中低电压判据的整定问题
外，考虑到多台机组并列运行时，单台机组失磁母线电压低电压判据采用机端电压还是主变高压侧电压，主可能降低不到定值以下的情况，设置一段不经母线低电要是看发电机与电网的连接方式及发电机容量在电网中压闭锁的失磁保护，经稍长延时动作出口。为了防止自并的比例、厂用电安全和电网稳定的要求。整定时可以把主励发电机区外故障时失磁保护误动作w 不推荐只投转子变高压侧低电压定值按不破坏电网稳定整定，机端低电低电压判据和系统低电压判据的失磁保护方案。RCS-
压定值按躲过强行励磁启动电压和不破坏厂用电安全来985采用的处理异常工况的措施：主变高压侧母线TV 断整定，这样的整定方式可以有效的减少失磁故障对发电线时，闭锁低电压判据；机端一组TV 断线时，自动切换至机或电网的影响。
另一组正常TV ，不需要闭锁失磁保护的阻抗判据。这些当前对低电压判据的使用，普遍的做法是考虑投入2措施可以有效地防止在异常情况引起的失磁保护误动，段失磁保护，第1段用机端电压闭锁判据，失磁保护较短增加保护的可靠性。■
延时动作用于出口，第2段不经低电压闭锁，失磁保护经
大众用电2011／6
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李超
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