發(fā)電機失磁保護原理的比較和分析

1、發(fā)電機失磁保護原理的比較和分析第33卷第20期2005年10月16日繼電器RELAYVol_33No.20Oct.16,200533發(fā)電機失磁保護原理的比較和分析薛伊琴(南京下關(guān)發(fā)電廠發(fā)電部,江蘇南京210011)摘要:介紹了發(fā)電機失磁保護的新,舊兩種原理,發(fā)電機失磁故障發(fā)生后的系統(tǒng)的特征量,發(fā)電機失磁后造成的危害.詳細地介紹了新的逆無功原理的發(fā)電機失磁保護的方案配置,整定值的設(shè)定.并對發(fā)電機失磁保護兩種原理的實現(xiàn)方案進行了分析,比較;提出了用逆無功原理的發(fā)電機失磁保護方法處理發(fā)電機失磁問題時相對于傳統(tǒng)的阻抗型發(fā)電機失磁保護的多種優(yōu)點;它是處理發(fā)電機失磁問題的方向.關(guān)鍵詞:發(fā)電機失磁保護;系統(tǒng)

2、特征量;阻抗原理;逆無功原理中圖分類號:TM31;TM771文獻標識碼:A文章編號:1003-4897(2005)20430334330引言同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組通入直流電流建立主磁場.良好的勵磁是保證發(fā)電機正常運行的基礎(chǔ),也是保證電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定的基礎(chǔ).發(fā)電機失磁運行對機組本身及系統(tǒng)均有影響.因此,發(fā)電機失磁保護既是機組保護,又是系統(tǒng)保護.l發(fā)電機失磁后系統(tǒng)特征量發(fā)電機失磁后不但不發(fā)出無功功率還要從系統(tǒng)吸收無功功率.當系統(tǒng)無功功率儲備不足時將導致發(fā)電廠母線電壓,發(fā)電機機端電壓下降.發(fā)電機失磁后,由于發(fā)電機吸收無功量的增大及定子電壓的降低,定子電流就會增大.有功功率越大,定子電流就會越大.發(fā)電機從

3、失磁到功角增大到90.的過程中,發(fā)電機的電磁功率先減小,但原動機的機械功率來不及減小,造成轉(zhuǎn)子加速使功角不斷增大,當功角大于90.發(fā)電機失步運行時發(fā)電機的異步功率維持著輸入,輸出功率平衡.發(fā)電機失磁后無功很快減小到零,然后向負變化到較大值.失步后發(fā)電機的無功功率按照滑差周期有規(guī)律的擺動.失磁發(fā)電機維持的有功功率越大及滑差越大,發(fā)電機從系統(tǒng)吸收的無功越大.發(fā)電機從失磁開始到穩(wěn)定異步運行其機端測量阻抗沿著等有功阻抗圓由第1象限向第4象限變化情況并監(jiān)視失磁故障對機組和系統(tǒng)的影響.阻抗原理失磁保護的邏輯如圖1.閘閘圖1阻抗原理失磁保護的邏輯框圖Fig.1LJocf_rameofimpedancefie

4、ldfailureprotection當發(fā)電機失磁導致機端阻抗由第一象限進入第四象限時,保護延時+T(延時主要是防止系統(tǒng)振蕩時阻抗元件的誤動作)發(fā)出信號并出口(如切換勵磁或切換廠用電源等);當發(fā)電機失磁導致機端電流超過整定值時,為保護發(fā)電機則延時發(fā)出信號并出口(如降出力);當發(fā)電機失磁并導致系統(tǒng)低電壓時,經(jīng)延時發(fā)出信號并跳閘切機;當發(fā)電機阻抗條件和轉(zhuǎn)子低電壓條件同時滿足(這種情況的阻抗元件動作可以排除是系統(tǒng)振蕩引起的,故取消延時)保護則延時發(fā)出信號并出口(如解列滅磁).當斷線時失磁保護被閉鎖.2阻抗原理的發(fā)電機失磁保護3逆無功原理的發(fā)電機失磁保護在國內(nèi)由低阻抗元件及轉(zhuǎn)子低電壓元件構(gòu)成的失磁保護

