定子接地保護(hù)

1、l由于發(fā)電機(jī)容易發(fā)生繞組線棒和定子鐵芯之間絕緣的破壞，因此發(fā)生單相接地故障的比例很高，約占定子故障的7080%。l由于大型發(fā)電機(jī)組定子對(duì)地電容較大，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端附近發(fā)生接地故障時(shí)，故障點(diǎn)的電容電流比較大，影響發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行；l同時(shí)由于接地故障的存在，會(huì)引起接地弧光過(guò)電壓，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)其它位置絕緣的破壞，形成危害嚴(yán)重的相間或匝間短路故障。l中性點(diǎn)不接地的發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)，接地電容電流應(yīng)在規(guī)定的允許值之內(nèi)，如下表所示。大型發(fā)電機(jī)由于造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修困難，且容量的增大使得其接地故障電流也隨之增大，為了防止故障電流燒壞鐵芯，大型發(fā)電機(jī)有的裝設(shè)了消弧線圈，通過(guò)消弧線圈的電感電流

2、與接地電容電流的相互抵消，把定子單相接地故障電流限制在規(guī)定的允許值之內(nèi)。表發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障電流允許值發(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)6.3t/0發(fā)信或跳閘零序電壓保護(hù)的出口方式：發(fā)信或跳閘。當(dāng)動(dòng)作于跳閘且零序電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端TV的開口繞組時(shí)需要裝設(shè)TV斷線閉鎖。 l該保護(hù)反映發(fā)電機(jī)的基波零序電壓大小，而零序電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端TV的開口繞組或中性點(diǎn)TV二次側(cè)(也可從消弧線圈副方繞組取得)。l由于發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，相電壓中含有三次諧波，因此，在機(jī)端電壓互感器接成開口三角的一側(cè)也有三次諧波電壓輸出，此外，當(dāng)變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，由于變壓器高低繞組之間

3、有電容存在，在發(fā)電機(jī)機(jī)端也會(huì)產(chǎn)生零序電壓。因此，為了保證選擇性，保護(hù)要具有三次諧波濾除功能，并且整定時(shí)要躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電壓以及變壓器高壓側(cè)接地時(shí)在發(fā)電機(jī)端所產(chǎn)生的零序電壓。l零序電壓保護(hù)的出口方式：發(fā)信或跳閘。當(dāng)動(dòng)作于跳閘且零序電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端TV的開口繞組時(shí)需要裝設(shè)TV斷線閉鎖。 03U0.50.501.01.0pU0100V圖定子繞組單相接地時(shí)03U與的關(guān)系曲線3U0交流模件裝置裝置交流模件動(dòng)作方程： 3U03U0g 3U0 機(jī)端TV開口三角電壓或中性點(diǎn)TV（或消弧線圈）二次電壓；3U0g動(dòng)作電壓整定值。 l當(dāng)零序電壓式定子接地保護(hù)的輸入電壓取自機(jī)端TV開口三角形繞組時(shí)，為確保T

4、V一次斷線時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)，需引入TV斷線閉鎖。3U0TV斷線&t信號(hào)出口機(jī)端TV開口三角電壓3U0中性點(diǎn)零序電壓t信號(hào)出口&t信號(hào)機(jī)端TV開口三角03U 03U 中性點(diǎn)零序電壓&01 TV斷線信號(hào)l由于發(fā)電機(jī)氣隙磁通密度的非正弦分布和鐵磁飽和的影響，在定子繞組中感應(yīng)的電勢(shì)除基波分量外，還含有高次諧波分量。其中三次諧波分量是零序性質(zhì)的分量，它雖然在線電勢(shì)中被消除，但是在相電勢(shì)中依然存在。l如果把發(fā)電機(jī)的對(duì)地電容等效地看作集中在發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)N和機(jī)端S，且每相的電容大小都是0.5Cf,并將發(fā)電機(jī)端引出線、升壓變壓器、廠用變壓器以及電壓互感器等設(shè)備的每相對(duì)地電容也等效在機(jī)端Cw

