發(fā)電機保護教材

發(fā)電機保護第一節(jié)基本概念一發(fā)電機發(fā)電機的作用是將汽輪機或水輪機輸出的機械能變換成電能。1主要構(gòu)成發(fā)電機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。在定子與轉(zhuǎn)子間留有適當(dāng)?shù)拈g隙，通常將該間隙稱作為氣隙。極對數(shù)為1的三相交流同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。在定子鐵芯上設(shè)置有槽，每個定子槽分上槽和下槽，上槽及下槽中設(shè)置有定子繞組。每臺發(fā)電機的定子繞組為三相對稱式繞組，如圖1中的a-x、b-y、c-z所示。所謂三相對稱繞組是指三個繞組（即a-x、b-y、c-z）的匝數(shù)相等，其空間分布相對位置相距1200。在定子鐵芯的上槽與下槽之間設(shè)置有屏蔽層。在轉(zhuǎn)子鐵芯上也有槽，槽內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子繞組（如圖1中的W－j所示）。圖1三相同步交流發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖為提高發(fā)電機的單機容量及降低鐵芯及繞組的溫度，各種發(fā)電機均設(shè)置有冷卻系統(tǒng)。小型發(fā)電機一般采用空氣冷卻方式，也有采用氫冷式；對于大型汽輪發(fā)電機，通常采用水內(nèi)冷及氫冷方式。2作用原理在轉(zhuǎn)子繞組中（圖1中的W－j）通入直流，產(chǎn)生一恒定磁場（其兩極極性分別為N－S）。發(fā)電機轉(zhuǎn)子由汽輪機或水輪機拖著旋轉(zhuǎn)，恒定磁場變成旋轉(zhuǎn)磁場（通常稱之氣隙磁場）。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場切割定子繞組，必將在定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢。由于轉(zhuǎn)子磁場在氣隙中按正弦分布，而轉(zhuǎn)子以恒定速度旋轉(zhuǎn)，從而使定子繞組中的感應(yīng)電勢按正弦波規(guī)律變化。發(fā)電機并網(wǎng)運行時，定子繞組中出現(xiàn)感應(yīng)電流，向系統(tǒng)輸出電能。3發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)時，每轉(zhuǎn)過一對磁極，定子繞組中的電勢便歷經(jīng)一個周期。因此，定子繞組中電勢的頻率可由每秒鐘轉(zhuǎn)過磁極的極對數(shù)來表示。設(shè)發(fā)電機的極對數(shù)（即一個N、一個S）為P，每分鐘的轉(zhuǎn)速為n，則頻率轉(zhuǎn)速…………………（1）汽輪發(fā)電機的極對數(shù)P＝1，當(dāng)電網(wǎng)的頻率f＝50赫時，n＝3000轉(zhuǎn)/分。對于水輪發(fā)電機，其極對數(shù)較多，故允許其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)低，當(dāng)P＝4時，水輪機的轉(zhuǎn)速n=750轉(zhuǎn)/分，當(dāng)極對數(shù)P＝24時，其轉(zhuǎn)速為125轉(zhuǎn)/分。4兩種旋轉(zhuǎn)磁場（1）直流激磁旋轉(zhuǎn)磁場直流激磁旋轉(zhuǎn)磁場，又叫機械旋轉(zhuǎn)磁場。在同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子上裝設(shè)有轉(zhuǎn)子繞組，通入直流后產(chǎn)生直流激磁的磁極，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在氣隙形成旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子無相對運動。氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相同。發(fā)電機正常運行時，轉(zhuǎn)速為同步速。（2）交流激磁的旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)電機定子三相對稱電流流過三相對稱繞組時，將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場由三相交流產(chǎn)生，故稱交流激磁的旋轉(zhuǎn)磁場。發(fā)電機正常運行時，兩種旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速均等于同步速，它們之間無相對運動。又因為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也等于同步速，因此，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間無相對運動，而轉(zhuǎn)子磁場緊拉著定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動。5發(fā)電機的冷卻方式根據(jù)冷卻介質(zhì)流通的路途，同步發(fā)電機的冷卻方式，可分為外冷式及內(nèi)冷式兩種。外冷式又稱之表面冷卻方式，其冷卻介質(zhì)有空氣及氫氣兩種；內(nèi)冷式稱之直接冷卻方式，其冷卻介質(zhì)有氫氣及水兩種。當(dāng)采用水冷卻方式時，繞組為空心銅制繞組，冷卻水直接由繞組內(nèi)流通。目前，大型汽輪發(fā)電機定子繞組的冷卻方式，多采用水冷方式。有些發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組也采用水內(nèi)冷方式。將轉(zhuǎn)子繞組及定子繞組均由水內(nèi)冷冷卻的發(fā)電機，稱之雙水內(nèi)冷發(fā)電機。6并網(wǎng)運行汽輪發(fā)電機電勢與端電壓的關(guān)系發(fā)電機并網(wǎng)運行時，向系統(tǒng)送出有功及無功。此時，機端電壓與發(fā)電機電勢的關(guān)系是…………………（1）式中：－發(fā)電機電勢；U－機端電壓；I－發(fā)電機定子電流；－發(fā)電機的同步電抗。若以機端電壓為參考向量，及的向量關(guān)系如圖2所示。圖2機端電壓與電勢的向量關(guān)系在圖中：－功率因數(shù)角（U超前I的角度）；－發(fā)電機電勢與機端電壓之間的夾角，又稱之功角。由圖2可以看出，當(dāng)發(fā)電機送出有功及無功時，發(fā)電機電勢E0大于機端電壓U。當(dāng)發(fā)電機從系統(tǒng)吸收無功時，發(fā)電機電勢將小于機端電壓。7發(fā)電機的阻抗若不及電阻分量，發(fā)電機的阻抗有同步電抗、暫態(tài)電抗、次暫態(tài)電抗、負序電抗和零序電抗。（1）同步電抗發(fā)電機的同步電抗也叫正序電抗。正常運行時發(fā)電機的電抗，稱之同步電抗；（2）負序電抗發(fā)電機不對稱運行時，負序電流產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場，負序旋轉(zhuǎn)磁場以2倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組。