失磁保護(hù)(講課資料)

1、低勵、失磁保護(hù)應(yīng)掌握的知識點(diǎn)：1、什么是失磁？2、失磁后，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況如何變化？或者說發(fā)電機(jī)開始失磁（在未超過靜穩(wěn)極限之前）的現(xiàn)象？3、失磁保護(hù)有哪些判據(jù)？（看說明書，先記住這些判據(jù)的名稱，原理可以先不看）4、發(fā)電機(jī)失磁對系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)本身有什么影響？5、發(fā)電機(jī)失磁后，機(jī)端測量阻抗大致如何變化？（先了解）一、定義失磁保護(hù)，有時(shí)候也叫低勵保護(hù)。但從更加確切的定義上講，低勵：表示發(fā)電機(jī)的勵磁電流低于靜穩(wěn)極限所對應(yīng)的勵磁電流；（發(fā)電機(jī)要向外送這么多有功，必須要有相應(yīng)的勵磁電流來維持，勵磁電流太低，連靜穩(wěn)極限都維持不了的時(shí)候，就叫低勵。而失磁：表示發(fā)電機(jī)完全失去勵磁。發(fā)電機(jī)低勵、失磁，是常見的故障形

2、式，特別是大型發(fā)電機(jī)組，勵磁系統(tǒng)的環(huán)節(jié)比較多。增加了發(fā)生低勵、失磁的機(jī)會。二、失磁的過程正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場，與定子繞組中電流產(chǎn)生的交變磁場，兩者耦合到一起，同步旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁場起推動力的作用，定子繞組中電流產(chǎn)生的交變磁場起制動力的作用，兩者大小相等，同步旋轉(zhuǎn)，把原動機(jī)的能量，通過磁場傳到三相系統(tǒng)中去。而低勵、失磁時(shí)，轉(zhuǎn)子中的磁場就減小，最后沒有了，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子用來推動定子交變磁場旋轉(zhuǎn)的磁場減小、甚至沒有了，相當(dāng)于將“原動機(jī)的能量”轉(zhuǎn)換成“三相交流系統(tǒng)中的電能”的媒介減小、甚至沒有了，那么原動機(jī)的能量就只能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的機(jī)械能，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速要加快。以下為補(bǔ)充：勵磁與有功、機(jī)端電壓的關(guān)系（純屬

3、個(gè)人理解，僅供參考）有功增加了 在機(jī)端電壓不變的情況下 定子電流就會增加，定子電流增加的話 就會使機(jī)端電壓下降， 為了保持機(jī)端電壓的恒定就會增加勵磁電流來穩(wěn)定電壓，勵磁電流只調(diào)節(jié)無功，但無功和有功要滿足功率圓?？赡軙霈F(xiàn)在無功一定的情況下有功無法調(diào)節(jié)。就是說 在有功增加的情況下 勵磁電流會變大的 有功減小的話勵磁電流也會相應(yīng)的減小。也就是說，增加勵磁電流，可以增加發(fā)電機(jī)輸出的無功Q，也會使發(fā)電機(jī)的輸出電壓升高；反之，則相反。而勵磁電流與有功P之間無必然的聯(lián)系。差不多吧，有功增加會使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生去磁作用，這個(gè)時(shí)候發(fā)電機(jī)電壓會降低，發(fā)電機(jī)會失磁，無功就要相應(yīng)的

4、增加。理論上調(diào)整有功，無功會跟著變化，增加無功，有功不隨著無功變化。單臺發(fā)電機(jī)對于無窮大系統(tǒng)而言，發(fā)電機(jī)輸出的有功、無功的表達(dá)式為如下，式中，各參數(shù)的定義與上面補(bǔ)充部分的定義相同。但下式成立的條件是xd=xq（此時(shí)xd=xq），即對于隱極發(fā)電機(jī)，才成立，對于凸極機(jī)，不成立。式中，P為發(fā)電機(jī)的有功，E0為發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓；Us為系統(tǒng)電壓，X為包括發(fā)電機(jī)在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的電抗，為轉(zhuǎn)子磁場與定子繞組的電樞磁場的夾角（也可理解為機(jī)端電壓與無窮大系統(tǒng)電壓之間的夾角）。對于水輪發(fā)電機(jī)：d軸：直軸（橫軸），磁極軸線，轉(zhuǎn)子上是一個(gè)大齒；q軸：交軸（相軸、時(shí)軸），相鄰兩極之間的中心線，都是些小齒。因此，Xd與Xq

