第7章 發(fā)電機(jī)保護(hù)

第7章發(fā)電機(jī)保護(hù)同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)20萬(wàn)KW機(jī)組三峽水電廠70萬(wàn)機(jī)組轉(zhuǎn)子吊裝NS汽輪機(jī)完工后的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子7.1概述發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行直接影響電力系統(tǒng)的安全。發(fā)電機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)行中可能發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)，特別是現(xiàn)代的大中型發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量大，對(duì)系統(tǒng)影響大，損壞后的修復(fù)工作復(fù)雜且工期長(zhǎng)，所以對(duì)繼電保護(hù)提出了更高的要求。針對(duì)發(fā)電機(jī)的故障和不正常工作狀態(tài)，應(yīng)裝設(shè)性能完善的繼電保護(hù)裝置。1、發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的故障及其相應(yīng)的保護(hù)1）發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路定子繞組相間短路會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī)。應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。2）發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路匝間短路將出現(xiàn)很大的環(huán)流，使絕緣老化，甚至擊穿絕緣發(fā)展為單相接地或相間短路，擴(kuò)大發(fā)電機(jī)損壞范圍。3）發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地定子繞組單相接地是易發(fā)生的一種故障。單相接地后，其電容電流流過(guò)故障點(diǎn)的定子鐵芯，當(dāng)此電流較大或持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使鐵芯局部熔化。因此，應(yīng)裝設(shè)靈敏的反應(yīng)全部繞組任一點(diǎn)接地故障的100%定子繞組單相接地保護(hù)。4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地

轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地，由于沒(méi)有構(gòu)成通路，對(duì)發(fā)電機(jī)沒(méi)有直接危害。再發(fā)生另一點(diǎn)接地，則轉(zhuǎn)子繞組一部分被短接，會(huì)燒毀轉(zhuǎn)子繞組，由于部分繞組短接，破壞磁磁路的對(duì)稱性，造成磁勢(shì)不平衡而引起機(jī)組劇烈振動(dòng)，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地保護(hù)和兩點(diǎn)接地保護(hù)。5）發(fā)電機(jī)失磁造成危害：失磁原因轉(zhuǎn)子繞組斷線、勵(lì)磁回路故障或滅磁開關(guān)誤動(dòng)等。不僅對(duì)發(fā)電機(jī)造成危害，而且對(duì)電力系統(tǒng)安全也會(huì)造成嚴(yán)重影響。裝設(shè)失磁保護(hù)。2、發(fā)電機(jī)的不正常工作狀態(tài)及其相應(yīng)的保護(hù)不正常工作狀態(tài)負(fù)荷超過(guò)發(fā)電機(jī)額定值、負(fù)序電流超過(guò)發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許值外部短路、非周期合閘以及系統(tǒng)振蕩等。發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷主汽門突然關(guān)閉而發(fā)電機(jī)斷路器未斷開過(guò)電流保護(hù)過(guò)負(fù)荷保護(hù)過(guò)電壓保護(hù)逆功率保護(hù)過(guò)電流保護(hù)過(guò)負(fù)荷保護(hù)作為外部短路和內(nèi)部短路的后備保護(hù)。50MW及以上的發(fā)電電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)負(fù)序過(guò)電流保護(hù)。對(duì)稱過(guò)負(fù)荷，應(yīng)裝設(shè)只接于一相的過(guò)負(fù)荷保護(hù)。不對(duì)稱過(guò)負(fù)荷，一般在50MW及以上發(fā)電電機(jī)應(yīng)裝設(shè)負(fù)序過(guò)負(fù)荷保護(hù)。過(guò)電壓保護(hù)逆功率保護(hù)特別是水輪發(fā)電機(jī)，在突然甩負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速急劇上升從而引起過(guò)電壓。在水輪發(fā)電機(jī)和大型汽輪發(fā)電機(jī)上應(yīng)裝設(shè)。主汽門突然關(guān)閉而發(fā)電機(jī)斷路器未斷，發(fā)電機(jī)變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收無(wú)功，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)葉片特別是尾葉，可能過(guò)熱而損壞。發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作跳開發(fā)電機(jī)斷路器的同時(shí)，還應(yīng)斷開發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。7.2發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)縱差保護(hù)作用：反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路，是發(fā)電機(jī)的主要保護(hù)。1、發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)1）差動(dòng)保護(hù)的基本工作原理保護(hù)基本原理：比較發(fā)電機(jī)兩側(cè)的電流的大小和相位，它是反映發(fā)電機(jī)及其引出線的相間故障。發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成的兩側(cè)電流互感器同變比、同型號(hào)。正常運(yùn)行及外部故障時(shí)：保護(hù)區(qū)內(nèi)故障：2）原理接線2、差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算按電流互感器二次斷線條件：按最大不平衡電流條件：兩條件取較大值為整定值。靈敏度：：發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，流經(jīng)保護(hù)最小的周期性短路電流。3、比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)基本原理：基于保護(hù)的動(dòng)作電流隨著外部故障的短路電流而產(chǎn)生的最大不平衡電流的增大而按比例的線性增大，且比最大不平衡電流增大的更快，使在任何情況下的外部故障時(shí)，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作。制動(dòng)電流：將外部故障的短路電流作為制動(dòng)電流。差動(dòng)電流：把流入差動(dòng)回路的電流作為動(dòng)作電流。完全差動(dòng)制動(dòng)電流：差動(dòng)電流：不完全差動(dòng)制動(dòng)電流：差動(dòng)電流：保護(hù)動(dòng)作條件保護(hù)動(dòng)作特性1）正常運(yùn)行時(shí)制動(dòng)電流2）外部短路時(shí)制動(dòng)電流數(shù)值大、差動(dòng)電流數(shù)值小，保護(hù)不動(dòng)作。制動(dòng)電流差動(dòng)電流3）內(nèi)部故障時(shí)制動(dòng)電流為：兩側(cè)短路電流之差，數(shù)值小。差動(dòng)電流為：保護(hù)動(dòng)作。發(fā)電機(jī)未并列時(shí)制動(dòng)電流為：差動(dòng)電流為：保護(hù)動(dòng)作。保護(hù)動(dòng)作邏輯單相出口方式循環(huán)閉鎖出口方式比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的整定比率制動(dòng)系數(shù)啟動(dòng)電流拐點(diǎn)電流差動(dòng)速斷定值解除TA斷線功能差流差動(dòng)保護(hù)靈敏度校驗(yàn)3.標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)原理1）標(biāo)積制動(dòng)量2）動(dòng)作方程3）分析標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性第三節(jié)同步發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路保護(hù)同分支匝間短路不同分支匝間短路一、橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)橫差保護(hù)作為發(fā)電機(jī)定子匝間短路、線棒開焊的主保護(hù)使用，也能保護(hù)到不同分支的相間故障橫差保護(hù)可分為單元橫差保護(hù)和裂相橫差保護(hù)兩種（a）

