發(fā)電機失步(201201)

1、發(fā)電機失步發(fā)電機失步南京南瑞繼保電氣有限公司南京南瑞繼保電氣有限公司2012.01v 中、小型的發(fā)電機一般不裝設失步保護。當機組與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩失步時，由運行人員處理。但對于300MW及以上的大型發(fā)電機應裝設專門的失步保護和失步預測保護。v 一、裝設失步保護的必要性： 大型的發(fā)電機-變壓器組的電抗較大，如果外接系統(tǒng)是一個大系統(tǒng)，在振蕩時振蕩中心往往在機端或變壓器內(nèi)。振蕩中機端電壓周期性地大幅度地上、下變化，將導致廠用輔機的工作遭到嚴重的破壞，甚至導致全廠停機、停爐、停電。 當振蕩中心在機端附近時，流過發(fā)電機的最大振蕩電流接近于機端三相短路電流。如果此電流較長時間的反復出現(xiàn)將使發(fā)電機定子繞組發(fā)熱

2、，電磁力使發(fā)電機的端部受機械損傷。 振蕩時軸系周期性的扭力將使大軸受到嚴重扭傷，縮短運行壽命。 滑差周期性的變化使轉子繞組中產(chǎn)生差頻的感應電流，將造成轉子發(fā)熱。 大型機組與系統(tǒng)的振蕩可能導致系統(tǒng)解列甚至崩潰。一、概述 電力系統(tǒng)受到某種干擾，各發(fā)電機的電勢以不同的角頻率旋轉，電力系統(tǒng)受到某種干擾，各發(fā)電機的電勢以不同的角頻率旋轉，各電勢之間的相位差一直不斷變化，這時稱作電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定各電勢之間的相位差一直不斷變化，這時稱作電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定，或稱作電力系統(tǒng)振蕩?；蚍Q作電力系統(tǒng)振蕩。 振蕩周期：電力系統(tǒng)振蕩時，電勢振蕩周期：電力系統(tǒng)振蕩時，電勢Es和和Er的頻率不等，當振蕩的頻率不等，當振蕩周期為

3、周期為T時，有：時，有： 通常情況下，在繼電保護中振蕩周期可認為通常情況下，在繼電保護中振蕩周期可認為1S，最長振蕩周期，最長振蕩周期可認為可認為3S。NMffT1二二 系統(tǒng)振蕩時電壓相量圖系統(tǒng)振蕩時電壓相量圖 以對側電勢以對側電勢Er為參考相量，假設兩側電勢夾角為為參考相量，假設兩側電勢夾角為 ，可畫出，可畫出系統(tǒng)電壓相量圖，圖中系統(tǒng)電壓相量圖，圖中Um為本側母線電壓，為本側母線電壓，Un為對側母線電為對側母線電壓，壓，Uc為振蕩中心電壓，為振蕩中心電壓，I為振蕩電流。為振蕩電流。 -母線電壓母線電壓Um和電流和電流I之間的夾角。之間的夾角。 -線路阻抗角。線路阻抗角。ErEs三三 振蕩電流

4、振蕩電流 振蕩電流振蕩電流 由歐姆定理可知，在兩側電勢差由歐姆定理可知，在兩側電勢差 的作用下將產(chǎn)生電流的作用下將產(chǎn)生電流 其值為其值為： 在發(fā)生振蕩以后，假設兩側電勢的幅值依然相等，但它們的夾角在發(fā)生振蕩以后，假設兩側電勢的幅值依然相等，但它們的夾角 將在將在 間不斷變化。該電流間不斷變化。該電流 的有效值將隨兩側電勢夾角的有效值將隨兩側電勢夾角 的變的變化而變化，其變化規(guī)律如圖所示。當兩側電勢同相位時（化而變化，其變化規(guī)律如圖所示。當兩側電勢同相位時（ 或或 360度度），由于），由于 ，因而電流為零。當兩側電勢相位相反時（，因而電流為零。當兩側電勢相位相反時（ ），由于），由于 達到最大

5、值，因而電流也達最大值。達到最大值，因而電流也達最大值。 RSEE2sinZE2Z)e1(EZEEIjSRS003600000RSEE0180EEERS2四四 系統(tǒng)振蕩時母線電壓系統(tǒng)振蕩時母線電壓 振蕩時母線電壓 由歐姆定律得： 角在0360度變化時，Um做相應變化。當 =0時，Um有最高值， 。當 =180度時，Um有最低值：222sin)21(2cosZZEZIEUsNSSmNSEZZU)21 (minNEUmax五五 系統(tǒng)振蕩時振蕩中心電壓系統(tǒng)振蕩時振蕩中心電壓系統(tǒng)振蕩過程中，系統(tǒng)中電壓最低的一點稱為振蕩中心，設系統(tǒng)各元件阻抗角相系統(tǒng)振蕩過程中，系統(tǒng)中電壓最低的一點稱為振蕩中心，設系統(tǒng)各