5、不可能完全相等，XdXq。發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓E0與勵磁電流If是成線性關(guān)系的，失磁過程中，勵磁電流減小，引起機(jī)端電壓E0降低（無功功率降低），但是失磁后，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速加快，會變大（的改變比E0的改變慢），在一定范圍內(nèi)，sin變大，cos，所以：“機(jī)端電壓E0降低”與“sin變大”二者是相互補(bǔ)償?shù)淖饔茫栽谑Т懦跏茧A段，有功功率P先減小，后增加，來回波動，但有功P的平均值變化不大；而無功功率Q則持續(xù)下降，甚至向系統(tǒng)吸收無功（E0降低、cos降低）；由于機(jī)端電壓E0降低（在超過靜穩(wěn)極限后，機(jī)端電壓講大幅下降），因此，機(jī)端電流I先降低，后面有功P增加后，I也會回升。具體各電氣參數(shù)如上圖所示。綜上，發(fā)

6、電機(jī)開始失磁（在未超過靜穩(wěn)極限之前）的現(xiàn)象如下： 無功功率Q在連續(xù)下降，甚至從正值變成負(fù)值； 機(jī)端電壓E0在連續(xù)下降； 機(jī)端電流I在上升（先下降、后上升）； 有功功率P有波動（先下降、后上升），但平均值變化不大。這個(gè)時(shí)候，發(fā)電機(jī)仍能向系統(tǒng)輸送有功P，但由于無功Q降低，甚至吸收無功，機(jī)端電壓要下降，因此需要本廠其他無故障的機(jī)組，或者其他廠無故障的機(jī)組多發(fā)一些無功功率，以維持系統(tǒng)電壓。當(dāng)功角180°以后，發(fā)電機(jī)完全失步，有功P已變?yōu)樨?fù)值，即發(fā)電機(jī)吸收有功，發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)電壓的作用下，作電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，定子電樞磁場已不再是對轉(zhuǎn)子磁場起制動作用，而是和轉(zhuǎn)子上的原動力矩一起，共同驅(qū)使發(fā)電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)，

7、很快使360°，開始一個(gè)新的旋轉(zhuǎn)周期，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率、無功功率、定子電流、轉(zhuǎn)子電流和電壓均呈現(xiàn)不同程度的振蕩，但定子機(jī)端電壓手系統(tǒng)電壓的牽制，因此波動比較平穩(wěn)。三、失磁后的發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗軌跡以下內(nèi)容針對汽輪發(fā)電機(jī)而言：滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在A點(diǎn)，以失磁開始為0s，約5s后無功功率反向，機(jī)端測量阻抗軌跡開始進(jìn)入-x的第四象限；10s以后，機(jī)端測量阻抗軌跡在C區(qū)擺動；若將有功負(fù)荷減到額定功率的60%，則機(jī)端測量阻抗軌跡在D區(qū)擺動；若將有功負(fù)荷減到額定功率的40%，則機(jī)端測量阻抗軌跡穩(wěn)定在B點(diǎn)附近，失磁機(jī)組進(jìn)入穩(wěn)定異步運(yùn)行。1、失磁初始階段（在失去靜態(tài)穩(wěn)定之前）的阻抗軌跡

8、：等有功阻抗圓等有功的概念：前面已經(jīng)分析，在失磁初始階段（在失去靜態(tài)穩(wěn)定之前），發(fā)電機(jī)有功功率P雖然在波動，但其平均值差不多是不變的，因此叫等有功?，F(xiàn)在就假定輸出有功功率P（這里用Ps表示）基本不變，來分析機(jī)端測量阻抗Z的軌跡。失磁初始階段（在失去靜態(tài)穩(wěn)定之前）的阻抗軌跡就是等有功圓，靜穩(wěn)極限破壞之后，阻抗軌跡才偏離等有功圓進(jìn)入第三、四象限。圖6-3-3給我們的啟發(fā)： 如果失磁發(fā)電機(jī)與無窮大系統(tǒng)的連接電抗Xs越大（即發(fā)電廠與系統(tǒng)聯(lián)系很薄弱，遠(yuǎn)離系統(tǒng)中心），則等有功圓就要沿著jx軸往上偏移，因此失磁后的機(jī)端測量阻抗軌跡也整體往上偏移，即位于阻抗平面的上部區(qū)域，就不容易進(jìn)入第三、第四象限，而失磁阻