UVW橫差TA縱差TA·····縱差TA縱差TA機(jī)殼（b）·UVW橫差TA縱差TA·····縱差TA縱差TA·機(jī)殼1．單元件橫差保護(hù)的接線方式及其特點(diǎn)2．保護(hù)的原理分析1）當(dāng)定子繞組的同分支匝間短路時(shí)：2）定子繞組不同分支間發(fā)生短路時(shí)：2圖9－6單元件式橫聯(lián)差保護(hù)原理接線圖1-三次諧波濾過(guò)器；2－帶有延時(shí)的保護(hù)裝置3)保護(hù)的接線常規(guī)單元件橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理切換片正常運(yùn)行時(shí)投1~2位置,保護(hù)不帶延時(shí)。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時(shí)，投1~3位置，保護(hù)帶延時(shí)，為轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地故障做好準(zhǔn)備。保護(hù)裝設(shè)了3次諧波濾過(guò)器，降低保護(hù)動(dòng)作電流，提高靈敏度。微機(jī)型單元橫差保護(hù)構(gòu)成原理動(dòng)作方程保護(hù)邏輯保護(hù)動(dòng)作值：動(dòng)作電流：電流互感器變比：缺點(diǎn)①單相分支匝間短路的較小時(shí)，即短接的匝數(shù)較少時(shí)，存在動(dòng)作死區(qū)。②同相兩分支間匝間短路，當(dāng)短路點(diǎn)位置差別較小時(shí)，也存在死區(qū)。需增設(shè)0.5～1秒的延時(shí)，以躲過(guò)轉(zhuǎn)子回路的瞬時(shí)兩點(diǎn)接地故障。t1=0.5～1秒二、縱向零序電壓原理的匝間短路保護(hù)適用于中性點(diǎn)側(cè)沒(méi)有6個(gè)或4個(gè)引出端子的發(fā)電機(jī)定子匝間短路。該保護(hù)利用發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路時(shí)，機(jī)端三相對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)出現(xiàn)的零序電壓而構(gòu)成。