5、，并設(shè)三次諧波電勢(shì)為E3，那么當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地時(shí)，其等值電路如圖所示。這時(shí)中性點(diǎn)及機(jī)端的三次諧波電壓分別為 33)(22ECCCCUwfwfN33)(2ECCCUwffS機(jī)端三次諧波電壓與中性點(diǎn)三次諧波電壓比為 wffNSCCCUU233由上式可見，在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的三次諧波電壓UN3總是大于發(fā)電機(jī)端的三次諧波電壓US3。當(dāng)發(fā)電機(jī)孤立運(yùn)行時(shí)，即發(fā)電機(jī)出線端開路， =0時(shí)， ddd = 。 中性點(diǎn)及機(jī)端的三次諧波電壓分別為 wC3NU3SUl發(fā)電機(jī)三次諧波電勢(shì)和對(duì)地電容的等值電路圖 2fC2fC3EwC3SU3NUSN2fC2fC3EwC3SU3NUSL3NffNCLCLjX32

6、)3(3)32)(3(33)27(63wfNCCjX)2(323wfSCCjX)2(9273333wfwfNSNSCCCCXXUU9733NSUUl其中 為整定比值。需要指出，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地與發(fā)電機(jī)經(jīng)配電變壓器高阻接地時(shí)，兩者的比值整定值是有區(qū)別的。 3E3E3NU3SU020406080100(%)（中性點(diǎn)）（機(jī)端） |/|33NSUU|333NNpSUUKUl疊加電源方式的100%定子單相接地保護(hù)采用疊加低頻電源方式，疊加電源頻率主要是12.5Hz和20Hz兩種，由發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)變壓器或發(fā)電機(jī)端TV開口處注入一次發(fā)電機(jī)定子繞組。這種方式能夠獨(dú)立地檢測(cè)接地故障，與發(fā)電機(jī)的運(yùn)

7、行方式無(wú)關(guān)；不僅在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的狀態(tài)下可以檢測(cè)，而且在發(fā)電機(jī)靜止或是啟動(dòng)、停機(jī)的過(guò)程中同樣能夠檢測(cè)故障。更重要的是，這種方式對(duì)定子繞組各處故障檢測(cè)的靈敏度相同。負(fù)載外加20Hz電源R1R2abUsefIsef接地變壓器Gab中性點(diǎn)變壓器電流互感器濾波分壓l疊加20Hz低頻電源方式的100%定子單相接地保護(hù)原理圖 l當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱短路或在正常運(yùn)行情況下三相負(fù)荷不平衡時(shí)，在發(fā)電機(jī)定子繞組中將出現(xiàn)負(fù)序電流，此電流在發(fā)電機(jī)空氣隙中建立的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子為兩倍的同步轉(zhuǎn)速，因此將在轉(zhuǎn)子繞組、阻尼繞組以及轉(zhuǎn)子鐵心等部件上感應(yīng)于100Hz的倍頻電流，該電流使得轉(zhuǎn)子上電流密度很大的某些部位（如轉(zhuǎn)

8、子端部、護(hù)環(huán)內(nèi)表面等），可能出現(xiàn)局部灼傷，甚至可能使護(hù)環(huán)受熱松脫，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的重大事故。l此外，負(fù)序氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子電流之間以及正序氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子負(fù)序電流之間所產(chǎn)生的100Hz交變電磁轉(zhuǎn)矩，將同時(shí)作用在轉(zhuǎn)子大軸和定子機(jī)座上，從而引起100Hz的振動(dòng)。l負(fù)序電流在轉(zhuǎn)子中所引起的發(fā)熱量，正比于負(fù)序電流的平方及所持續(xù)的時(shí)間的乘積。在最嚴(yán)重的情況下，假設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為絕熱體（即不向周圍散熱），則不使轉(zhuǎn)子過(guò)熱所允許的負(fù)序電流和時(shí)間的關(guān)系，可用下式表示 tAtIdti02222*tdtiIt*0222式中：i2流經(jīng)發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流值；ti2所持續(xù)的時(shí)間；在時(shí)間t內(nèi) 的平均值，應(yīng)采用以發(fā)電機(jī)額定電流