9、抗圓的動作區(qū)在第三、第四象限，所以此時(shí)失磁保護(hù)可能拒動。 失磁以前，發(fā)電機(jī)帶的有功Ps越大，則失磁后機(jī)端測量阻抗軌跡圓的圓心越靠近原點(diǎn)（從式6-6-3a可知），失磁后的機(jī)端測量阻抗軌跡（即等有功圓）越小，同理，就不容易進(jìn)入第三、第四象限，而失磁阻抗圓的動作區(qū)在第三、第四象限，所以此時(shí)失磁保護(hù)可能拒動。2、靜穩(wěn)極限阻抗圓補(bǔ)充：對于汽輪機(jī)的靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓，上面為Xs（系統(tǒng)聯(lián)系電抗，或者叫發(fā)電機(jī)與無窮大系統(tǒng)的連接電抗），下面為-Xd，以它們?yōu)橹睆剿鞯膱A。機(jī)端測量阻抗軌跡進(jìn)入該圓，表示這臺發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)極限破壞了。等有功圓與靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓是相交的，剛一開始失磁，機(jī)端測量阻抗軌跡就有可能

10、沿著等有功圓進(jìn)入靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓，因此，靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓的動作區(qū)域較大，比異步邊界阻抗圓更靈敏，靜穩(wěn)極限剛剛被破壞，保護(hù)就動作了。但是，對于汽輪機(jī)的靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓，其動作區(qū)域它包括了所有象限，第四象限是同步發(fā)電機(jī)失磁應(yīng)該動作的區(qū)域，第三象限是同步電動機(jī)失磁應(yīng)該動作的區(qū)域。而在第一、二象限，除了失磁保護(hù)會動作外，短路故障也會動作，因此，為了防止短路時(shí)靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓誤動，從第二象限到第四象限劃一根直線，弄成一個(gè)方向阻抗繼電器。如P303，圖6-4-5所示。而在我國，為了防止短路時(shí)靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓誤動，就把Xs移到零點(diǎn)，即機(jī)端，以零點(diǎn)和-Xd為弦，以靜穩(wěn)極限（邊界）

11、阻抗圓為基礎(chǔ)，畫一個(gè)蘋果圓，讓這個(gè)蘋果圓盡可能的跟理論上的靜穩(wěn)極限（邊界）阻抗圓靠攏。我們把這個(gè)蘋果園叫：準(zhǔn)靜穩(wěn)極限阻抗圓。如P304所講。無論是靜穩(wěn)極限阻抗圓，還是異步邊界阻抗圓，阻抗繼電器不僅是在失磁的時(shí)候才動作，在系統(tǒng)振蕩、PT斷線以及發(fā)電機(jī)從機(jī)端到高壓系統(tǒng)發(fā)生相間短路、接地短路（經(jīng)過渡電阻短路，過渡電阻達(dá)到一定數(shù)值）時(shí)，這些阻抗圓可能會誤動。所以阻抗圓也要和“勵磁低電壓”等判據(jù)相配合使用，即進(jìn)入阻抗圓之后，要“勵磁電壓低于整定值”之后，才動作。若是系統(tǒng)短路，為了維持系統(tǒng)穩(wěn)定，勵磁系統(tǒng)會自動將勵磁加大，此時(shí)進(jìn)入阻抗圓之后， 由于“勵磁低電壓”等判據(jù)不滿足，失磁保護(hù)也不會動作。詳見金安橋的

12、“靜穩(wěn)極限勵磁電壓U (P) fd 主判據(jù)”金安橋失磁保護(hù)的幾個(gè)判據(jù)1、靜穩(wěn)極限勵磁電壓U (P) fd 主判據(jù)若定子機(jī)端電勢E0用定子的額定電壓作為基準(zhǔn)值，再計(jì)算它的標(biāo)幺值；而轉(zhuǎn)子電壓U1的基準(zhǔn)值為發(fā)電機(jī)空載的額定勵磁電壓，則定子機(jī)端電勢E0的標(biāo)幺值，就等于轉(zhuǎn)子電壓U1的標(biāo)幺值，那么從標(biāo)幺值來說，E0就是轉(zhuǎn)子電壓，故有功P即為轉(zhuǎn)子電壓乘以無窮大母線電壓，再比上同步電抗。所以，發(fā)電機(jī)要發(fā)出某一數(shù)量的有功P，就必須要有一定數(shù)量的勵磁電壓E0（轉(zhuǎn)子電壓，它們的標(biāo)幺值相等）來維持，換句話，發(fā)電機(jī)要送某一數(shù)量的有功功率P，且系統(tǒng)要維持靜穩(wěn)極限，那么必須要有的那個(gè)轉(zhuǎn)子電壓就能確定下來。轉(zhuǎn)子電壓的標(biāo)幺值，