零序電壓匝間短路保護(hù)原理接線圖1.保護(hù)的構(gòu)成原理專用PT縱向零序電壓匝間保護(hù)縱向零序電壓原理構(gòu)成的保護(hù)方案。在發(fā)電機(jī)的出口裝設(shè)一個(gè)專用全絕絕緣電壓互感器，其一次繞組中性點(diǎn)直接與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)相連而不接地。所以，該電壓互感器二次繞組不能用來(lái)測(cè)量相對(duì)地電壓。只有當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生匝間短路或者對(duì)中性點(diǎn)不對(duì)稱的各種相間短路時(shí)，破壞了三相對(duì)中性點(diǎn)的對(duì)稱，產(chǎn)生了對(duì)中性點(diǎn)的零序電壓，即縱向零序電壓，在它的開口三角繞組才有輸出電壓，即3U0≠0，使零序電壓匝間短路保護(hù)正確動(dòng)作。為防止低定值零序電壓匝間短路保護(hù)在外部短路時(shí)誤動(dòng)作，還采用一些制動(dòng)或閉鎖量。零序電壓匝間保護(hù)用電壓互感器n并聯(lián)分支發(fā)電機(jī)零序等效電路

專用TV縱向零序電壓匝間保護(hù)4)零序電壓匝間保護(hù)原理方框圖

負(fù)序功率閉鎖的零序電壓匝間保護(hù)原理方框圖l－三次諧波濾過(guò)器；2－斷線閉鎖保護(hù)；3－跳閘出口裂相橫差保護(hù)基本原理1）參上圖說(shuō)明裂相橫差的原理2）裂相橫差的死區(qū)原因及死區(qū)位置微機(jī)型裂相橫差保護(hù)交流回路動(dòng)作方程及特性動(dòng)作特性保護(hù)邏輯動(dòng)作電流按躲正常工況下的不平衡電流整定拐點(diǎn)電流躲失磁、失步時(shí)的不平衡電流比率制動(dòng)系數(shù)按躲區(qū)外故障的最大暫態(tài)不平衡電流來(lái)整定定值的整定三、反應(yīng)轉(zhuǎn)子回路2次諧波電流的匝間短路保護(hù)原理：匝間短路在轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)2次諧波電流，利用此特點(diǎn)構(gòu)成保護(hù)。正常運(yùn)行、三相對(duì)稱短路及系統(tǒng)振蕩時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組三相電流對(duì)稱，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行或不對(duì)稱短路時(shí)轉(zhuǎn)子回路中將出現(xiàn)2次諧波電流。為了避免保護(hù)的誤動(dòng)，采用負(fù)序功率方向繼電器閉鎖的措施。原因：匝間短路時(shí)的負(fù)序功率方向與不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)或發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)的負(fù)序功率方向相反。第四節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)定子繞組單相接地的危害