負序電抗等于機端負序電壓與定子繞組中負序電流的基波分量之比。（3）零序電抗零序電抗具有漏抗的性質(zhì)，其大小決定于零序電流產(chǎn)生的漏磁通。（4）暫態(tài)電抗當(dāng)定子電流突然變化時，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢（像變壓器一樣），在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流的作用使定子電抗減小，將減小后的電抗稱之為暫態(tài)電抗。（5）次暫態(tài)電抗當(dāng)轉(zhuǎn)子上有阻尼繞組時，若定子電流突然變化，由于阻尼繞組回路的阻抗不能突變，致使磁路的磁阻很大，相應(yīng)的電抗更小。二電壓互感器及電流互感器（TV及TA）1電壓互感器將電力主設(shè)備一次高電壓降低至與一次電壓成比例的較小電壓，然后送至測量儀表或保護裝置的設(shè)備，稱之為電壓互感器（TV）。它相當(dāng)一個二卷或三卷降壓變壓器。（1）特點A、一次繞組匝數(shù)很多，二次或三次繞組匝數(shù)很少，其內(nèi)阻很小，相當(dāng)一電壓源。B、變比，設(shè)一次設(shè)備的額定電壓為。在小電流系統(tǒng)中，保護用TV變比為KV；在大電流系統(tǒng)中，保護用變比為KV；發(fā)電機中性點TV的變比應(yīng)為KV。C、保護用三相TV的接線方式，通常采用YN，yn，。D、運行中TV二次不能短路。（2）類型按一次繞組兩端對地絕緣的狀態(tài)分類，TV可分為兩類，即全絕緣TV及半絕緣TV。所謂全絕緣TV是指一次端部繞組及中性點處繞組的對地絕緣完全相同；而半絕緣TV則是TV一次端部繞組的對地絕緣遠高于中性點處繞組的對地絕緣。2電流互感器TA將電力系統(tǒng)一次大電流降低到與一次電流成比例的小電流，然后送到測量儀表、自動裝置及保護裝置的設(shè)備，稱之為電流互感器TA。其特點是：A、一次匝數(shù)少（最少為一匝），二次匝數(shù)很多，其內(nèi)阻很大，對外相當(dāng)于一電流源；B、運行中TA二次不得開路。3電壓互感器及電流互感器的接地為防止運行中由于互感器一次與二次之間絕緣擊穿使一次高電壓串到二次回路中，而危及人身及二次設(shè)備的安全，TA及TV二次必須有一個可靠的接地點，通常稱之“保安接地”。對于TA采用TA二次中性點接地；而對于TV可采用二次中性點接地（即N接地），也可采用B相接地。第二節(jié)發(fā)電機保護的配置一發(fā)電機的故障及不正常運行方式1發(fā)電機的故障（1）定子繞組的故障定子繞組的故障主要有：相間短路（二相短路、三相短路）接地故障：單相接地、兩相接地短路故障匝間短路（同分支繞組匝間短路，同相不同分支繞組之間的短路）。（2）轉(zhuǎn)子繞組的故障主要有：轉(zhuǎn)子繞組一點接地及二點接地，部分轉(zhuǎn)子繞組匝間短路。2發(fā)電機異常運行方式發(fā)電機不正常運行方式主要有：定子繞組過負荷，轉(zhuǎn)子繞組過負荷，發(fā)電機過電壓；發(fā)電機過激磁，發(fā)電機誤上電、逆功率、頻率異常、失磁、發(fā)電機斷水及非全相運行等。二發(fā)電機保護的配置發(fā)電機定子繞組或輸出端部發(fā)生相間短路故障或相間接地短路故障，將產(chǎn)生很大的短路電流，大電流產(chǎn)生的熱、電動力或電弧可能燒壞發(fā)電機線圈、定子鐵芯及破壞發(fā)電機結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子繞組兩點接地或匝間短路，將破壞氣隙磁場的均勻性，引起發(fā)電機劇烈振動而損壞發(fā)電機；另外，還可能燒傷轉(zhuǎn)子及損壞其他勵磁裝置。發(fā)電機異常運行也很危險。發(fā)電機過電壓、過電流及過激磁運行可能損壞定子繞組；大型發(fā)電機失磁運行除對發(fā)電機不利之外，還可能破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其他異常工況下，長期運行也會危及發(fā)電機的安全。為確保發(fā)電機安全經(jīng)常運行，必需配置完善的保護系統(tǒng)。1短路故障的主保護發(fā)電機內(nèi)部短路故障的主保護有：縱差保護，橫差保護（單元件橫差及三元件橫差保護），發(fā)電機定子繞組匝間保護（主要有單元件橫差保護、縱向零序電壓匝間保護及負序功率方向保護），轉(zhuǎn)子兩點接地保護，勵磁機縱差保護。2短路故障的后備保護發(fā)電機短路故障的后備保護主要有：復(fù)壓閉鎖過流保護，對稱過流及過負荷保護，不對稱過流及過負荷保護、負序過電流保護，轉(zhuǎn)子過流及過負荷保護、轉(zhuǎn)子兩點接地保護、帶記憶的低壓過流保護。3其他故障保護發(fā)電機單相接地保護，發(fā)電機失磁保護。4發(fā)電機異常運行保護發(fā)電機異常運行保護有：發(fā)電機過電壓保護，發(fā)電機過激磁保護、逆功率保護，轉(zhuǎn)子一點接地保護，定子過負荷保護、非全相運行保護、大型發(fā)電機失步保護、頻率異常保護等。5開關(guān)量保護發(fā)電機斷水保護等。6臨時性保護所謂臨時性保護是指：發(fā)電機正常運行時應(yīng)退出的保護。其中有發(fā)電機誤上電保護及發(fā)電機啟、停機保護等。第三節(jié)發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護，是發(fā)電機相間故障的主保護。一縱差保護的分類1按輸入電流的不同分類發(fā)電機差動保護由三個分相差動元件構(gòu)成。若按由差動元件兩側(cè)輸入電流的不同進行分類，可以分成完全縱差保護和不完全保護兩類。其交流接入回路分別如圖3（a）和圖3（b）所示。(a)(b)圖3發(fā)電機縱差保護的交流接入回路在圖3中：Ja、Jb、Jc－分別為發(fā)電機A、B、C三相的差動元件；A、B、C－發(fā)電機三相輸入端子。由圖3可以看出，發(fā)電機完全縱差保護與不完全縱差保護的區(qū)別是：對于完全縱差保護，在發(fā)電機中性點側(cè)，輸入到差動元件的電流為每相的全電流，而不完全差動保護，由中性點輸入到差動元件的電流為每相定子繞組某一分支的電流。2按制動方式分類為確保區(qū)外故障時縱差保護可靠不動作，在差動元件中設(shè)置有制動量。按制動方式分類，差動保護可分為比率制動式和標(biāo)積制動方式。3按出口方式分類目前，發(fā)電機縱差保護均采用由三個差動元件構(gòu)成的分相差動保護。由于發(fā)電機電壓系統(tǒng)系小電流接地系統(tǒng)，故保護的出口既可以采用單相出口方式，也可以采用循環(huán)閉鎖出口方式。所謂循環(huán)閉鎖出口方式，是指：在三個相差動元件中，只有二個或三個元件動作后，保護才作用于出口。另外，為防止發(fā)電機兩相接地（一個接地點在差動保護區(qū)內(nèi)，另一個接地點在差動保護區(qū)外）短路時差動保護拒絕出口，一般采用由負序電壓元件去解除循環(huán)閉鎖措施。此時，當(dāng)負序電壓元件動作之后，只要有一相差動元件動作，保護就作用于出口。二動作方程目前，國內(nèi)生產(chǎn)及廣泛應(yīng)用的發(fā)電機差動保護裝置，為提高區(qū)內(nèi)故障時的動作靈敏度及確保區(qū)外故障時可靠不動作，一般采用具有二段折線式動作特性的差動元件。