5、應(yīng)用較多.該原理采用阻抗圓為主判據(jù),輔之以其它判據(jù)能區(qū)分短路,系統(tǒng)振蕩,斷線等3.1構(gòu)成原理發(fā)電機失磁及勵磁降低至不允許程度的主要標志是逆無功和定子過電流同時出現(xiàn).繼電器該原理保護的輸入量有:發(fā)電機機端三相電壓,三相電流及主變高壓側(cè)三相電壓.3.1.1保護的判據(jù)并網(wǎng)運行的發(fā)電機失磁之后無功很快進相(功角在90.之前便進相),此時若發(fā)電機維持的有功較大則定子過電流.該原理失磁保護直接反映發(fā)電機失磁后機組從系統(tǒng)吸收無功的程度和定子過電流的情況,又增加了機端低電壓,系統(tǒng)低電壓,機組有功功率的判據(jù)從而能監(jiān)視失磁對機組本身和系統(tǒng)的影響.檢測發(fā)電機失磁運行的主判據(jù)為逆無功和定子電流.失磁運行的危害判據(jù)有系

6、統(tǒng)低電壓,機端低電壓和有功功率.系統(tǒng)低電壓,機端低電壓用于判斷失磁對系統(tǒng)及廠用電的影響;有功功率用于判斷失磁運行對機組的危害程度.保護中采用判據(jù)的物理概念清晰,容易整定且不受系統(tǒng)運行方式的影響.該保護原理取消了轉(zhuǎn)子電壓的輔助判據(jù),特別適合于無刷勵磁的發(fā)電機.3.1.2保護躲系統(tǒng)異常運行的方案系統(tǒng)異常運行方式主要有系統(tǒng)振蕩和系統(tǒng)故障.采用延時元件可躲過系統(tǒng)振蕩對保護的影響;采用負序電壓閉鎖元件可躲系統(tǒng)故障及故障切除后系統(tǒng)振蕩對保護的影響.3.2逆無功原理失磁保護的邏輯圖圖2逆無功原理失磁保護邏輯框圖Fig.2Logicframeofinversereactivepowerfieldfailure

7、protection逆天功原理失磁保護的邏輯如圖2.發(fā)電機失磁后,無功倒流,定子電流變大.此時逆無功元件,定子過負荷元件,定子過電流元件動作.逆無功元件及過負荷元件動作后,啟動時間開始計時.此時若發(fā)電機的有功功率較大,保護發(fā)出減有功指令自動減小發(fā)電機有功功率.在裝置發(fā)出減有功信號及出K1的同時還由”或門”構(gòu)成一個自保持環(huán)節(jié),這是防止發(fā)電機失步后由于電流幅度波動過大導致減有功元件不斷返回影響減有功的速度及效果.若逆無功元件,過電流元件及機端低電壓元件均動作則經(jīng)延時發(fā)出切換廠用電及跳滅磁開關(guān)的命令.對勵磁回路短路造成的失磁,跳滅磁開關(guān)可以減小短路對設(shè)備的持續(xù)損害同時也利于采取措施將發(fā)電機恢復同步.

8、發(fā)電機全失磁失步運行的危害要比部分失磁失步運行的危害小,因此失磁保護動作后跳一次滅磁開關(guān)是必要的.當發(fā)電機失磁運行危及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性時,逆無功元件,定子過電流元件及系統(tǒng)低電壓元件同時動作經(jīng)延時后發(fā)出切機命令.當系統(tǒng)發(fā)生故障時會出現(xiàn)負序電壓,負序電壓元件動作后閉鎖失磁保護,且在故障切除后,失磁保護仍被閉鎖時間以確保故障切除后系統(tǒng)短時振蕩時失磁保護不會誤動.因為發(fā)電機失磁故障是對稱性故障所以負序電壓閉鎖環(huán)節(jié)對該保護是有利的.4逆無功原理失磁保護的優(yōu)點理論及運行實踐表明阻抗原理失磁保護存在一些問題.4.1阻抗元件判據(jù)的整定1)當阻抗元件按靜穩(wěn)邊界的條件整定時,為防止誤動必須由轉(zhuǎn)子低電壓元件閉鎖,但

9、是轉(zhuǎn)子低電壓元件的動作電壓也是按靜穩(wěn)邊界確定的,因此當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時兩個元件同時誤動的可能性是存在的.2)當阻抗元件按異步邊界的條件整定時,若失磁發(fā)電機維持的有功,與系統(tǒng)的聯(lián)系電抗都較大時則等有功阻抗圓距異步邊界圓較遠,兩者可能無交點或相交部分很小會造成失磁發(fā)電機失步前機端阻抗的測量軌跡不會進入異步阻抗圓內(nèi).發(fā)電機失步之后雖機端測量阻抗軌跡能進入圓內(nèi),但由于同步功率的存在,機端測量阻抗在不斷地變化,特別是發(fā)電機維持有功很大及部分失磁或剩磁很大時會使機端測量阻抗變化的幅度很大而造成阻抗值在整定圓內(nèi)外不停地擺動.由于失磁保護動作有延時,故保護有拒動的可能性.3)阻抗判據(jù)的整定計算內(nèi)容多又復雜,所需