接地電流會(huì)產(chǎn)生電弧，燒傷鐵芯，使定子繞組鐵芯疊片燒結(jié)在一起，造成檢修困難。接地電流會(huì)破壞繞組絕緣，擴(kuò)大事故，若一點(diǎn)接地未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，很有可能發(fā)展成繞組的匝間或相間短路故障，嚴(yán)重?fù)p傷發(fā)電機(jī)。接地電流允許值：發(fā)電機(jī)額定電壓（KV)發(fā)電機(jī)額定容量（MW)接地電流允許值（A)6.3小于等于50410.550~100313.8~15.75125~200218~203001對(duì)大中型發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)的基本要求：繞組有100%的保護(hù)范圍。在繞組匝內(nèi)發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻接地故障時(shí)，保護(hù)應(yīng)有足夠靈敏度。1、定子單相接地時(shí)電壓電流的分布每相對(duì)地電壓為：故障點(diǎn)零序電壓：結(jié)論：故障點(diǎn)零序電壓與α成正比，故障點(diǎn)離中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越高。在機(jī)端接地時(shí)：在中性點(diǎn)處接地時(shí)：發(fā)電機(jī)單相接地時(shí)，零序電流分布定子單相接地時(shí)，有線路電容電流流過(guò)機(jī)端，此電流的大小與接地點(diǎn)位置有關(guān)，即與成正比，可以利用此零序電流構(gòu)成定子接地保護(hù)動(dòng)作方程整定原則：參見(jiàn)教材2、利用零序電流構(gòu)成的定子接地保護(hù)1）反映零序電壓保護(hù)原理接線缺點(diǎn)：保護(hù)在離中性點(diǎn)附近接地存在動(dòng)作死區(qū)。3、反應(yīng)基波零序電壓的接地保護(hù)提高保護(hù)靈敏度措施：加裝3次諧波濾過(guò)器。高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，利用保護(hù)延時(shí)躲過(guò)高壓側(cè)接地故障。高壓側(cè)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，利用高壓側(cè)接地出現(xiàn)的零序電壓閉鎖或者制動(dòng)發(fā)電機(jī)接地保護(hù)。注意：在中性點(diǎn)附近接地仍有5%的死區(qū)。4、反應(yīng)基波零序電壓和3次諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子100%接地保護(hù)在發(fā)電機(jī)相電勢(shì)中，除基波之外，還含有一定分量的諧波，其中主要是3次諧波，3次諧波值一般不超過(guò)基波10%。1）正常運(yùn)行時(shí)定子繞組中3次諧波電壓分布機(jī)端3次諧波電壓：中性點(diǎn)諧波電壓：比值：結(jié)論：正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)端3次諧波電壓總是小于中性點(diǎn)3次諧波電壓。2）定子繞組單相接地時(shí)3次諧波電壓的分布有其比值為：結(jié)論100%定子單相接地保護(hù)原理動(dòng)作判據(jù)保護(hù)邏輯第五節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接地保護(hù)當(dāng)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，動(dòng)作于信號(hào)；當(dāng)轉(zhuǎn)子回路兩點(diǎn)接地時(shí)，動(dòng)作于跳閘。（1－a）EaES1S2RRRRR1RfaU1,U2I1I2圖9－20切換采樣式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理接線一、轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地保護(hù)1．保護(hù)原理:切換采樣式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)2.整定計(jì)算當(dāng)接地電阻的高定值整定為10KΩ時(shí)，延時(shí)(4～10秒)動(dòng)作于發(fā)信號(hào)；當(dāng)接地電阻低定值整定為10KΩ時(shí)，延時(shí)(1～4秒)動(dòng)作于跳閘。二、轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)第六節(jié)發(fā)電機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)發(fā)電機(jī)的允許過(guò)負(fù)荷特性曲線示意圖1－考慮散熱條件下；2－不考慮散熱條件下21（2）發(fā)電機(jī)允許過(guò)負(fù)荷的特性二、定子繞組的過(guò)負(fù)荷保護(hù)保護(hù)的動(dòng)作電流，按在發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許的負(fù)荷電流下能可靠返回的條件整定。三、轉(zhuǎn)子繞組的過(guò)負(fù)荷保護(hù)由定時(shí)限電流保護(hù)和反時(shí)限電流保護(hù)兩部分組成。定時(shí)限部分經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；反時(shí)限部分動(dòng)作于解列滅磁。四、轉(zhuǎn)子表層的過(guò)負(fù)荷保護(hù)一般由定時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)和反時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)兩部分組成。定時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，反時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)動(dòng)作于跳閘。發(fā)電機(jī)定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組的平均發(fā)熱狀況。保護(hù)動(dòng)作量同時(shí)取發(fā)電機(jī)機(jī)端、中性點(diǎn)定子電流。反時(shí)限保護(hù)由三部分組成:①下限啟動(dòng),②反時(shí)限部分,③上限定時(shí)限部分。上限定時(shí)限部分設(shè)最小動(dòng)作時(shí)間定值。當(dāng)定子電流超過(guò)下限整定值Iszd時(shí),反時(shí)限部分起動(dòng),并進(jìn)行累積。反時(shí)限保護(hù)熱積累值大于熱積累定值保護(hù)發(fā)出跳閘信號(hào)。反時(shí)限保護(hù),模擬發(fā)電機(jī)的發(fā)熱過(guò)程,并能模擬散熱。當(dāng)定子電流大于下限電流定值時(shí),發(fā)電機(jī)開始熱積累,如定子電流小于額定電流時(shí),熱積累值通過(guò)散熱慢慢減小。發(fā)電機(jī)定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)

KSzd:發(fā)電機(jī)發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，Ksrzd：發(fā)電機(jī)散熱效應(yīng)系數(shù)，Iezd：發(fā)電機(jī)額定電流二次值。負(fù)序過(guò)負(fù)荷保護(hù)負(fù)序過(guò)負(fù)荷反應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層過(guò)熱狀況，也可反應(yīng)負(fù)序電流引起的其它異常。保護(hù)動(dòng)作量取機(jī)端、中性點(diǎn)的負(fù)序電流。當(dāng)負(fù)序電流超過(guò)下限整定值I2szd時(shí)，反時(shí)限部分起動(dòng),并進(jìn)行累積。反時(shí)限保護(hù)熱積累值大于熱積累定值保護(hù)發(fā)出跳閘信號(hào)。負(fù)序反時(shí)限保護(hù)能模擬轉(zhuǎn)子的熱積累過(guò)程，并能模擬散熱。發(fā)電機(jī)發(fā)熱后，若負(fù)序電流小于I2l時(shí)，發(fā)電機(jī)的熱積累通過(guò)散熱過(guò)程，慢慢減少；負(fù)序電流增大，超過(guò)I2l時(shí)，從現(xiàn)在的熱積累值開始，重新熱積累的過(guò)程。負(fù)序過(guò)負(fù)荷保護(hù)