其動作方程為…………………（1）式中：－差動電流，完全縱差：，不完全縱差：；－制動電流，完全縱差：，不完全縱差：，標(biāo)積制動式完全縱差時：，標(biāo)積制動式不完全縱差時：；－比率制動系數(shù)；－拐點電流，開始起制動作時的最小制動電流；－初始動作電流；、－分別為中性點及機端差動TA的二次電流；K－由中性點流入差動TA的電流與中性點全電流的比值；Φ－與之間的相位差。三動作特性具有兩段折線式發(fā)電機縱差保護的動作特性如圖4所示。由圖4可以看出：縱差保護的動作特性由二部分組成：即無制動部分和有制動部分。這種動作特性的優(yōu)點是：在區(qū)內(nèi)故障電流小時，它具有很高的動作靈敏度；在區(qū)外故障時，它具有較強的躲過暫態(tài)不平衡電流的能力。在圖4中：－最小啟動電流；－拐點電流；－動作電流（差電流）；－制動電流；－制動系數(shù)，。圖4發(fā)電機縱差保護動作特性某些廠家生產(chǎn)的發(fā)電機差動保護的動作特性，采用所變謂斜率（變制制系數(shù)）的動作特性，實際上是多段折線式的動作特性。數(shù)十年的運行實踐表明，只要對各參數(shù)（、及）進行合理的整定，圖4所示的動作特性，完全可以滿足發(fā)電機對差動保護動作可靠性及動作靈敏度的要求。四邏輯框圖發(fā)電機縱差保護的出口方式：有單相出口方式及循環(huán)閉鎖出口方式兩種，其邏輯框圖分別如圖5（a）及圖5（b）所示。（a）單相出口方式的發(fā)電機縱差保護邏輯框圖（b）循環(huán)閉鎖出口方式發(fā)電機縱差保護邏輯框圖圖5發(fā)電機縱差保護邏輯框圖由圖5（a）可以看出：當(dāng)采用單相出口方式時，只要有一相差動元件動作，保護即作用于出口。由圖5（b）可以看出：當(dāng)采用循環(huán)閉鎖出口方式時，只有二相差動元件動作后，才作用于出口；但是，當(dāng)出現(xiàn)負序電壓時，只要有一相差動元件動作，保護即作用于出口。五整定原則及取值建議由縱差保護的動作特性可以看出，對其定值的整定，主要是確定其構(gòu)成三要素：即比率制動系數(shù)，最小動作電流和拐點電流。1最小動作電流最小動作電流也叫啟動電流或初始動作電流。對于動作特性為兩段或多段折線式縱差保護，最小動作電流實質(zhì)是無制動時的動作電流。對的整定原則是：按躲過正常工況下的最大不平衡電流來整定。可按下式進行整定…………………（2）式中：－可靠系數(shù)，通常取1.5~2；－TA變比誤差，10P級互感器誤差為0.03，故可取0.06（考慮兩側(cè)TA正、負誤差）；－保護裝置通道傳輸變換及調(diào)整誤差，可取0.1；－發(fā)電機額定電流，TA二次值。代入式（2）可得＝（0.24~0.32），一般取0.3。對于不完全縱差保護，尚應(yīng)考慮每相分支電流的不平衡，故還應(yīng)適當(dāng)提高定值。2拐點電流理論上分析，外部故障時短路電流總比發(fā)電機的額定電流大，因此，其縱差保護的拐點電流應(yīng)大于或等于其額定電流。但是，由于差動保護的初始動作電流是按照發(fā)電機正常工況的不平衡電流來整定的，未考慮暫態(tài)過程的影響，故在外部故障切除后的暫態(tài)過程中，若無制動作用，則差動保護有可能不正確動作。在外部故障切除后的暫態(tài)過程中，由于差動兩側(cè)TA二次的暫態(tài)特性不能完全相同，致使差動兩側(cè)電流之間的相位發(fā)變化，從而使不平衡電流增大。此外，若拐點電流過大，由于無制作用可能致使差動保護誤動。因此，應(yīng)?。?.5~0.8）。3比率制動系數(shù)比率制動系數(shù)的取值原則，應(yīng)按使差動元件躲過發(fā)電機外部三相短路時產(chǎn)生的最大不平衡電流來整定。區(qū)外三相短路時，差動元件可能產(chǎn)生的最大不平衡電流為…………………（3）式中：－最大不平衡電流；－最大短路電流；－TA的10%誤差；－通道的變換及傳輸誤差，取0.1；－兩側(cè)TA暫態(tài)特性不一產(chǎn)生的誤差，取0.05。代入式（3）得＝0.25，當(dāng)不計拐點電流時，差動元件的比率制動系數(shù)應(yīng)為，可取0.3~0.4。對于不完全縱差保護，當(dāng)兩側(cè)差動TA型號不同時，可取。4解除循環(huán)閉鎖的負序電壓元件定值一般按高壓母線出線末端故障產(chǎn)生的負序電壓來整定。通常六對各類發(fā)電機縱差保護的評價各種類型的發(fā)電機縱差保護均有自己的特點。1完全縱差保護發(fā)電機完全縱差保護，是發(fā)電機相間故障的主保護。由于差動元件兩側(cè)TA的型號、變比完全相同，受其暫態(tài)特性的影響較小。其動作靈敏度也較高，但不能反應(yīng)定子繞組的匝間短路及線棒開焊。2不完全縱差保護不完全縱差保護除保護定子繞組的相間短路之外，尚能反應(yīng)定子線棒開焊及某些匝間短路。但是，由于在中性點側(cè)只引入其一分支的電流，故在整定計算時，尚應(yīng)考慮各分支電流不相等產(chǎn)生的差流。另外，當(dāng)差動元件兩側(cè)TA型號不同及變比不同時，受系統(tǒng)暫態(tài)過程的影響較大。3比率制動式與標(biāo)積制動式兩者均能有效躲過區(qū)外故障，其動作特性也完全相同。當(dāng)區(qū)外故障時，標(biāo)積制動方式縱差保護與比率制動式縱差保護工況完全相同。不同的是標(biāo)積制動式縱差保護的制動電源反映兩側(cè)電流之間的相位敏感，故內(nèi)部故障時其靈敏度更高（因制動量為負值）。第四節(jié)發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護適用于定子繞組為多分支的發(fā)電機，當(dāng)某相中某一分支發(fā)生匝間短路或某相兩分支之間在不同匝數(shù)處發(fā)生短路時，橫差保護應(yīng)立即動作切除發(fā)電機。一橫差保護的分類根據(jù)交流回路引入電流及保護中含差動元件的數(shù)量不同，發(fā)電機橫差保護可分為單元件橫差和三元件橫差。三元件橫差又稱裂相橫差。二單元件橫差保護單元件橫差保護，適用于每相定子繞組為多分支，且有兩個或兩個以上中性點引出的發(fā)電機。1交流接入回路及動作方程單元件橫差保護的輸入電流，為發(fā)電機兩個中性點連線上的TA二次電流。以定子繞組為每相兩分支的發(fā)電機為例，其交流接入回路如圖6所示。圖6單元件橫差保護的交流接入回路其動作方程為…………………（4）式中：－中性點TA二次電流；－橫差保護動作電流整定值。2邏輯框圖橫差保護是發(fā)電機內(nèi)部短路的主保護，應(yīng)無延時動作。但考慮到轉(zhuǎn)子兩點接地短路時發(fā)電機氣隙磁場畸變可能致使保護誤動，故在轉(zhuǎn)子一點接地保護動作后，使橫差保護帶一個小延時動作。保護動作邏輯框圖如圖7所示。圖7單元件橫差保護邏輯框圖3定值的整定對單元件橫差保護的整定，主要是確定動作電流及動作延時。（1）動作電流目前，在單元件橫差保護中，設(shè)置有三次諧波濾過器。因此，其動作電流應(yīng)按躲過系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路或發(fā)電機失磁失步運行時轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的最大不平衡電流?！?）式中：－可靠系數(shù)，取1.5；－額定工況下，同相不同分支繞組由于參數(shù)的差異產(chǎn)生的不平衡電流，最大可??；－正常工況下氣隙不均勻產(chǎn)生的不平衡電流，取0.05；－異常工況下轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的不平衡電流，取0.1。