9、為基準(zhǔn)的標(biāo)么值；A與發(fā)電機(jī)型式和冷卻方式有關(guān)的常數(shù)。22*I22it(s)2It1tupI2mI2up222KIAt負(fù)序反時(shí)限過(guò)流保護(hù)動(dòng)作特性 YH7U2LH過(guò)濾器2I1232I2I2I4acbt5t6信號(hào)不對(duì)稱過(guò)負(fù)荷信號(hào)Y0l發(fā)電機(jī)失磁故障是指發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原因有：轉(zhuǎn)子繞組故障、勵(lì)磁機(jī)故障、自動(dòng)滅磁開關(guān)誤跳閘、半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤操作等。對(duì)各種失磁故障綜合起來(lái)看，有以下幾種形式：勵(lì)磁繞組直接短路或經(jīng)勵(lì)磁電機(jī)電樞繞組閉路而引起的失磁、勵(lì)磁繞組開路引起的失磁、勵(lì)磁繞組經(jīng)滅磁電阻短接而失磁，勵(lì)磁繞組經(jīng)整流器閉路（交流電源消失）失磁。 l當(dāng)

10、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)的功角增大。當(dāng)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)失磁后將從電力系統(tǒng)中吸取感性無(wú)功功率。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ff-fs（ ff此處為對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的頻率，fs為系統(tǒng)的頻率）的電流，此電流產(chǎn)生異步轉(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。 l（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)。所需無(wú)功功率的大小，主要取決于發(fā)電機(jī)的參數(shù)（X1、X2、Xad）以及實(shí)際運(yùn)行時(shí)

11、的轉(zhuǎn)差率。汽輪發(fā)電機(jī)與水輪發(fā)電機(jī)相比，前者的同步電抗Xd=X1+Xad較大，所需無(wú)功功率較小。假設(shè)失磁前發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)送出無(wú)功功率Q1，而在失磁后從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率Q2，則系統(tǒng)中將出現(xiàn)的無(wú)功功率缺額(Q1+Q2)。失磁前帶的有功功率越大，失磁后轉(zhuǎn)差就越大，所吸收的無(wú)功功率也就越大，因此，在重負(fù)荷下失磁進(jìn)入異步運(yùn)行后，如不采取措施，發(fā)電機(jī)將因過(guò)電流使定子過(guò)熱。l（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

12、潰而使系統(tǒng)瓦解。l (3) 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ff-fs的交流電流，即差頻電流。差頻電流在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的損耗，如果超出允許值，將使轉(zhuǎn)子過(guò)熱。特別是直接冷卻的大型機(jī)組，其熱容量的裕度相對(duì)降低，轉(zhuǎn)子更易過(guò)熱。而流過(guò)轉(zhuǎn)子表層的差頻電流，還可能使轉(zhuǎn)子本體與槽楔、護(hù)環(huán)的接觸面上發(fā)生嚴(yán)重的局部過(guò)熱。l(4) 對(duì)于直接冷卻的大型汽輪發(fā)電機(jī)，其平均異步轉(zhuǎn)矩的最大值較小，慣性常數(shù)也相對(duì)降低，轉(zhuǎn)子在縱軸和橫軸方面，也呈現(xiàn)較明顯的不對(duì)稱，由于這些原因，在重負(fù)荷下失磁后，這種發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、有功功率要發(fā)生周期性擺動(dòng)。這種情況下，將有很大的電磁轉(zhuǎn)矩周期性作用在發(fā)電機(jī)軸系