式中I2：發(fā)電機(jī)負(fù)序電流，Iezd:發(fā)電機(jī)額定電流，I2l：發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行允許負(fù)序電流（標(biāo)么值），A：轉(zhuǎn)子負(fù)序發(fā)熱常數(shù)。第七節(jié)發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)一、發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行及其產(chǎn)生的影響1）發(fā)電機(jī)失磁，對(duì)機(jī)組本身產(chǎn)生危害。2）發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的影響。二、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的配置大型發(fā)電機(jī)通常裝設(shè)專門的失磁保護(hù)，動(dòng)作于信號(hào)、減負(fù)荷、或停機(jī)。發(fā)電機(jī)失磁的原因1、滅磁開關(guān)誤跳閘而轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)滅磁電阻短接2、轉(zhuǎn)子線圈短路3、轉(zhuǎn)子線圈回路斷線而開路4、硅整流的故障5、自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的故障等發(fā)電機(jī)的失磁的影響1、當(dāng)發(fā)電機(jī)完全失去勵(lì)磁時(shí)，勵(lì)磁電流將逐漸衰減至零。2、由于感應(yīng)電勢(shì)逐漸減小，導(dǎo)致電磁功率小于原動(dòng)機(jī)的功率，轉(zhuǎn)子加速，功角增大，有可能超過(guò)靜穩(wěn)極限而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)失步。3、發(fā)電機(jī)失磁后將從并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)中吸取電感性無(wú)功功率供給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，在定子繞組中感應(yīng)電勢(shì)。4、在發(fā)電機(jī)超過(guò)同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應(yīng)出頻率為的電流，此電流產(chǎn)生異步制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)異步轉(zhuǎn)矩與原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到新的平衡時(shí)，即進(jìn)入穩(wěn)定的異步運(yùn)行。失磁前有功越大，穩(wěn)定異步轉(zhuǎn)差越大，吸收無(wú)功越大。轉(zhuǎn)子繞組短路引起失磁比轉(zhuǎn)子繞組開路失磁，轉(zhuǎn)差小。由于失磁導(dǎo)致失步后的影響1、需要從電網(wǎng)中吸收很大的無(wú)功功率以建立發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)。2、由于從電力系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率將引起電力系統(tǒng)的電壓下降，如果電力系統(tǒng)的容量較小或無(wú)功功率的儲(chǔ)備不足，則可能使失磁發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、升壓變壓器高壓側(cè)的母線電壓、或其它鄰近點(diǎn)的電壓低于允許值，從而破壞了負(fù)荷與各電源間的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至可能因電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。3、由于失磁發(fā)電機(jī)吸收了大量的無(wú)功功率，因此為了防止其定子繞組的過(guò)電流，發(fā)電機(jī)所能發(fā)出的有功功率將較同步運(yùn)行時(shí)有不同程度的降低，吸收的無(wú)功功率越大，則降低的越多。4、失磁后發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，因此，在轉(zhuǎn)子及勵(lì)磁回路中將產(chǎn)生頻率為的交流電流，因而形成附加的損耗，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁回路過(guò)熱。顯然，當(dāng)轉(zhuǎn)差率越大時(shí)，所引起的過(guò)熱也越嚴(yán)重。5因異步轉(zhuǎn)距作用，失磁前有功越大，穩(wěn)定異步轉(zhuǎn)差越大，異步運(yùn)行有功波動(dòng)越大，相應(yīng)機(jī)組振動(dòng)越大。失磁機(jī)組對(duì)相鄰機(jī)組的影響發(fā)電機(jī)失磁時(shí)，由于機(jī)端電壓降低，相鄰發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓自動(dòng)或手動(dòng)增加，向故障發(fā)電機(jī)供無(wú)功功率。健全發(fā)電機(jī)定子電流較大，值班人員在機(jī)組允許的條件下，不允許減勵(lì)磁。否則可能引起健全機(jī)組振蕩。相鄰線路電流增大，可能引起線路線路或機(jī)組后備保護(hù)動(dòng)作。所以考慮一臺(tái)機(jī)組失磁時(shí)，與相鄰元件保護(hù)的配合。當(dāng)發(fā)電機(jī)完全失去勵(lì)磁時(shí)，勵(lì)磁電流將逐漸衰減至零。由于發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)Ed隨著勵(lì)磁電流的減小而減小，因此，其電磁轉(zhuǎn)矩也將小于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，因而引起轉(zhuǎn)子加速，使發(fā)電機(jī)的功角δ增大。當(dāng)δ超過(guò)靜態(tài)穩(wěn)定極限角時(shí)，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機(jī)失磁后將從并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)中吸取電感性無(wú)功功率供給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，在定子繞組中感應(yīng)電勢(shì)。在發(fā)電機(jī)超過(guò)同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應(yīng)出頻率為的電流，此電流產(chǎn)生異步制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)異步轉(zhuǎn)矩與原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到新的平衡時(shí)，即進(jìn)入穩(wěn)定的異步運(yùn)行。