將各參數(shù)代入式（5）得＝（0.3~0.35），可取0.35。（2）動作延時動作延時可取0.5~1秒。三裂相橫差保護1交流輸入回路裂相橫差保護由三個橫差元件構(gòu)成，每個元件兩側(cè)的輸入電流分別接在某相定子繞組兩分支（或兩分支組）上的TA二次。以A相橫差元件為例，其交流接入回路如圖8所示。圖8A相橫差保護交流接入回路由圖可以看出：由于兩組TA二次呈反極性連接，且在正常工況下一次電流，故流入差動元件的電流為零。當(dāng)定子繞組的某一分支匝間短路或兩分支不同匝間短路時，圖中的一次電流，故在差回路中產(chǎn)生差流，保護動作。2邏輯框圖在轉(zhuǎn)子兩點接地之后，為避免橫差保護搶先動作，對于裂相橫差保護應(yīng)具有短動作延時。裂相橫差保護的邏輯框圖如圖9所示。圖9裂相橫差保護邏輯框圖3動作方程及動作特性圖9中的橫差元件，可以采用具有比率制動特性的差動元件，也可以采用像單元件橫差元件那樣的過電流元件。采用過電流元件時，其動作方程為…………………（6）式中：－差回路中的差流；－差動元件動作電流整定值。采用具有比率制動特性的差動元件時，其動作方程為式中：－差流，；－制動電流，；－初始動作電流；－比率制動系數(shù)；－拐點電流；、（TA二次值）－分別為某相定子繞組分支（或分組）電流。根據(jù)式（6）可以劃出如圖10所示的動作特性。圖10裂相橫差保護的動作特性在圖10中：各種符號的物理意義同式（6）。4整定計算（1）采用過電流元件時動作電流應(yīng)按躲過區(qū)外不對稱短路時產(chǎn)生的最大不平衡差流來整定?！?）式中：－可靠系數(shù)，取1.15~1.2；－兩側(cè)TA的10%誤差，取0.1；－通道傳輸及調(diào)整誤差，取0.1；－不對稱短路時，由于轉(zhuǎn)子偏心造成的誤差取0.1。將以上各數(shù)據(jù)代入式（7），可得可?。?）采用具有比率制動特性的差動元件時對其定值的整定，主要是確定最小動作電流，拐點電流及比率制動系數(shù)。A、最小動作電流按躲過正常工況下產(chǎn)生的最大不平衡電流來整定?！?）式中：－可靠系數(shù)，取1.5~2；－兩側(cè)TA變比誤差，取0.06；－氣隙磁場不均勻產(chǎn)生的誤差，取0.05；－保護裝置通道傳輸及調(diào)整誤差，取0.1。代入式（8）可得＝（0.25~0.27），可取0.2。B、拐點電流在額定工況下，保護的制動電流約為0.5，因此，拐點電流可?。?.3~0.4）。C、比率制動系數(shù)比率制動系數(shù)可取0.4。第五節(jié)縱向零序電壓式發(fā)電機定子匝間保護發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路時，將出現(xiàn)縱向零序電壓。縱向零序電壓式匝間保護是以縱向零序電壓為判據(jù)構(gòu)成的發(fā)電機匝間短路保護。一交流接入回路縱向零序電壓式匝間保護的接入電壓，取自機端專用TV的開口三角形電壓。對發(fā)電機專用TV的要求是：全絕緣式TV，其一次中性點不能接地，而應(yīng)通過高壓電纜與發(fā)電機中性點連接起來。保護裝置的交流接入回路如圖10所示。圖10縱向零序電壓式匝間保護交流接入回路在圖10中：對保護接入專用TV二次電壓的目的是用于TV斷線閉鎖。二邏輯框圖為防止專用TV一次斷線時匝間保護誤動，引入TV斷線閉鎖；另外，為防止區(qū)外故障或其他原因（例如專用TV回路出現(xiàn)問題）產(chǎn)生的縱向零序電壓使保護誤動，通常采用負序功率方向閉鎖元件（也有采用負序功率增量方向元件閉鎖的）。對于微機型保護裝置，負序功率方向判據(jù)應(yīng)采用允許式閉鎖。該保護的邏輯框圖如圖11所示。圖11發(fā)電機縱向零序電壓式匝間保護邏輯框圖在圖中：－縱向零序電壓元件；－負序功率方向元件；－時間元件。對匝間保護引入一個短延時的目的是：在專用TV一次斷線或一次保險抖動時，確?？煽块]鎖保護出口。三專用TV斷線閉鎖元件匝間保護及式定子接地保護TV斷線閉鎖，在TV一次斷線時應(yīng)動作。為防止TV一次斷線時保護誤動，通常采用比較兩組TV二次電壓大小及相位差的原理。國內(nèi)已采用過的反應(yīng)TV一次斷線的TV斷線閉鎖裝置，其構(gòu)成原理有兩種：一種是比較TV二次三相電壓向量和比較式，另一種是電壓平衡原理。1三相電壓向量和比較式反映TV二次三相電壓向量和的比較式TV斷線閉鎖裝置，是按對專用TV及普通TV二次三相電壓的向量和進行絕對值比較的原理構(gòu)成。其動作方程為…………………（9）…………………（10）在式（9）和（10）中：、、－專用TV二次三相電壓；、、－普通TV二次三相電壓。式（9）表示專用TV一次斷線；式（10）表示普通TV一次斷線。正常工況下，TV二次三相平衡，其向量之和近似等于零。當(dāng)專用TV一次某相斷線時V，而普通TV二次。反之，當(dāng)普通TV一次斷線時，，而V。因此，式（9）及式（10）能正確反應(yīng)TV一次斷線。但是，由于專用TV一次中性點不接地，而普通TV一次中性點直接接地，當(dāng)發(fā)電機定子繞組發(fā)生單相接地進，斷線閉鎖元件將誤判普通TV斷線。2電壓平衡式原理電壓平衡式TV斷線閉鎖元件，是按比較兩組TV二次同名相間電壓、及的原理構(gòu)成。其動作邏輯框圖如圖12所示。圖12電壓平衡式TV斷線閉鎖邏輯框圖在圖12中：—差壓整定值；、、—專用TV與普通TV二次同名相間電壓之差；—取、、中的最大者；U2—普通TV二次的負序電壓。由圖12可以看出：若、及三者中任一個大于時，判為TV一次斷線；此時，如果普通TV二次無負序電壓，則判為專用TV斷線，若普通TV二次有負序電壓，則被判為普通TV斷線。專用TV斷線時，閉鎖匝間保護；普通TV斷線時，閉鎖定子接地保護。分析表明：當(dāng)發(fā)電機定子繞組一點接地時，斷線閉鎖裝置不會誤動。四負序功率方向負序功率方向元件的接入電壓為機端普通TV二次三相電壓，接入電流為機端TA二次三相電流。負序功率方向元件的作用，是防止區(qū)外故障及因任何原因使專用TV三次回路異常時匝間保護誤動。為此，其動作方向應(yīng)指向發(fā)電機內(nèi)，當(dāng)發(fā)電機輸出負序功率時，允許保護動作。五定值整定對縱向零序電壓式匝間保護的整定，主要是確定縱向零序電壓元件的動作電壓，斷線閉鎖元件的差壓，負序電壓元件的動作電壓。1動作電壓動作電壓的整定原則是：能可靠躲過正常工況下由于發(fā)電機縱向不對稱及TV一次或三次參數(shù)不一致產(chǎn)生的零序電壓；另外，在定子繞組發(fā)生最少匝間短路時，保護應(yīng)可靠動作。對于定子繞組為單Y連接的發(fā)電機，其整定值可適當(dāng)增大。例如對于上海電機廠生產(chǎn)的125MW雙水內(nèi)冷式汽輪發(fā)電機，可取8V以上；而對于容量為200MW~300MW、定子繞組呈雙Y連接的汽輪發(fā)電機，可取3V左右。2壓差壓差的整定值，應(yīng)確保專用TV一次斷線時，其二次相間電壓與普通TV同名相相間電壓之差等于其2~3倍。多卷式石英沙型TV一次保護熔斷時，因兩斷點之間的距離很近而不能使TV一次電壓完全消失，故該差壓可取6~8V。3負序功率方向元件的動作方向為防止因?qū)Ｓ肨V三次回路異?；蛞淮伪ｋU熔斷不干脆使保護誤動，負序功率方向元件的動作方向應(yīng)指向機內(nèi)。4負序電壓元件的動作電壓負序電壓元件的動作電壓，應(yīng)保證正常工況不誤動，通常取6~8V。五提高動作可靠性措施為確?？v向零序電壓式匝間保護動作可靠性，除增加一動作小延時及設(shè)置負序功率方向元件之外，尚應(yīng)保證專用TV二次及三次回路滿足反措要求。