6、元件阻抗角相等、兩側電動勢大小相等，如下電壓相量圖，等、兩側電動勢大小相等，如下電壓相量圖，C點就是振蕩中心，它位于線路點就是振蕩中心，它位于線路幾何中心，振蕩中心電壓由圖可得：幾何中心，振蕩中心電壓由圖可得： -母線電壓母線電壓Um和電流和電流I之間的夾角。之間的夾角。 -線路阻抗角。線路阻抗角。由上式可知，振蕩中心電壓是可以由母線電壓計算出來的。由上式可知，振蕩中心電壓是可以由母線電壓計算出來的。 振蕩中心的電壓如圖中曲線振蕩中心的電壓如圖中曲線2所示。所示。)90cos(2cosMNCUEUErEmQ 將電壓相量圖中各電壓量除以振蕩電流，圖中各點相對位置不變，即得到阻抗相將電壓相量圖中各

7、電壓量除以振蕩電流，圖中各點相對位置不變，即得到阻抗相量圖。以母線量圖。以母線m處為原點，阻抗相量圖如右圖。處為原點，阻抗相量圖如右圖。 系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)振蕩時， 角發(fā)生變化，所以圖中的角發(fā)生變化，所以圖中的Q點為一動點，相量點為一動點，相量MQ即為母線處測量即為母線處測量到的阻抗。振蕩過程中，假設兩側電動勢大小不變化，則圖中到的阻抗。振蕩過程中，假設兩側電動勢大小不變化，則圖中QS與與QR的比值不的比值不變，為：變，為： 所以所以Q點的軌跡為到兩定點點的軌跡為到兩定點S和和R距離之比為常數(shù)的點的軌跡。距離之比為常數(shù)的點的軌跡。常數(shù)RSEEQRQSK六六 系統(tǒng)振蕩時母線處測量阻抗軌跡系統(tǒng)振蕩時

8、母線處測量阻抗軌跡EREsQMRS第三部分特性是電抗線，圖中，它把動作區(qū)第三部分特性是電抗線，圖中，它把動作區(qū)一分為二，電抗線以上為一分為二，電抗線以上為I段（段（U），電抗線以下），電抗線以下為為II段（段（D）。阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)時位于）。阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)時位于電抗線以下，則認為振蕩中心位于發(fā)變組內(nèi)，位電抗線以下，則認為振蕩中心位于發(fā)變組內(nèi)，位于電抗線以上，則認為振蕩中心位于發(fā)變組外，于電抗線以上，則認為振蕩中心位于發(fā)變組外，兩種情況下滑極次數(shù)可分別整定。兩種情況下滑極次數(shù)可分別整定。保護可動作于報警信號保護可動作于報警信號, 也可動作于跳閘。也可動作于跳閘。失步保護可以識別的最

9、小振蕩周期為失步保護可以識別的最小振蕩周期為120ms。 失步保護阻抗元件計算采用發(fā)電機正序電壓、正序電流，阻抗軌跡在各種故障失步保護阻抗元件計算采用發(fā)電機正序電壓、正序電流，阻抗軌跡在各種故障下均能正確反映。保護采用三元件失步繼電器動作特性下均能正確反映。保護采用三元件失步繼電器動作特性, 如圖所示：如圖所示：第一部分是透鏡特性，圖中，它把阻抗平面分成透鏡內(nèi)的部分第一部分是透鏡特性，圖中，它把阻抗平面分成透鏡內(nèi)的部分I和透鏡外的部分和透鏡外的部分O。第二部分是遮擋器特性，圖中，它把阻抗平面分成左半部分第二部分是遮擋器特性，圖中，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分和右半部分R。 兩種特性的結

10、合，把阻抗平面分成四個區(qū)兩種特性的結合，把阻抗平面分成四個區(qū)OL、IL、IR、OR，阻抗軌跡順序穿過四，阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)（個區(qū)（OLILIROR或或ORIRILOL），并在每個區(qū)停留時間大于一時限，），并在每個區(qū)停留時間大于一時限，則保護判為發(fā)電機失步振蕩。每順序穿過一次，保護的滑極計數(shù)加則保護判為發(fā)電機失步振蕩。每順序穿過一次，保護的滑極計數(shù)加1，到達整定次，到達整定次數(shù)，保護動作。數(shù)，保護動作。七七 三元件阻抗失步判據(jù)三元件阻抗失步判據(jù)失步繼電器分析區(qū)外失步區(qū)外失步振蕩中心在區(qū)外且失步時測量阻抗軌跡示意圖振蕩中心在區(qū)內(nèi)且失步時振蕩中心在區(qū)內(nèi)且失步時失步繼電器分析區(qū) 內(nèi) 失區(qū) 內(nèi) 失步步八八 失步保護整定計算失步保護整定計算 (1)ZA和和ZB的整定計算的整定計算透鏡形阻抗元件的動作區(qū)應包括各種運行方式下的振蕩阻抗軌跡，透鏡形阻抗元件的動作區(qū)應包括各種運行方式下的振蕩阻抗軌跡，因此選取因此選取 dBStStAjxZxxjxjxZ統(tǒng)等值阻抗升壓變壓器高壓母線系升壓變壓器短路阻抗； (2)透鏡內(nèi)角的整定透鏡內(nèi)角的整定a越小，透鏡越寬，透鏡的阻抗動作區(qū)就越靠近負荷阻抗區(qū)。設最越小，透鏡越寬，透鏡的阻抗動作區(qū)就越靠近負荷阻抗區(qū)。設最大負荷阻抗以大負荷阻抗以Rm表示，由透鏡特性圖可以得出透鏡橫向寬度