發(fā)變組培訓1課件

發(fā)變組保護基礎1.1同步發(fā)電機基本工作原理1.1同步電機基本工作原理◆主磁場的建立：勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立起轉子主磁場。

◆載流導體：三相對稱的電樞繞組充當功率繞組，成為感應電勢或者感應電流的載體。

◆切割運動：原動機拖動轉子旋轉（給電機輸入機械能），勵磁磁場隨軸一起旋轉并順次切割定子各相繞組（相當于繞組的導體反向切割勵磁磁場）。

◆交變電勢的產生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動，電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。

◆感應電勢有效值：每相感應電勢的有效值為◆感應電勢頻率：感應電勢的頻率決定于同步電機的轉速n和極對數p，即

◆交變性與對稱性：由于旋轉磁場極性相間，使得感應電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應電勢的三相對稱性。隱極機1.1同步電機基本工作原理負載后磁勢分析★空載時，同步電機中只有一個以同步轉速旋轉的勵磁磁勢，它在電樞繞組中感應出三相對稱交流電勢，稱為勵磁電勢。

★當電樞繞組接上三相對稱負載后，電樞繞組和負載一起構成閉合通路，通路中流過的是三相對稱的交流電流，我們知道，當三相對稱電流流過三相對稱繞組時，將會形成一個以同步速度旋轉的旋轉磁勢。

★由此可見，負載以后同步電機內部將會產生又一個旋轉磁勢--電樞旋轉磁勢。因此，同步發(fā)電機接上三相對稱負載以后，電機中除了隨軸同轉的轉子磁勢(稱為機械旋轉磁勢)外，又多了一個電樞旋轉磁勢(稱為電氣旋轉磁勢)。

★參看異步電機篇的介紹，不難證明這兩個旋轉磁勢的轉速均為同步速，而且轉向一致，二者在空間處于相對靜止狀態(tài)，可以用矢量加法將其合成為一個合成磁勢。

★氣隙磁場可以看成是由合成磁勢在電機的氣隙中建立起來的磁場。也是以同步轉速旋轉的旋轉磁場?？梢娡桨l(fā)電機負載以后，電機內部的磁勢和磁場將發(fā)生顯著變化，這一變化主要由電樞磁勢的出現所致。1.2負載運行分析1.2負載運行分析1.3同步發(fā)電機的電樞反應

在穩(wěn)定運行時，定子與轉子兩種旋轉磁場對轉子繞組沒有相對運動，因而不會在轉子上產生感應電勢。這兩個磁場只在定子繞組產生感應電勢，在不考慮磁路飽和的情況下，轉子磁場感應空載電勢E0，電樞磁場感應的電勢為電樞反應電勢Ea,則有E0+Ea=Uf+I(ra+jx)

電樞反應解釋有負載時，便產生電樞磁勢，對空間磁場的影響稱電樞反應。電樞磁勢與轉子磁勢的相對位置取決于負載電流的性質如圖所示，假定I、E0同相位，β=0；假定E0越前I，β>0；假定E0滯后I，β<0；稱Arg=β為內功率因數角。β=0,I、E0同相,cosβ=1,sinβ=0,不發(fā)出無功功率，只發(fā)有功功率β=90o,cosβ=0,sinβ=1,不發(fā)出有功功率，只發(fā)無功功率β=180o,I、E0反相,cosβ=-1,sinβ=0,從電網吸收有功，電動機運行β=-90o,cosβ=0,sinβ=-1,向電網送容性無功

由于β角可以是任意角，可以把電樞磁勢分解為直軸和交軸兩個分量分析。同步發(fā)電機最常見的運行工況為0<β<90o，電樞反應磁場落后于轉子磁場，即Ff超前Fa。圖中可以將電流I分解為直軸分量Id和交軸分量Iq。

1.3同步發(fā)電機的電樞反應

1.4直軸超瞬態(tài)電抗當轉子上裝有阻尼繞組時，則因阻尼繞組也為閉合回路，它的磁鏈也不能突然改變。同理，在短路初瞬，電樞磁通將被排擠在阻尼繞組以外。也就是說，電樞磁通將依次經過空氣隙、阻尼繞組旁的漏磁路和激磁繞組旁的漏磁路，如圖1-14中所示。這時磁路的磁阻更大了，與之相應的電抗將有更小的數值。稱為直軸超瞬態(tài)電抗或直軸次暫態(tài)電抗。

1.5同步發(fā)電機的功率特性及靜態(tài)穩(wěn)定極限角

同步發(fā)電機的功率特性

汽輪發(fā)電機輸電系統(tǒng)的功角特性水輪發(fā)電機輸電系統(tǒng)的功角特性暫態(tài)穩(wěn)定

動態(tài)穩(wěn)定

動態(tài)穩(wěn)定涉及發(fā)電機的阻尼力矩問題。所謂阻尼力矩是指當發(fā)電機轉速變化時，發(fā)電機本身所具有的反應于這種轉速變化的力矩。

二發(fā)電機的失磁2.1發(fā)電機失磁的原因滅磁開關誤跳閘而轉子線圈經滅磁電阻短接轉子線圈短路轉子線圈回路斷線而開路硅整流的故障自動調節(jié)勵磁裝置的故障等2.3發(fā)電機失磁對系統(tǒng)影響