13、與有功P成一個(gè)線性關(guān)系。故，用轉(zhuǎn)子低電壓作為判據(jù)時(shí)，轉(zhuǎn)子低電壓的定值是隨著有功功率的變化而變化的。不同的有功功率，維持靜穩(wěn)極限所需的轉(zhuǎn)子電壓就有不同的定值。（但這是從穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下來說的，而在暫態(tài)過程中，這個(gè)線性關(guān)系不成立）該判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是：凡是能導(dǎo)致失步的失磁初始階段，由于U fd 快速降低，U (P) fd 判據(jù)可快速動作；在通常工況下失磁，U (P) fd 判據(jù)動作大約比靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)動作提前1 秒鐘以上，有預(yù)測失磁失步的功能，顯著提高機(jī)組壓出力或切換勵磁的效果。5.6.2 定勵磁低電壓輔助判據(jù)為了保證在機(jī)組空載運(yùn)行及 Pt < P 的輕載運(yùn)行情況下失磁時(shí)保護(hù)能可靠動作,或?yàn)榱巳Т?/p>

14、及嚴(yán)重部分失磁時(shí)保護(hù)能較快出口，附加裝設(shè)整定值為固定值的勵磁低電壓判據(jù)，簡稱為“定勵磁低電壓判據(jù)”，其動作方程為：金安橋失磁保護(hù)跳閘清冊：靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)滿足后，至少延時(shí)11.5s 發(fā)失磁信號、壓出力或跳閘，延時(shí)11.5s 的原因是躲開系統(tǒng)振蕩。扇形與R 軸的夾角10°15°為了躲開發(fā)電機(jī)出口經(jīng)過渡電阻的相間短路，以及躲開發(fā)電機(jī)正常進(jìn)相運(yùn)行。5.6.4 穩(wěn)態(tài)異步邊界阻抗判據(jù)發(fā)電機(jī)發(fā)生凡是能導(dǎo)致失步的失磁后，總是先到達(dá)靜穩(wěn)邊界，然后轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行，進(jìn)而穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行。該判據(jù)的動作圓為下拋圓，它匹配發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)異步邊界圓。特性曲線見圖5-6-4。5.6.5 主變高壓側(cè)三相同時(shí)低電壓

15、判據(jù)發(fā)電機(jī)失磁后，可能引起主變高壓側(cè)(系統(tǒng))電壓降低，引發(fā)局部電網(wǎng)電壓崩潰，因此，在失磁保護(hù)配置方案中，應(yīng)有“三相同時(shí)低電壓”判據(jù)。為防止該判據(jù)誤動，該判據(jù)應(yīng)與其它輔助判據(jù)組成“與”門出口。此判據(jù)主要判斷失磁的發(fā)電機(jī)對系統(tǒng)電壓(母線電壓)的影響。五、觀音巖所用的南瑞PCS-985GW發(fā)電機(jī)保護(hù)中，失磁保護(hù)有哪些判據(jù)？它們各有什么作用？適用于哪些場合？答： 母線（機(jī)端）低電壓判據(jù)：該判據(jù)用于保護(hù)電力系統(tǒng)不被失磁故障的發(fā)電機(jī)拖垮，是一個(gè)保系統(tǒng)的判據(jù)；適用于系統(tǒng)無功儲備不足時(shí)，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心、與系統(tǒng)聯(lián)系比較薄弱的發(fā)電廠建設(shè)初期，或枯水運(yùn)行季節(jié)的時(shí)候。 定子阻抗判據(jù)，包括靜穩(wěn)極限阻抗圓、異步邊界阻抗圓：