失磁保護(hù)的功能特點(diǎn)發(fā)電機(jī)各種運(yùn)行方式下的機(jī)端測(cè)量阻抗

（1）發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗當(dāng)發(fā)電機(jī)向外輸送有功和無(wú)功功率時(shí)，其機(jī)端測(cè)量阻抗Zf位于第一象限，如下圖中的1點(diǎn)所示，它與R軸的夾角為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)角。當(dāng)發(fā)電機(jī)只輸出有功功率時(shí)，測(cè)量阻抗位于R軸上的2點(diǎn)。當(dāng)發(fā)電機(jī)欠激運(yùn)行時(shí)，它向外輸送有功，同時(shí)從電網(wǎng)吸收一部分無(wú)功功率（Q值變?yōu)樨?fù))，但仍保持同步并列運(yùn)行，此時(shí)，測(cè)量阻抗位于第四象限的3點(diǎn)。（2）發(fā)電機(jī)外部故障1時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗當(dāng)采用0°接線方式時(shí)，故障相測(cè)量阻抗位于第一象限，其大小和相位正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的阻抗Zd，如圖中的5點(diǎn)。如繼電器接于非故障相，則測(cè)繪阻抗的大小和相位需經(jīng)具體分析后確定。

(3)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗Ed≈Us時(shí)，振蕩中心位于處。當(dāng)XS=0時(shí)，振蕩中心即位于1/2Xd′處．此時(shí)機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡沿直線OO′變化，如圖所示，當(dāng)δ=180o時(shí)、測(cè)電阻抗的最小值為Zf=-j1/2Xd′。

發(fā)電機(jī)各種運(yùn)行方式下的機(jī)端測(cè)量阻抗

發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測(cè)量阻抗

發(fā)電機(jī)從失磁開始到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行，一般可分為三個(gè)階段

1.失磁后到失步前

:sinδ的增大與Ed的減小相補(bǔ)償，基本上保持了電磁功率P不變。與此同時(shí)，無(wú)功功率Q將隨著Ed的減小和δ的增大而迅速減小，Q值將由正變?yōu)樨?fù)，即發(fā)電機(jī)變?yōu)槲崭行缘臒o(wú)功功率。

由于這個(gè)圓是在某一定有功功率P不變的條件下做出的，因此稱為等有功阻抗圓。機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡與P有密切關(guān)系，對(duì)應(yīng)不同的P值有不同的阻抗圓，且P越大時(shí)圓的直徑越小。發(fā)電機(jī)失磁以前，向系統(tǒng)送出無(wú)功功率，功率因數(shù)角為正，測(cè)量阻抗位于第一象限。失磁以后，隨著無(wú)功功率的變化，功率因數(shù)角由正值變?yōu)樨?fù)值，因此測(cè)量阻抗也沿著圓周隨之由第一象限過(guò)渡到第四象限。

機(jī)端測(cè)量阻抗變化軌跡說(shuō)明2.臨界失步點(diǎn)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組，當(dāng)=90o時(shí)，發(fā)電機(jī)處于失去靜穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，故稱為臨界失步點(diǎn)。此時(shí)輸送到受端的無(wú)功功率

,式中Q為負(fù)值，表明臨界失步時(shí)，發(fā)電機(jī)自系統(tǒng)吸收無(wú)功功率，且為一常數(shù)，不論有功為多少，都與之無(wú)關(guān)故臨界失步點(diǎn)也稱為等無(wú)功點(diǎn)。