在TV三次回路不應(yīng)設(shè)置保險或隔離刀閘的輔助接點；在TV端子箱TV二次和三次回路嚴(yán)格分開。另外，專用TV一次中性點對地絕緣應(yīng)高（采用全絕緣式TV，一次中性點通過高壓電纜與發(fā)電機中性點聯(lián)接起來），決不允許一次中性點接地。第六節(jié)定子接地保護一發(fā)電機定子單相接地的危害設(shè)發(fā)電機定子繞組為每相單分支且中性點不接地。發(fā)電機定子繞組接線示意圖及機端電壓向量圖如圖13中的（a）、（b）所示。（b）圖13定子繞組接線示意圖及電壓向量圖設(shè)A相定子繞組發(fā)生接地故障，接地點距中性點的電氣距離為（機端接地時＝1）。此時，相當(dāng)于在接地點出現(xiàn)一個零序電壓。由圖13（b）可以看出：A相繞組接地時，使B相及C相對地電壓，由相電壓升高到另一值，當(dāng)機端A相接地時，B、C兩相的對地電壓由相電壓升高到線電壓（升高到倍的相電壓）。另外，發(fā)電機定子繞組及機端連接元件（包括主變低壓側(cè)及廠高變高壓側(cè)）對地有分布電容。零序電壓通過分布電容向故障點供給電流。此時，如果發(fā)電機中性點經(jīng)某一電阻接地，則發(fā)電機零序電壓通過電阻也為接地點供給電流。發(fā)電機定子繞組單相接地的危害是：非接地相對地電壓的升高，將危及對地絕緣，當(dāng)原來絕緣較弱時，可能造成非接地相相繼發(fā)生接地故障，從而造成相間接地短路，損害發(fā)電機；另外，流過接地點的電流具有電弧性質(zhì)，可能燒傷定子鐵芯。如果定子鐵芯燒傷，修復(fù)很困難。分析表明：接地點距發(fā)電機中性點越遠，接地運行對發(fā)電機的危害越大；反之越小。中性點附近時，若不再出現(xiàn)其他部位接地故障，不會危害發(fā)電機。二零序電壓及安全接地電流設(shè)定子A相接地，接地點距中性點的電氣距離為，則機端對地電壓為。接地點的零序電壓…………………（11）由式（11）可以看出，定子單相接地時，發(fā)電機系統(tǒng)的零序電壓與接地點的位置有關(guān)，如圖14所示。圖14零序電壓與接地位置的關(guān)系在圖14中：－發(fā)電機相電壓額定值；－發(fā)電機系統(tǒng)的零序電壓；－接地點距中性點的電氣距離，機端接地時，＝1?？梢钥闯觯航拥攸c距中性點越遠，零序電壓越高。機端接地時零序電壓最大（等于發(fā)電機相電壓）；中性點接地時，零序電壓等于零。接地時的最大電容電流為………………（12）式中：－機端接地時流過接地點的電容電流，單位為安培；－發(fā)電機電壓，單位KV；－發(fā)電機對地容抗，單位法拉。所謂發(fā)電機的安全接地電流，是指長期流過接地點、而不損壞發(fā)電機定子鐵芯的最大電流。對于不同電壓等級及不同容量的發(fā)電機，其安全接地電流不同。發(fā)電機電壓越高及容量越大，其安全接地電流越小。安全接地電流與發(fā)電機電壓及容量的關(guān)系列于下表。發(fā)電機電壓容量安全接地電流備注6.3KV50MW及以下4A10.5KV50~100MW3A13.8~15.75KV125~200MW2A氫冷發(fā)電機2.5A18KV以上300~600MW1A三發(fā)電機三次諧波電勢及機端、中性點三次諧波電壓各種類型發(fā)電機運行時，均會產(chǎn)生三次諧波電勢。在額定工況下，發(fā)電機的三次電壓可能超過其額定電壓的5%。發(fā)電機定子繞組對地有分布電容。因此，在發(fā)電機定子繞組及其對地分布電容構(gòu)成的回路中，將流過三次諧波電流，從而在發(fā)電機端及中性點對地之間產(chǎn)生三次諧波電壓。1發(fā)電機三次諧波電量的等值回路作以假設(shè)：發(fā)電機定子繞組對地的分布電容沿發(fā)電機定子繞組均勻分布，其總電容為；發(fā)電機出線及連接元件（廠高變高壓側(cè)，主變低壓側(cè)）對地總電容為；發(fā)電機的三次諧波電勢為。若將電容分成兩等分，其一置于機端，另一置于中性點，則發(fā)電機三次諧波電流流通的等值回路如圖15所示。圖15三次諧波電量的等級回路在圖15中：－發(fā)電機的三次諧波電勢；－三次諧波電流；－發(fā)電機的對地總分布電容；－發(fā)電機出線及所連元件對地總電容。由圖可以看出：三次諧波電勢通過對地電容產(chǎn)生三次諧波電流，三次諧波電流在機端及中性點對地容抗上產(chǎn)生壓降，從而形成機端三次諧波電壓及中性點三次諧波電壓。還可以看出，由于機端對地電容（+）比中性點對地電容大，故＜。+≈。機端三次諧波電壓的大小可在機端TV開口三角繞組兩端測量；而中性點的三次諧波電壓，可在中性點TV（或消弧線圈或配電變壓器）二次進行測量。2、及的變化規(guī)律理論分析及測量表明，對于大多數(shù)發(fā)電機，其三次諧波電勢(E3)隨基波電勢的增大而增大。在并網(wǎng)之前，機端及中性點的三次諧波電壓隨發(fā)電機電壓升高而升高；在并網(wǎng)之后，對于汽輪發(fā)電機，機端及中性點三次諧波電壓隨有功的增大而增大；而對于水輪發(fā)電機則隨著l無功功率的增大而增大。測量表明，在從發(fā)電機零起升壓到負荷的全過程中，與之間的相位變化不大。3定子接地時接地點位置對及的影響分析表明，發(fā)電機定子繞組發(fā)生接地故障時，對及之間相對大小及相對相位 均有影響。接地點的位置不同，及之比不同。當(dāng)機端接地時，＝0(對地電容為零)，而最大(,的向量和一定)；而中性點接地時，＝0，而最大。及隨接地點的變化規(guī)律如圖16所示。圖16及的大小與接地位置的關(guān)系4機端連接元件的變化對及的影響機端連接元件對及的影響，主要是連接元件對地電容的影響。不同的連接元件，對地電容不同。連接元件對地電容越大，其影響越大。理論分析及測量結(jié)果表明：當(dāng)發(fā)電機斷路器兩側(cè)對地并有電容時，發(fā)電機并網(wǎng)后增大而減小。三發(fā)電機定子接地保護統(tǒng)計表明，在發(fā)電機的各種故障中，定子接地故障占的比例很大。為確保發(fā)電機的安全，當(dāng)出現(xiàn)定子繞組接地故障時，應(yīng)即時發(fā)現(xiàn)并作相應(yīng)的處理。這要靠定子接地保護。規(guī)程規(guī)定，對容量為100MW及以上的發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)100%定子接地保護（即沒有死區(qū)的接地保護）。1定子接地保護的類別定子接地保護的種類很多。其中有零序電壓式，零序電流式，三次諧波電壓式，疊加直流式，疊加交流式，注入式等等。2零序電流式定子接地保護目前，國內(nèi)采用的零序電流式定子接地保護有兩種。一種用于小機組，另一種用于大機組。小機組零序電流式定子接地保護的原理構(gòu)成接線圖如圖17所示。圖17零序電流式定子接地保護構(gòu)成示意圖在圖中：TA－零序TA，套在發(fā)電機三相出線上。由圖可以看出，接地保護實際上由一接在零序TA二次的電流元件及時間元件構(gòu)成。零序TA無變比，靠漏磁使一次零序電流（即電容電流）傳遞至二次的。該保護的優(yōu)點是：構(gòu)成簡單及選擇性強，可以區(qū)分接地點在機內(nèi)還是在機外。其缺點是：由于零序TA尺寸的限制，只能用于小機組。用于大機組零序電流式定子接地保護的原理接線圖如圖18所示。圖18零序電流式定子接地保護構(gòu)成示意圖在圖18中：R－發(fā)電機中性點對地附加電阻，通常為1KΩ；TA－電流互感器。當(dāng)定子繞組接地，有電流流過中性點，電流元件動作，經(jīng)延時作用于出口。