16、該判據(jù)為失磁故障的主判據(jù)，用于判別發(fā)電機(jī)的低勵失磁故障，延時(shí)動作于信號或出口；其中靜穩(wěn)極限阻抗圓適用于“遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，與系統(tǒng)聯(lián)系薄弱，系統(tǒng)等值阻抗大”的發(fā)電廠，而異步邊界阻抗圓適用于“在負(fù)荷中心，與系統(tǒng)聯(lián)系緊密，系統(tǒng)等值阻抗小”的發(fā)電廠。 轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)，包括轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)、發(fā)電機(jī)的變勵磁電壓判據(jù)（也叫靜穩(wěn)極限勵磁電壓判據(jù)）：由于在能導(dǎo)致失步的失磁初始階段，該判據(jù)能快速動作；在通常工況下比定子抗判據(jù)動作提前1 s以上，因此有預(yù)測失磁失步的功能，顯著提高機(jī)組減出力或切換勵磁的效果；適用于在系統(tǒng)振蕩、PT斷線以及發(fā)電機(jī)從機(jī)端到高壓系統(tǒng)發(fā)生相間短路、接地短路（經(jīng)過渡電阻短路，過渡電阻達(dá)到一定數(shù)值）時(shí)，與

17、定子阻抗判據(jù)配合使用，防止定子阻抗判據(jù)單獨(dú)使用時(shí)誤動作。 無功反向判據(jù)：該判據(jù)用于反映失磁過程中發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)倒吸無功，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降，用于與其他失磁判據(jù)相配合，完善失磁保護(hù)的功能，增加失磁保護(hù)動作的可靠性。六、發(fā)電機(jī)失磁對發(fā)電機(jī)、系統(tǒng)的影響發(fā)電機(jī)失磁對系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)本身有什么影響？汽輪發(fā)電機(jī)允許失磁運(yùn)行的條件是什么？（高級技師）答：發(fā)電機(jī)失磁對系統(tǒng)的影響：（1）發(fā)電機(jī)失磁后，不但不能向系統(tǒng)送出無功功率，而且還要從系統(tǒng)中吸收無功功率，將造成系統(tǒng)電壓下降。（2）為了供給失磁發(fā)電機(jī)無功功率，可能造成系統(tǒng)中其他發(fā)電機(jī)過電流。發(fā)電機(jī)失磁對發(fā)電機(jī)自身的影響：（1）發(fā)電機(jī)失磁后，轉(zhuǎn)子和定子磁場之間出現(xiàn)了速度

18、差，則在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出轉(zhuǎn)差頻率的電流，引起轉(zhuǎn)子局部過熱。（2）發(fā)電機(jī)受交變的異步電磁力矩的沖擊而發(fā)生振動，轉(zhuǎn)差率愈大，振動也愈大。汽輪發(fā)電機(jī)允許失磁運(yùn)行的條件是：（1）系統(tǒng)有足夠供給發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行的無功功率，以不至于造成系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降為限。（2）降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出，使之能在很小的轉(zhuǎn)差下，在允許的一段時(shí)間內(nèi)異步運(yùn)行。即發(fā)電機(jī)應(yīng)在較小的有功功率下失磁運(yùn)行，使之不至于造成危害發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的發(fā)熱和振動。七、幾道技能鑒定的習(xí)題大型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)，在什么情況下采用異步邊界阻抗圓？又在什么情況下采用靜穩(wěn)極限阻抗圓？說明理由。（技師）答：在負(fù)荷中心，系統(tǒng)等值阻抗小的宜選用異步邊界阻抗圓；遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，系統(tǒng)等值阻抗大的宜選用靜穩(wěn)極限阻抗圓。理由是：遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的大型發(fā)電機(jī)失磁后，機(jī)端等有功阻抗圓可能不與異步邊界阻抗圓相交，失磁保護(hù)動作慢，有可能對側(cè)系統(tǒng)的后備保護(hù)因此失磁引起過流而先動作了，本側(cè)失磁保護(hù)卻還未動作，造成對側(cè)保護(hù)先跳閘，從而擴(kuò)大事故范圍。（即在失磁初始階段，還未失步時(shí)，機(jī)端測量阻抗軌跡還在等有功圓上，且阻抗軌跡正在慢慢的由第一象限向第四象限移動的時(shí)候，由于端等有功阻抗圓可能不與異步邊界阻抗圓相交，失磁保護(hù)就不能提前動作，而等阻抗軌跡進(jìn)入異步邊界阻抗圓時(shí)，機(jī)組已完全異步運(yùn)行了，這時(shí)才動作跳閘，線路上的后備保護(hù)可能早就動作了