13、上，并通過(guò)定子傳到機(jī)座上，引起機(jī)組振動(dòng)，直接威脅著機(jī)組的安全。l(5) 低勵(lì)或失磁運(yùn)行時(shí)，定子端部漏磁增加，將使端部和邊段鐵芯過(guò)熱，實(shí)際上，這一情況通常是限制發(fā)電機(jī)失磁異步運(yùn)行能力的主要條件。l根據(jù)以上分析，由于汽輪發(fā)電機(jī)異步功率比較大，調(diào)速器也較靈敏，因此當(dāng)超速運(yùn)行后，調(diào)速器立即關(guān)小汽門，使汽輪機(jī)的輸出功率與發(fā)電機(jī)的異步功率很快達(dá)到平衡，在轉(zhuǎn)差率小于0.5%的情況下即可穩(wěn)定運(yùn)行。故汽輪發(fā)電機(jī)在很小的轉(zhuǎn)差下異步運(yùn)行一段時(shí)間，原則上是完全允許的。此時(shí)，是否需要并允許異步運(yùn)行，則主要取決于電力系統(tǒng)的具體情況。例如，當(dāng)電力系統(tǒng)的有功功率供應(yīng)比較緊張，同時(shí)一臺(tái)發(fā)電機(jī)失磁后，系統(tǒng)能夠供給它所需要的無(wú)功功

14、率，并能保證電網(wǎng)的電壓水平時(shí)，則失磁后就應(yīng)該繼續(xù)運(yùn)行；反之，如系統(tǒng)中有功功率有足夠的儲(chǔ)備，或者系統(tǒng)沒(méi)有能力供給它所需要的無(wú)功功率，則失磁以后就不應(yīng)該繼續(xù)運(yùn)行。l對(duì)水輪發(fā)電機(jī)而言，考慮到：其異步功率較小，必須在較大的轉(zhuǎn)差下（一般達(dá)到1%2%）運(yùn)行，才能發(fā)出較大的功率；由于水輪機(jī)的調(diào)速器不夠靈敏，時(shí)滯較大，甚至可能在功率尚未達(dá)到平衡以前就大大超速，從而使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列；其同步電抗較小，如果異步運(yùn)行，則需要從電網(wǎng)吸收大量的無(wú)功功率；其縱軸和橫軸很不對(duì)稱，異步運(yùn)行時(shí)，機(jī)組振動(dòng)較大等因素的影響，因此水輪發(fā)電機(jī)一般不允許在失磁以后繼續(xù)運(yùn)行。l因此在發(fā)電機(jī)上，尤其是在大型發(fā)電機(jī)上應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)，以便及時(shí)發(fā)

15、現(xiàn)失磁故障，并采取必要的措施，如發(fā)出信號(hào)、自動(dòng)減負(fù)荷、或動(dòng)作于跳閘等，以保證發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的安全。 l dEdXfUIsXsUIdEdXI jsXI jsUfUsinXUEPsdXUXUEQssd2cosPQtg1ORjXsjX o321PPPl在正常運(yùn)行時(shí)，90后發(fā)電機(jī)失步。 22222222122jsssssssSssssssffePUjXPUjXjQPjQPPUjXjQPjQPjQPPUjXSUjXUIUUIjXIUIUZl在失磁后到失步前的階段中，轉(zhuǎn)子電流逐漸減小，發(fā)電機(jī)的電磁功率P開始減小，由于原動(dòng)機(jī)所供給的機(jī)械功率還來(lái)不及減小，于是轉(zhuǎn)子逐漸加速，使Ed與Us之間的功角隨之增大，P又要