失磁發(fā)電機從系統(tǒng)吸收無功，導致系統(tǒng)電壓下降，若系統(tǒng)無功儲備不足，則可能引起系統(tǒng)因電壓崩潰而瓦解。由于系統(tǒng)電壓下降，系統(tǒng)中其他發(fā)電機在自動調節(jié)勵磁裝置作用下，將增加無功輸出而導致過電流，若引起后備保護誤動作，則使故障影響范圍擴大。失磁發(fā)電機有功功率擺動以及系統(tǒng)電壓下降，可能導致相鄰正常運行發(fā)電機與系統(tǒng)之間或系統(tǒng)各部分之間失步。2.4發(fā)電機失磁對發(fā)電機本身影響

轉子回路中出現的差頻電流使轉子附加發(fā)熱，流過轉子表層使轉子局部過熱甚至灼傷。轉子端部露磁增強使端部部件及邊段鐵芯過熱。發(fā)電機失磁后異步運行時，若失磁前有功越大，轉差越大，吸收無功越多，定子因過電流導致過熱。因轉子縱軸與橫軸的不對稱性，失磁后機組電磁轉距與有功功率劇烈周期擺動。這種劇烈擺動的電磁轉距作用到轉動軸系上，嚴重危險機組安全。2.5發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗

發(fā)電機從失磁開始到進入穩(wěn)態(tài)異步運行，一般可分為三個階段

1.失磁后到失步前:sinδ的增大與Ed的減小相補償，基本上保持了電磁功率P不變。與此同時，無功功率Q將隨著Ed的減小和δ的增大迅速減小，Q值將由正變?yōu)樨?，即發(fā)電機變?yōu)槲崭行缘臒o功功率。

機端測量阻抗變化軌跡說明由于這個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。機端測量阻抗的軌跡與P有密切關系，對應不同的P值有不同的阻抗圓，且P越大時圓的直徑越小。發(fā)電機失磁以前，向系統(tǒng)送出無功功率，功率因數角為正，測量阻抗位于第一象限。失磁以后，隨著無功功率的變化，功率因數角由正值變?yōu)樨撝担虼藴y量阻抗也沿著圓周隨之由第一象限過渡到第四象限。

2.臨界失步點對汽輪發(fā)電機組，當=90o時，發(fā)電機處于失去靜穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，故稱為臨界失步點。此時輸送到受端的無功功率,式中Q為負值，表明臨界失步時，發(fā)電機自系統(tǒng)吸收無功功率，且為一常數，不論有功為多少，都與之無關故臨界失步點也稱為等無功點。

機端測量阻抗變化軌跡說明發(fā)電機在輸出不同的有功功率P而臨界失步時，其無功功率Q恒為常數。因此，在上式中，為變數，Zf也是一個圓的方程，這個圓稱為臨界失步阻抗圓，也稱等無功阻抗圓。其圓周為發(fā)電機以不同的有功功率P臨界失步時，機端測量阻抗的軌跡，圓內為失步區(qū)。

3.失步后的異步運行階段，可用異步發(fā)電機等效電路來表示，此時按圖1-25所規(guī)定的電流正方向，機端測量阻抗應為是定子漏抗是轉子漏抗是轉子電阻為轉差率當發(fā)電機運行在失磁時，，，此時機端的測量阻抗為最大

當發(fā)電機在其他運行方式下失磁時，將隨著轉差率的增大而減小，并位于第四像限內。極限情況是當時，，趨近于零，的數值為最小

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

綜上所述，當一臺發(fā)電機失磁前在過激狀態(tài)下運行時，其機端測量阻抗位于復數平面的第一象限（如圖1-28中的a或a’點），失磁以后，測量阻抗沿等有功阻抗圓向第四象限移動。當它與臨界失步圓相交時（b或b’點），表明機組運行處于靜穩(wěn)定的極限,失磁過程靜穩(wěn)極限功率隨著轉子電流減小而減小。越過（b或b’）點以后，轉入異步運行，最后穩(wěn)定進行于（c或c’）點，此時，平均異步功率與調節(jié)后的原動機輸入功率相平衡。

對于任意的一個s值，則隨變化都有一個相應的圓，我們給定一組s值，則可得到一個圓族，s=0時圓最大，隨增大，圓逐漸變小，當，圓趨向于一個點。顯然，這個圓族的外包線給出了發(fā)電機異步阻抗的邊界，對于任意的s和值，機端測量阻抗Z的端點，都應當落在這個邊界之內。

t0:正常運行t1:進入靜穩(wěn)圓t2:進入異步圓2.6RCS985失磁保護的功能特點曲線1:區(qū)外振蕩曲線2:區(qū)內振蕩2.6RCS985失磁保護的功能特點開放式失磁保護方案失磁判據減出力有功判據低電壓判據轉子電壓判據定子阻抗判據輔助判據

2.6RCS985失磁保護的功能特點減出力采用有功功率判據P>Pzd失磁導致發(fā)電機失步后，發(fā)電機輸出功率在一定范圍內波動，P取一個振蕩周期內的平均值。2.6RCS985失磁保護的功能特點高壓側母線低電壓判據Upp<Ulezd高壓側PT斷線時閉鎖此判據 TV斷線時閉鎖本判據，并發(fā)出TV斷線信號。2.6RCS985失磁保護的功能特點轉子電壓判據轉子低電壓判據：Ur<Ur1zd變勵磁電壓判據：Ur<Kr*Xdz*(P–Pt)*Uf0發(fā)變組并網后延時投入失磁后異步運行時經定子判據閉鎖自保持2.6RCS985失磁保護的功能特點定子判據異步阻抗