該保護的優(yōu)點是：構(gòu)成簡單。其缺點是：有死區(qū)，在中性點附近接地時不動作，不能滿足大機組對接地保護的要求；另外，增加了流過接地點的電流，對發(fā)電機很不利。3疊加式定子接地保護疊加式定子接地保護有兩類，其一是疊加直流式，另一是疊加低頻交流式（例如疊加一12.5Hz的低頻電壓）。疊加式定子接地保護的優(yōu)點是：動作靈敏度高（特別是疊加直流式）及無死區(qū)（100%定子接地保護）。缺點是構(gòu)成復(fù)雜，需要一套外加電源。4零序電壓式定子接地保護零序電壓式定子接地保護的零序電壓，可取自機端TV三次開口電壓，也可取自發(fā)電機中性點TV二次（或消弧線圈或配電變壓器二次）。其動作邏輯框圖如圖19所示。圖19零序電壓式定子接地保護邏輯框圖(零序電壓取自機端三次)在圖19中：＞－零序電壓元件。當(dāng)零序電壓元件＞接于至機端TV三次時，為防止TV一次斷線保護誤動，應(yīng)設(shè)置TV斷線閉鎖。該保護的優(yōu)點是：構(gòu)成簡單，動作可靠，其缺點是有死區(qū)，在從中性點向機內(nèi)10~15%的定子繞組接地時，該保護不動作。四雙頻式100%定子接地保護雙頻式定子接地保護，由兩部分組成。其一是基波零序電壓式接地保護，另一是三次諧波式定子接地保護?；阈螂妷菏浇拥乇Ｗo的保護范圍是：由機端向機內(nèi)85%~90%的定子繞組接地。三次諧波式定子接地保護的保護范圍決定于其構(gòu)成方式，主要用于保護由發(fā)電機中性點向機內(nèi)15~20%左右的定子繞組接地。1交流接入回路雙頻式100%定子接地保護的交流接入回路如圖20所示。圖20雙頻式定子接地保護交流接入回路圖20中：TV1－中性點電壓互感器（或消弧線圈或配電變壓器）；TV2－機端電壓互感器。多數(shù)定子接地保護不引入中性點TV二次電壓，因此，當(dāng)機端TV一次斷線時，保護要誤動，故需設(shè)置專用的TV斷線閉鎖元件。2邏輯框圖（1）定子接地保護的邏輯框圖目前，國內(nèi)應(yīng)用的定子接地保護，根據(jù)接入的零序電壓的取處，其動作邏輯框圖有三種形式。圖19所示的邏輯框圖為零序電壓取自機端三次的構(gòu)成形式。當(dāng)零序電壓取自中性點TV（或消弧線圈或配電變壓器）二次時，不需設(shè)置TV一次斷線閉鎖，故其邏輯框圖為圖21所示。圖21零序電壓式定子接地保護邏輯框圖（電壓取自中性點TV或消弧線圈二次）第三種形式保護的邏輯框圖如圖22所示。圖22零序電壓式定子接地保護邏輯框圖在圖22中：＞－零序電壓取自機端的電壓元件；＞－零序電壓取自發(fā)電機中性點的電壓元件。圖22所示的零序電壓式定子接地保護，不需要設(shè)置TV斷線閉鎖，其動作可靠性高。（2）定子接地保護的邏輯框圖目前，國內(nèi)生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的定子接地保護的構(gòu)成方式有兩種：其一是幅值比較式，另一是幅值相位比較式。A、動作方程所謂幅值比較式，是比較中性點三次諧波電壓與機端三次諧波電壓的幅值。其動作方程為………………（13）式（13）中：－調(diào)平衡系數(shù)；－制動系數(shù)；－浮動門坎電壓；－機端三次諧波電壓；－中性點三次諧波電壓。幅值相位比較式，是同時比較中性點三次諧波電壓與機端三次諧波電壓的大小及相位。其動作方程為………………（14）式（14）中：、－幅值、相位平衡系數(shù)；－制動系數(shù)；其他符號的物理意義同式（13）。B、邏輯框圖三次諧波電壓式定子接地保護的邏輯框圖，如圖15所示。圖23定子接地保護邏輯框圖（3）定值的整定A、零序電壓式定子接地保護的整定對零序電壓式定子接地保護的整定：是確定電壓元件的動作電壓及時間元件的動作時間。電壓元件動作電壓整定原則：當(dāng)保護裝置中有性能良好的三次諧波濾過器時，應(yīng)按躲過正常工況下TV開口或中性點TV二次可能出現(xiàn)的最大基波零序電壓來整定?！?5）式中：－零序電壓元件動作電壓；－可靠系數(shù)，取1.5~2；－正常運行發(fā)電機出現(xiàn)的最大橫向電壓。影響的因素很多，主要有發(fā)電機三相電壓系統(tǒng)對地不平衡，機端TV三相參數(shù)不一致，TV三相負載不均等。發(fā)電機定子引出線不是封閉母線時，可取10~13V；當(dāng)發(fā)電機母線為封閉時，可取8~10V。當(dāng)主變高壓側(cè)發(fā)生接地短路故障時，高壓側(cè)的零序電壓可通過變壓器兩側(cè)的耦合電容傳遞至發(fā)電機系統(tǒng)。當(dāng)定子接地保護不引入高壓側(cè)零序電壓作為制動量時，其動作延時t，應(yīng)按與主變高壓側(cè)接地故障保護的后備段相配合………………（16）式中：－定子接地保護動作延時；－主變高壓側(cè)零序保護后備段最長動作時間；－時間級差，一般取0.3~0.5S。B、定子接地保護的整定幅值、相位平衡系數(shù)、應(yīng)在發(fā)電機空載額定電壓下或小負荷工況下調(diào)平衡整定。而制動系數(shù)的確定應(yīng)按下述原則進行：水輪發(fā)電機取0.2左右；汽輪發(fā)電機可取0.6~0.8。五提高雙頻式定子接地保護動作可靠性措施雙頻式定子接地保護，可以有效保護發(fā)電機定子繞組上任一點的接地故障，當(dāng)發(fā)電機機端連接元件對地絕緣降低或接地時亦能反應(yīng)。如果發(fā)電機引出線及所連元件露天安置時，雨天（特別是污塵嚴(yán)重地區(qū)）保護可能誤動。此時，為提高保護的動作可靠性，在計算其整定值時，不宜整定得過于靈敏。三次諧波電勢、中性點及機端三次諧波電壓的大小和相位關(guān)系，與發(fā)電機類型、結(jié)構(gòu)、運行方式均有關(guān)。因此，應(yīng)在發(fā)電機運行工況下對定子接地保護進行調(diào)整及整定（最好在空載額定電壓下或小負荷時進行整定及調(diào)整）。保護的輸入回路應(yīng)滿足反措要求：機端TV三次回路中不應(yīng)設(shè)置保險或隔離刀閘的輔助接點；TV三次回路與二次回路應(yīng)在TV端子箱處分開，不應(yīng)有公共回路；中性點TV（消弧線圈或配電變壓器）二次不應(yīng)設(shè)置保險及其他輔助接點，其二次回路中只能有一個接地點，且接地點在保護盤上；中性點TV一次不應(yīng)裝保險；機端TV三次回路不允許有多點接地現(xiàn)象。當(dāng)定子接地保護采用幅值相位比較式時，機端TV一次中性點及發(fā)電機中性點TV（或消弧線圈或配電站）一次應(yīng)可靠接地，機端TV一次中性點不允許經(jīng)消諧器接地。當(dāng)發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈或單相TV接地時，如果其一、二次之間的變比等于KV時，整定的幅值、相位比較式保護，其在0.9~1.1之間，一般小于0.1。不應(yīng)大于1。對于發(fā)電機出口斷路器兩側(cè)并有接地電容、或發(fā)電機電壓系統(tǒng)有電纜出線、或擴大單元接線（兩臺機公用一臺變壓器）時，宜設(shè)置兩套保護，分別在不同工況下投入運行。為防止機端TV一次保險保險熔斷特性不良致使定子接地保護誤動，保護的引入電壓可取中性點TV或消弧線圈或配電變壓器的二次，亦可取機端元件與中性點元件組成的“與門”作為定子接地保護（其邏輯回路如圖22所示）。應(yīng)當(dāng)指出的是：如果采用接入中性點TV二次（或消弧線圈或配電變壓器二次）電壓的接地保護，在整定動作電壓時，應(yīng)注意TV的變比。