10、機組和系統(tǒng)的參數(shù)多,理論概念抽象不易理解.4.2失磁保護中采用轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)存在的問題薛伊琴發(fā)電機失磁保護原理的比較和分析351)無刷勵磁的發(fā)電機無法取得轉(zhuǎn)子電壓;2)現(xiàn)代的勵磁系統(tǒng)采用可控硅整流,勵磁電流中的高次諧波分量很大,特別是大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓中的高次諧波分量很大,有的高達12kV.這么高的電壓引到保護裝置中不利于裝置的安全運行;3)轉(zhuǎn)子電壓通過電纜引接到保護柜上,人為地增加了轉(zhuǎn)子回路長度容易引起故障,同時保護柜內(nèi)的轉(zhuǎn)子電壓對人員的安全也不利;4)轉(zhuǎn)子低電壓還有二級判據(jù)的整定(目前被稱作變勵磁判據(jù)),該判據(jù)的動作電壓是按照并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角等于90.(即靜穩(wěn)極限)的條件下算出的,是一個

11、隨有功功率的增大而增大的動態(tài)定值.整定計算內(nèi)容多又復雜,所需機組和系統(tǒng)參數(shù)多,理論概念抽象不易理解.5)保護裝置中轉(zhuǎn)子電壓值的采集不像交流電量那樣容易和精確,在工程上一般是采用霍爾傳感器來轉(zhuǎn)換,因轉(zhuǎn)子電壓值變化范圍大,其轉(zhuǎn)換精度也不易做到很高.逆無功原理的發(fā)電機失磁保護完全避免了以上的缺點.5結(jié)語“逆無功原理”的創(chuàng)造者是西北電科院的專家李玉海教授級高級工程師.該原理是他豐富的理論和現(xiàn)場實踐經(jīng)驗的結(jié)晶,在多個電廠試運行十幾年的基礎(chǔ)上于2000年通過了科學技術(shù)成果鑒定.目前在數(shù)百臺機組的微機發(fā)變保護裝置上運行,時間和實踐都證明了該原理的優(yōu)良性.收稿日期:2005_02_03作者簡介:薛伊琴(197

12、3一),女,碩士研究生,工程師,從事運行技術(shù)管理工作.ComparisonandanalysisoftheoryofgeneratorlossoffieldprotectionsXUEYiqin(XiaguanPowerPlant,Nang210011,China)Abstract:Thispaperintroducesthenewandconventionaltheoriesofgeneratorlossoffieldprotection.Systemcharacteristicandharmofgeneratorlossoffieldfailureareproposed.Itdetails

13、theinversereactivecriterionandthesettingvaluesofthelossoffieldprotection.Thecriterionsofgeneratorinversereactivelossoffieldprotectionandgeneratorstaticstability(asynchronous)boundarycirclelossoffieldprotectionareanalysedandcompared.Theadvantagesofgeneratorinversereactivelossoffieldprotectionareintro

14、ducced.Thenewinversereactivecriterionisbetterthantheimpedancecriterion.Keywords:lossoffieldprotectionofgenerator;systemcharacter;impedancecriterion;inversereactivecriterion規(guī)約交流新平臺一一中國規(guī)約網(wǎng)2005年7月,由國家繼電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心下屬規(guī)約測試研究中心創(chuàng)辦的專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站”中國規(guī)約網(wǎng)rdl3gW.chinaprotoco1.con”正式開通了本網(wǎng)站以規(guī)約技術(shù)交流為宗旨,以客戶服務(wù)為目標,針對廣大生產(chǎn)廠家和電力用戶應(yīng)用規(guī)約時的疑點和難點,創(chuàng)建了國內(nèi)第一個較為全面的技術(shù)網(wǎng)站.網(wǎng)站服務(wù)項目有以下突出特點:1.提供了大量的中英文技術(shù)文檔,不但可以滿足開發(fā)人員對常用規(guī)約的下載需求,還刊載了眾多國內(nèi),國際知名專家的經(jīng)驗理論,如IEC61850的發(fā)展動態(tài)等.2.針對當前規(guī)約開發(fā)的難點和重點,提