16、回升。在這一階段中，sin()的增大與Ed的減小相互補(bǔ)償，基本上保持了電磁功率P不變。l與此同時(shí)，無(wú)功功率Q將隨著Ed的減小和的增大而迅速減小，按上式計(jì)算的值將由正變?yōu)樨?fù)，即發(fā)電機(jī)變?yōu)槲崭行缘臒o(wú)功功率。 XUXUEQssd2cossinXUEPsdl上式中的Us、Xs和P為常數(shù)，而Q和為變數(shù)，因此它是一個(gè)圓的方程式，表示在復(fù)數(shù)抗平面上其圓心的座標(biāo)為（，），半徑為。l由于這個(gè)圓是在某一定有功功率不變的條件下做出的，因此稱為等有功阻抗圓。機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡與有密切關(guān)系，對(duì)應(yīng)不同的值有不同的阻抗圓，且越大時(shí)圓的直徑越小。l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

17、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。22222jsssePUjXPUPUs22sXPUs22l對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組，當(dāng)=90時(shí)，發(fā)電機(jī)處于失去靜態(tài)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)功功率為 XUQS2式中為Q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)，故臨界失步點(diǎn)也稱為等無(wú)功點(diǎn)。此時(shí)機(jī)端的測(cè)量阻抗為 sjsssssssssffjXeQjUjXjQPjQPQjUjXSjQPjQPQjUjXSjQPjQPQjUjXSUIUZ222222121222222222212jsdsdsjsdsdsjsdfeXX

18、jXXjjXeXXjXXjjXejXXZl發(fā)電機(jī)在輸出不同的有功功率而臨界失穩(wěn)時(shí)，其無(wú)功功率恒為常數(shù)。因此，功率因數(shù)角為變數(shù)，也是一個(gè)圓的方程，其圓心的坐標(biāo)為（0，-（Xd-Xs）/2），圓的半徑為（Xd+Xs）/2） 。這個(gè)圓稱為靜穩(wěn)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臨界失穩(wěn)時(shí)，機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡，圓內(nèi)為靜穩(wěn)破壞區(qū)。 jXsjXOOdjXRl當(dāng)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行失磁時(shí)，s0，R2/s，此時(shí)機(jī)端的測(cè)量阻抗為最大ZZ1X2X2R2IssR)1 (2adX1I0I22221XXjSRjXSRjXjXZadadfdadfjXjXjXZ1221dadadfjXXXXXXjZl當(dāng)一臺(tái)

19、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)它與靜穩(wěn)圓（等無(wú)功圓）相交時(shí)（b或b點(diǎn)），表示機(jī)組運(yùn)行處于靜穩(wěn)定的極限。越過(guò)b（或b）點(diǎn)以后，轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行，最后穩(wěn)定運(yùn)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。 jXsjXdjXdjX1P2PaaRbbc ccba為較大時(shí)的軌跡cba為較小時(shí)的軌跡l當(dāng)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行失磁時(shí)，s0，R2/s，此時(shí)機(jī)端的測(cè)量阻抗為最大 dadfjXjXjXZ1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，并位于第四象限內(nèi)。極限情況是當(dāng)S,R2

20、/s趨近于零，Zg的數(shù)值為最小。 221dadadfjXXXXXXjZl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)量阻抗位于第一象限，它與軸的夾角為發(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)，向外輸送有功功率，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)。l jXdZ51234dRl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，如繼電器接于非故障相，則測(cè)量阻抗的大小和相位需經(jīng)具體分析后確定。l根據(jù)等值電路和振蕩對(duì)保護(hù)影響的有關(guān)分析，

21、振蕩中心即位于處，此時(shí)機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡沿直線變化，當(dāng)=180時(shí)，測(cè)量阻抗的最小.jXdX21R)180(OOO)(1)(2 系統(tǒng)振蕩時(shí)機(jī)端測(cè)量阻抗的變化軌跡l發(fā)電機(jī)失磁后，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組電壓的變化隨失磁方式而不同。先分析失磁初期的情況。勵(lì)磁繞組直接短路而失磁時(shí)立即降到0；而勵(lì)磁繞組經(jīng)滅磁電阻短接而失磁時(shí)，立即變?yōu)樨?fù)值，然后隨一同衰減；勵(lì)磁繞組經(jīng)整流器閉路而失磁時(shí)，立即降到很小的負(fù)值；滅磁開關(guān)誤跳閘使勵(lì)磁回路開路而失磁時(shí)，則降到很大的負(fù)值再衰減。在發(fā)電機(jī)因失磁而失步之后，除勵(lì)磁繞組直接短接者外，各種失磁方式下， 都要隨滑差周期性地波動(dòng)。失磁保護(hù)的轉(zhuǎn)子判據(jù)，便是根據(jù)失磁后初期下降（以至到負(fù)）的特點(diǎn)