只有在其變比為KV時，其動作電壓定值與接入機端時機同。當(dāng)廠高變低壓側(cè)的中性點（低壓繞組接成Y型）經(jīng)小電阻接地時，發(fā)電機接地保護定值的整定，尚應(yīng)考慮與廠高變低壓側(cè)的接地保護相配合。為確保定子接地保護回路正確、定值整定無誤，在機組啟動時應(yīng)作機端及中性點的真機接地試驗。第七節(jié)發(fā)電機失磁保護一并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角特性設(shè)所研究的發(fā)電機通過主變及輸電線路與無窮大系統(tǒng)連接，如圖23所示。圖23并網(wǎng)發(fā)電機系統(tǒng)圖發(fā)電機向系統(tǒng)送出有功及無功。發(fā)電機的同步電抗為、變壓器的電抗為，則圖23的等值網(wǎng)路，如圖24所示。圖24并網(wǎng)運行發(fā)電機的等值網(wǎng)路在圖23及圖24中：－發(fā)電機電勢；－發(fā)電機與系統(tǒng)聯(lián)接的等值阻抗，其中為發(fā)電機的同步電抗，分別為主變及線路的電抗值；P－發(fā)電機發(fā)出的有功功率；Q－發(fā)電機向系統(tǒng)送出的無功功率；－發(fā)電機電流；－無窮大系統(tǒng)的等效電壓。根據(jù)圖24可以劃出并網(wǎng)發(fā)電機電勢與無窮大系統(tǒng)電壓的向量關(guān)系圖，如圖25所示。why??圖25并網(wǎng)發(fā)電機電勢與無窮大系統(tǒng)電壓向量關(guān)系圖在圖25中：－發(fā)電機機端電壓；－功率因數(shù)角；－發(fā)電機電勢與無窮大系統(tǒng)電壓之間的夾角；其他符號的物理意義同圖24。在圖25中，通常將角稱之為功角。由圖25可得出………………（17）將式（17）兩邊同乘一個，便得到………………（18）式（18）中：P－發(fā)電機發(fā)出的有功功率；其他符號的物理意義，同圖25。式（18）為并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角方程。忽略發(fā)電機的損耗，則根據(jù)式（18）劃出并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角特性，如圖26所示。圖26并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角特性在圖26中：Pm－功率極限，；（/相當(dāng)于電流,）－原動機輸出功率；－發(fā)電機向系統(tǒng)送出的功率；－發(fā)電機運行功角；其他符號的物理意義同圖25。發(fā)電機的功角特性為半個周期的正弦曲線。當(dāng)時達到功率極限。二并網(wǎng)運行發(fā)電機失磁后的物理過程1發(fā)電機失磁的原因正常運行發(fā)電機發(fā)生失磁故障的原因很多，主要有：滅磁開關(guān)（MK或LMK）誤跳，轉(zhuǎn)子回路短路，勵磁電源故障及勵磁調(diào)節(jié)器異常等。2從失磁到失步發(fā)電機正常運行時，由勵磁系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)子電流，產(chǎn)生直流磁場。發(fā)電機以同步速旋轉(zhuǎn)，直流磁場成為旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場切割定子繞組，在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，向系統(tǒng)送出電流。設(shè)原動機對發(fā)電機輸入的有功功率為，它與功角特性的交點便是發(fā)電機向系統(tǒng)送出的電磁功率，其所對應(yīng)的功角為。發(fā)電機穩(wěn)定運行。發(fā)電機失磁后，發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流及氣隙磁通按指數(shù)衰減，發(fā)電機電勢也按指數(shù)減少，功角特性曲線逐漸降低，如圖27所示，功角特性由曲線eq\o\ac(○,1)向eq\o\ac(○,2)、eq\o\ac(○,3)、eq\o\ac(○,4)……變化。圖27發(fā)電機失磁后功角特性的變化此時，由于原動機輸入的功率未變，發(fā)電機的功角必須增大，以滿足其輸入－輸出功率平衡。因此，當(dāng)功角曲線向低變化時，功角必須逐步增大（由增大至……），才能滿足發(fā)電機輸入與輸出功率之間的平衡。上述變化一直持續(xù)到。由圖27可以看出，當(dāng)功角增大到之后，功角的增大反而使電磁功率減少，發(fā)電機輸入功率大于輸出功率，轉(zhuǎn)子加速運行，很快使功角達到，此后，發(fā)電機便轉(zhuǎn)入失步運行。3發(fā)電機失步運行發(fā)電機失步之后，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于同步速，與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間形成滑差S。定子旋轉(zhuǎn)磁場將切割轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，渦流磁場產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機發(fā)出異步功率。發(fā)電機失步運行時，輸出的異步功率與轉(zhuǎn)差的關(guān)系如圖28所示。圖28發(fā)電機異步功率隨轉(zhuǎn)差S的變化在圖28中：－發(fā)電機的異步功率；－發(fā)電機輸入功率；S－發(fā)電機的轉(zhuǎn)差；曲線eq\o\ac(○,1)－汽輪發(fā)電機曲線；曲線eq\o\ac(○,2)－水輪發(fā)電機曲線。發(fā)電機失磁失步之后，發(fā)電機加速運行，轉(zhuǎn)速升高。調(diào)速器開始作用，使原動機的輸出功率降低（即由圖中的A點降到B點）；另外，由于發(fā)電機滑差的增大，其異步轉(zhuǎn)矩急劇增大，當(dāng)異步轉(zhuǎn)矩達到B點之后，發(fā)電機的輸入與輸出達到了平衡，所對應(yīng)的滑差為。發(fā)電機穩(wěn)定異步運行。但是，由于發(fā)電機有剩磁，剩磁產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩。又由于失步運行發(fā)電機的同步功率忽而正、忽而為負，其平均值等于零，因此，同步功率的存在使發(fā)電機的所有電量（有功、無功、電壓及電流）呈周期性的擺動，運行轉(zhuǎn)差也忽大忽小。三并網(wǎng)運行汽輪發(fā)電機失磁后各電量的變化并網(wǎng)運行的汽輪發(fā)電機，失磁失步運行時，定子電流、定子電壓、有功、無功及轉(zhuǎn)子電流均按一定的規(guī)律變化。1有功功率有功功率基本不變（略有減少）。發(fā)電機從失磁到功角為時，靠功角的不斷增大，使發(fā)電機的有功功率維持不變；發(fā)電機失步運行時，發(fā)出異步功率維持發(fā)電機輸入、輸出功率平衡。調(diào)速器的作用使有功略有減小。2無功功率由圖25可得到………………（19）將式（19）兩邊同乘以，便得到得到………………（20）在式（20）中：Q－發(fā)電機輸出的無功功率；－無窮大母線電壓；－發(fā)電機電勢；－發(fā)電機電勢與無窮大母線之間的聯(lián)系電抗；－功角。