發(fā)電機(jī)在輸出不同的有功功率P而臨界失步時(shí)，其無(wú)功功率Q恒為常數(shù)。因此，在上式中，為變數(shù)，Zf也是一個(gè)圓的方程，這個(gè)圓稱為臨界失步阻抗圓，也稱等無(wú)功阻抗圓。其圓周為發(fā)電機(jī)以不同的有功功率P臨界失步時(shí)，機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡，圓內(nèi)為失步區(qū)。

機(jī)端測(cè)量阻抗變化軌跡說(shuō)明2.失步后的異步運(yùn)行階段可用異步發(fā)電機(jī)等效電路來(lái)表示，此時(shí)按圖1-25所規(guī)定的電流正方向，機(jī)端測(cè)量阻抗應(yīng)為是定子漏抗是轉(zhuǎn)子漏抗是轉(zhuǎn)子電阻為轉(zhuǎn)差率當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在失磁時(shí)，，，此時(shí)機(jī)端的測(cè)量阻抗為最大

當(dāng)發(fā)電機(jī)在其他運(yùn)行方式下失磁時(shí)，將隨著轉(zhuǎn)差率的增大而減小，并位于第四像限內(nèi)。極限情況是當(dāng)時(shí)，，趨近于零，的數(shù)值為最小

考慮到轉(zhuǎn)子面上裝有阻尼條，或是隱極機(jī)本身的整塊轉(zhuǎn)子具有阻尼繞組作用，因此式中的可用代替。

綜上所述，當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)失磁前在過(guò)激狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，其機(jī)端測(cè)量阻抗位于復(fù)數(shù)平面的第一象限（如圖1-28中的a或a’點(diǎn)），失磁以后，測(cè)量阻抗沿等有功阻抗圓向第四象限移動(dòng)。當(dāng)它與臨界失步圓相交時(shí)（b或b’點(diǎn)），表明機(jī)組運(yùn)行處于靜穩(wěn)定的極限,失磁過(guò)程靜穩(wěn)極限功率隨著轉(zhuǎn)子電流減小而減小。越過(guò)（b或b’）點(diǎn)以后，轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行，最后穩(wěn)定進(jìn)行于（c或c’）點(diǎn)，此時(shí)，平均異步功率與調(diào)節(jié)后的原動(dòng)機(jī)輸入功率相平衡。

3.異步狀態(tài)對(duì)于任意的一個(gè)s值，則隨變化都有一個(gè)相應(yīng)的圓，我們給定一組s值，則可得到一個(gè)圓族，s=0時(shí)圓最大，隨增大，圓逐漸變小，當(dāng)，圓趨向于一個(gè)點(diǎn)。顯然，這個(gè)圓族的外包線給出了發(fā)電機(jī)異步阻抗的邊界，對(duì)于任意的s和值，機(jī)端測(cè)量阻抗Z的端點(diǎn)，都應(yīng)當(dāng)落在這個(gè)邊界之內(nèi)。

t0:正常運(yùn)行t1:進(jìn)入靜穩(wěn)圓t2:進(jìn)入異步圓7.失磁保護(hù)

7.1發(fā)電機(jī)機(jī)端正序測(cè)量阻抗失磁后的變化軌跡t0:正常運(yùn)行t1:低勵(lì)t2:異步運(yùn)行7.2發(fā)電機(jī)機(jī)端正序測(cè)量阻抗低勵(lì)后的變化軌跡7.3系統(tǒng)振蕩時(shí)機(jī)端正序阻抗的變化軌跡曲線1:異步圓區(qū)外振蕩曲線2:異步圓區(qū)內(nèi)振蕩如果系統(tǒng)有足夠的無(wú)功儲(chǔ)備,而有功儲(chǔ)備不足,在發(fā)電機(jī)失磁后系統(tǒng)電壓不低于允許值時(shí)，可以允許發(fā)電機(jī)在無(wú)勵(lì)磁狀態(tài)下異步運(yùn)行，沒(méi)有必要立即把失磁發(fā)電機(jī)切除，而只需發(fā)信號(hào)，這對(duì)系統(tǒng)是有好處的，可以避免在出現(xiàn)無(wú)功差額后又出現(xiàn)有功差額。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)在無(wú)勵(lì)磁異步運(yùn)行時(shí)，有相當(dāng)大的異步轉(zhuǎn)矩，并能輸出一定的甚至是接近額定值的有功功率。因此失步定子判據(jù)可以選擇失磁異步阻抗園與無(wú)功反方判據(jù)相結(jié)合的方式。無(wú)勵(lì)磁異步運(yùn)行的條件和相應(yīng)的允許時(shí)間，還決定于發(fā)電機(jī)的溫升情況，如果系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)不允許無(wú)勵(lì)磁異步運(yùn)行，則失磁保護(hù)裝置應(yīng)瞬時(shí)或經(jīng)短延時(shí)動(dòng)作于跳閘。如果允許無(wú)勵(lì)磁異步運(yùn)行，則失磁保護(hù)只發(fā)信號(hào)或自動(dòng)減負(fù)荷，而以較長(zhǎng)的延時(shí)切除失磁的發(fā)電機(jī)。