22、來(lái)判別失磁故障。轉(zhuǎn)子判據(jù)有兩種整定方式。l整定值固定的轉(zhuǎn)子判據(jù)，由轉(zhuǎn)子欠電壓繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，可整定為Ufset=0.8Uf0l式中，：Uf0發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電壓。l整定值固定的方式，在發(fā)電機(jī)輸出有功較大情況下發(fā)生部分失磁時(shí)，測(cè)量阻抗可能已越過(guò)靜穩(wěn)邊界，但仍大于動(dòng)作值，以致轉(zhuǎn)子判據(jù)電路仍未動(dòng)作。因此，目前趨向于采用按當(dāng)前有功負(fù)荷下靜穩(wěn)邊界所對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電壓整定。 隱極機(jī)凸極機(jī)lim. fuOTPPl發(fā)電機(jī)在某一有功負(fù)荷P時(shí)失磁，其達(dá)到靜穩(wěn)邊界所對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電壓Uf也是某一定值。轉(zhuǎn)子欠電壓繼電器即按此值整定，當(dāng)P改變時(shí)，整定值跟隨改變。 高壓側(cè)低電壓判據(jù)高壓側(cè)斷線靜穩(wěn)圓Z斷線b&1&4&a

23、mp;2+勵(lì)磁繞組低電壓fdt3/0發(fā)信或跳閘t3/0失穩(wěn)發(fā)信或切換勵(lì)磁t2/0t1/0失穩(wěn)發(fā)信發(fā)信或跳閘發(fā)信或跳閘l對(duì)于中小機(jī)組，通常都不裝設(shè)失步保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，由運(yùn)行人員來(lái)判斷，然后利用人工增加勵(lì)磁電流、增加或減少原動(dòng)機(jī)出力、局部解列等方法來(lái)處理。l對(duì)于大機(jī)組，這樣處理將不能保證機(jī)組的安全，通常需要裝設(shè)用于反映振蕩過(guò)程的專門的失步保護(hù)。一般認(rèn)為：l（1）對(duì)于大機(jī)組和超高壓電力系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)裝有快速響應(yīng)的自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置，并與升壓變壓器組成單元接線，送電網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大，使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的阻抗比例發(fā)生了變化。發(fā)電機(jī)和變壓器的阻抗值增加了，而系統(tǒng)的等效阻抗值下降了。因此振蕩中心常落在發(fā)電機(jī)機(jī)端

24、或升壓變壓器的范圍內(nèi)。l 由于振蕩中心落在機(jī)端附近，使振蕩過(guò)程對(duì)機(jī)組的影響加重了。機(jī)端電壓周期性地嚴(yán)重下降，對(duì)大型發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行特別不利。因?yàn)闄C(jī)爐的輔機(jī)都由接在機(jī)端的廠用變壓器供電。電壓周期性地嚴(yán)重下降，將使廠用機(jī)械工作的穩(wěn)定性遭到破壞，甚至使一些重要電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，導(dǎo)致停機(jī)、停爐。l（2）振蕩過(guò)程中，當(dāng)發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)與系統(tǒng)等效電動(dòng)勢(shì)的夾角為180時(shí)，振蕩電流的幅值將接近機(jī)端三相短路時(shí)流過(guò)的短路電流的幅值。如此大的電流反復(fù)出現(xiàn)有可能使定子繞組端部受到機(jī)械損傷。l（3）從震蕩電流引起的熱效應(yīng)反面看，由于大機(jī)組熱容量相對(duì)下降，對(duì)振蕩電流的持續(xù)時(shí)間也有限制，因?yàn)闀r(shí)間過(guò)長(zhǎng)有可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子繞組過(guò)熱而損