發(fā)電機(jī)失磁后還能否運(yùn)行失磁判據(jù)定子阻抗判據(jù)

(輔助判據(jù))低電壓判據(jù)轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)減出力有功判據(jù)7.5失磁保護(hù)判據(jù)異步阻抗圓、靜穩(wěn)邊界圓可選正序電壓、正序電流計(jì)算阻抗可選擇無(wú)功反向元件閉鎖無(wú)功反向值可整定7.5.1定子判據(jù)

高壓側(cè)母線低電壓判據(jù)Upp<Ulezd高壓側(cè)PT斷線時(shí)閉鎖此判據(jù)

TV斷線時(shí)閉鎖本判據(jù)，并發(fā)出TV斷線信號(hào)。7.5.2高壓側(cè)母線低電壓判據(jù)

轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)：Ur<Ur1zd變勵(lì)磁電壓判據(jù)：Ur<Kr*Xdz*(P–Pt)*Uf0與系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，對(duì)應(yīng)某一有功功率P，將有為維持靜態(tài)穩(wěn)定極限所必需的勵(lì)磁電壓

7.5.3轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)

減出力采用有功功率判據(jù)P>Pzd失磁導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失步后，發(fā)電機(jī)輸出功率在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，P取一個(gè)振蕩周期內(nèi)的平均值。7.5.4減出力采用有功功率判據(jù)

輔助判據(jù)a.正序電壓≥6Vb.負(fù)序電壓U2<0.1Un（發(fā)電機(jī)額定電壓）。c.發(fā)電機(jī)電流≥0.1Ie（發(fā)電機(jī)額定電流）。

7.5.5輔助判據(jù)失磁保護(hù)方案Ⅰ段：動(dòng)作于減出力可選：減出力判據(jù)＋定子阻抗判據(jù)＋轉(zhuǎn)子判據(jù)Ⅱ段：跳閘（母線低電壓）可選：低電壓判據(jù)，定子阻抗判據(jù)、轉(zhuǎn)子判據(jù)Ⅲ段：跳閘或報(bào)警段可選：定子阻抗判據(jù)、轉(zhuǎn)子判據(jù)Ⅳ段：長(zhǎng)延時(shí)跳閘（與減出力段配合）

定子阻抗判據(jù)7.8失磁保護(hù)方案

失步保護(hù)

功能采用正序電壓、正序電流計(jì)算阻抗，能區(qū)分短路和失步能區(qū)分振蕩中心在發(fā)變組內(nèi)部或外部.能區(qū)分穩(wěn)定振蕩和失步能檢測(cè)加速失步或減速失步振蕩頻率范圍0.1-8Hz當(dāng)電流小于出口斷路器跳閘允許電流時(shí)出口

能記錄滑極次數(shù),跳閘滑極次數(shù)可分別整定發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)失步時(shí)的等效系統(tǒng)圖系統(tǒng)各點(diǎn)的電流電壓關(guān)系圖發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)等效系統(tǒng)及系統(tǒng)各點(diǎn)的電流電壓關(guān)系圖1.左右邊界2.中心線3.電抗線失步保護(hù)功能振蕩中機(jī)端阻抗繼電器的測(cè)量阻抗圖

失步時(shí)正序阻抗動(dòng)作特性保護(hù)采用三元件失步繼電器動(dòng)作特性,第一部分是透鏡特性，圖中①，它把阻抗平面分成透鏡內(nèi)的部分I和透鏡外的部分O。第二部分是遮擋器特性，圖中②，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。兩種特性的結(jié)合，把阻抗平面分成四個(gè)區(qū)OL、IL、IR、OR，阻抗軌跡順序穿過(guò)四個(gè)區(qū)（OL→IL→IR→OR或OR→IR→IL→OL），并在每個(gè)區(qū)停留時(shí)間大于一時(shí)限，則保護(hù)判為發(fā)電機(jī)失步振蕩。每順序穿過(guò)一次，保護(hù)的滑極計(jì)數(shù)加1，到達(dá)整定次數(shù)，保護(hù)動(dòng)作。第三部分特性是