25、壞。l（4）振蕩過(guò)程常伴隨短路故障出現(xiàn)。發(fā)生短路過(guò)程和切除故障后，汽輪發(fā)電機(jī)軸系可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)振蕩。若故障切除后，隨即發(fā)生電氣參數(shù)的振蕩過(guò)程，則會(huì)加劇扭轉(zhuǎn)，甚至造成嚴(yán)重事故。l（5）在短路伴隨振蕩的情況下，定子繞組端部先遭受短路電流產(chǎn)生的應(yīng)力，相繼又承受振蕩電流產(chǎn)生的應(yīng)力，使定子繞組端部出現(xiàn)機(jī)械損傷的可能性增加。l由于失步帶來(lái)的危害，因此通常要求失步保護(hù)在振蕩的第一、二個(gè)振蕩周期內(nèi)能夠可靠動(dòng)作。 l要求失步保護(hù)只反映發(fā)電機(jī)的失步情況，能可靠躲過(guò)系統(tǒng)短路和同步振蕩，并能在失步開始的搖擺過(guò)程中區(qū)分加速失步和減速失步。目前，實(shí)用的失步保護(hù)的主要為基于反映發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗變化軌跡的原理。l這里介紹一種

26、易于在數(shù)字保護(hù)中實(shí)現(xiàn)的具有雙遮擋器動(dòng)作特性的失步保護(hù)原理，如圖7-31所示（圖中整定部分忽略了線路電阻）。R1，R2，R3，R4將阻抗平面分為04共五個(gè)區(qū)，加速失步時(shí)測(cè)量阻抗軌跡從+R向-R方向變化，04區(qū)依次從右到左排列。減速失步時(shí)測(cè)量阻抗軌跡從-R向+R方向變化，04區(qū)依次從左到右排列。當(dāng)測(cè)量阻抗從右向左穿過(guò)R1時(shí)判斷為加速失步，當(dāng)測(cè)量阻抗從左向右穿過(guò)R4時(shí)判定為減速失步。加速失步信號(hào)或減速失步信號(hào)作用于降低或提高原動(dòng)機(jī)出力。若在加速或減速信號(hào)發(fā)出后，沒(méi)能使振蕩平息，進(jìn)行滑極計(jì)數(shù)。當(dāng)滑極累計(jì)達(dá)到一定值，失步保護(hù)出口跳閘。l若測(cè)量阻抗在任一區(qū)內(nèi)永久停留，則判定為短路。若測(cè)量阻抗軌跡部分穿越這些區(qū)域后以相反的方向返回，則判斷為可恢復(fù)的振蕩(或稱同步振蕩)。 XT0區(qū)1區(qū)2區(qū)3區(qū)4區(qū)RjX4321加速失步減速失步0區(qū)1區(qū)2區(qū)3區(qū)4區(qū)dAXXTdzXXBXSX1R2R3R4Rl發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路（包括轉(zhuǎn)子繞組）絕緣破壞會(huì)引起轉(zhuǎn)子繞組匝間短路和勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障以及兩點(diǎn)接地故障。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障很常見，而兩點(diǎn)接地故障也時(shí)有發(fā)生。勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障，對(duì)發(fā)電機(jī)并未造成危害，如果發(fā)生兩點(diǎn)接地故障，則將嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全。l當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路發(fā)生兩點(diǎn)接地故障時(shí)，由于故障點(diǎn)流過(guò)相當(dāng)大的故障電流而燒傷轉(zhuǎn)子本體；由于部分繞組被短接，勵(lì)磁電流增加，可能因過(guò)熱而燒傷勵(lì)磁繞組；同時(shí)