由式（20）繪得的發(fā)電機輸出無功隨功角變化曲線如圖29所示。圖29發(fā)電機無功隨功角變化的曲線由圖29可以看出，發(fā)電機失磁后，無功很快（在之前）減小到零，然后向負變化到較大值，失步后，按照滑差周期有規(guī)律的擺動。理論分析表明：失磁發(fā)電機維持的有功越大及滑差越大，失磁后從系統(tǒng)吸收的無功越大。3定子電流定子電流，。發(fā)電機失磁后，有功功率基本不變，而無功先減小到零，故定子電流先減少到某一值，此后，由于發(fā)電機吸無功量增大及定子電壓降低，定子電流增大。發(fā)電機失步后，定子電流作周期性的擺動。發(fā)電機失磁失步運行時，維持的有功功率越大，定子電流越大；滑差越大，定子電流越大。失磁運行汽輪發(fā)電機定子電流與發(fā)電機維持的有功P及滑差S的關(guān)系曲線如圖30所示。圖30汽輪發(fā)電機無勵磁運行定子電流隨有功及滑差S變化曲線由圖30可以看出：發(fā)電機維持的有功越大，定子電流越大；失步后滑差越大，定子電流越大。當(dāng)有功功率小于0.4Pe時，發(fā)電機定子電流不會超過額定值，但當(dāng)有功功率接近額定功率時，定子電流可達到2.6~2.8倍的額定電流。4定子電壓發(fā)電機失磁后，定子電壓降低。原因是此時的機端電壓等于系統(tǒng)電壓減去系統(tǒng)聯(lián)系電抗上的電壓降(電流增大)。定子電壓下降到某一值之后，按滑差周期有規(guī)律地擺動。發(fā)電機無勵磁運行時維持的有功越大，定子電壓降低得越多。5機端測量阻抗發(fā)電機在不同的工況下，其機端測量阻抗的規(guī)跡不同。（1）等有功阻抗園正常運行時，若維持發(fā)電機的有功不變，無功變化時機端測量阻抗的軌跡為阻抗復(fù)平面上的一個園。將該園稱之為等有功阻抗園，如圖31上曲線eq\o\ac(○,1)所示。圖31汽輪發(fā)電機機端阻抗測量軌跡在圖31中：－發(fā)電機與系統(tǒng)聯(lián)系的等值電抗；－發(fā)電機同步電抗；－發(fā)電機暫態(tài)電抗。由圖31可以看出，對于同步發(fā)電機，等有功阻抗園(與X軸相切)位于阻抗復(fù)平面上的第I象限與第VI象限上，其園心坐標(biāo)及半徑分別為………………（21）在式（21）中：－無窮大系統(tǒng)電壓；P－發(fā)電機維持的有功；－系統(tǒng)等值阻抗；－等有功阻抗園半徑。由式（21）及圖31可知：發(fā)電機維持的有功越大，等有功阻抗園的半徑越小，與系統(tǒng)聯(lián)系電抗越大，等有功阻抗園向正方向移動的距離越大。（2）靜穩(wěn)極限阻抗園在不同工況下，若維持發(fā)電機功角等于900，則機端測量阻抗的軌跡為阻抗復(fù)平面上的一個園，如圖31中的曲線eq\o\ac(○,2)所示。將該阻抗園稱之靜穩(wěn)極限阻抗園。可以看出靜穩(wěn)極限阻抗園，通過阻抗復(fù)平面上的及兩點，其園心坐標(biāo)及半徑分別為………………（22）在式（22）中：－靜穩(wěn)極限阻抗園的半徑；(圓心縱軸坐標(biāo)應(yīng)該加負號)其他符號的物理意義同圖31。（3）異步邊界阻抗園發(fā)電機或同步調(diào)相機失磁失步后，機端測量阻抗的軌跡必然進入一個園內(nèi)，將該園稱之為異步邊界阻抗園，如圖31中的曲線3所示。該園通過阻抗復(fù)平面上的及兩點，其園心坐標(biāo)及半徑分別為………………（23）在式（23）中：－異步邊界阻抗園的半徑；其他符號的物理意義同圖31。6發(fā)電機失磁后機端測量阻抗的軌跡發(fā)電機失磁后，由于有功功率維持不變而無功功率由送出向吸收變化，故機端測量阻抗一定沿著等有功阻抗園由第1象限向第4象限變化；發(fā)電機失步后便進入異步阻抗園內(nèi)。另外，由于發(fā)電機有剩磁或發(fā)電機部分失磁時，在失磁失步運行時，發(fā)電機除發(fā)出異步功率之外，尚有正、負變化的同步功率，從而使機端的測量阻抗不平斷的變化（忽大，忽?。?。在某些工況下可能忽而進入阻抗園內(nèi)，忽而又跑至園外。四發(fā)電機失磁運行的危害理論分析及運行實踐證明，發(fā)電機失磁失步運行，對電力系統(tǒng)、相鄰機組、機組本身及廠用電系統(tǒng)均可能造成危害。1對電力系統(tǒng)的危害發(fā)電機失磁之后，從向系統(tǒng)送出無功變成從系統(tǒng)吸收無功。發(fā)電機維持的有功越大，失磁運行時從系統(tǒng)吸收的無功越多。大機組帶大有功失磁運行時，將從系統(tǒng)吸收的無功很多。如果系統(tǒng)無功貯備不足，大機組的失磁運行可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2對相鄰機組的危害發(fā)電機失磁運行（特別是大機組失磁運行），從系統(tǒng)吸收無功。造成的無功缺額要由其他機組（特別是相鄰機組）補充，可能使相鄰機組過負荷或過電流。3對廠用系統(tǒng)的影響發(fā)電機失磁后，機端電壓降低，廠用電壓降低，電動機惰轉(zhuǎn)，電動機電流增大，進而引起廠用電壓更低，電動機電流更大……，惡性循環(huán)下去，可能使廠用系統(tǒng)瓦解。4對發(fā)電機組本身發(fā)電機失磁運行對機組本身的危害是：定子過電流，轉(zhuǎn)子過熱。失磁發(fā)電機的過電流倍數(shù)，與發(fā)電機維持的有功有關(guān)，與失步后發(fā)電機的轉(zhuǎn)差S有關(guān)。當(dāng)發(fā)電機維持滿載運行時，最大過電流倍數(shù)將達額定電流的2.6~2.8。發(fā)電機失磁失步運行時，轉(zhuǎn)子過熱值可按下式計算，即K＝SP………………（24）在式（24）中：K－熱值；S－滑差；P－有功功率。由式（24）可以看出，失磁發(fā)電機維持的有功越大及滑差越大，轉(zhuǎn)子過熱程度越大?？傊?，發(fā)電機失磁運行的危害，主要由三個因數(shù)決定，即發(fā)電機有功功率、發(fā)電機的類型及系統(tǒng)中的無功貯備。對于汽輪發(fā)電機，當(dāng)失磁后維持的有功較?。ㄐ∮陬~定功率的40%），短時（例如30分鐘）失磁運行對發(fā)電機無危害；當(dāng)系統(tǒng)無功貯備很多時，發(fā)電機失磁運行對系統(tǒng)并無多大的危害。水輪發(fā)電機不允許失磁運行。主要原因有二。其一是其異步轉(zhuǎn)矩小，失磁之后滑差很大，對發(fā)電機的危害很大；其二是機組振動大，危及發(fā)電機組本體。發(fā)電機部分失磁失步運行，對發(fā)電機及系統(tǒng)的影響比完全失磁失步運行大。主要原因是：部分失磁失步運行時，正、負交變的同步功率很大，使發(fā)電機電流、電壓及功率波動范圍大，不利于重新拖入同步運行。五失磁保護1對失磁保護的要求前已述及，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。另外，在對發(fā)電機及系統(tǒng)無損害的情況，汽輪發(fā)電機可以維持一定功率（例如0.4倍的發(fā)電機額定功率）無勵磁運行30分鐘左右，這對發(fā)電廠及系統(tǒng)的經(jīng)濟運行很有利。根據(jù)上述情況對失磁保護提出以下要求、需有快速、可靠的失磁檢測元件，當(dāng)發(fā)電機失磁后能快速檢查出失磁；具有失磁危害判別元件，以判斷發(fā)電機失磁運行對系統(tǒng)對機組的影響；具有自動處理功能，能根據(jù)失磁運行的危害程度自動選擇出口方式，例如作用于減有功、切廠用、或作用于跳滅磁開關(guān)或切除失磁機組；躲系統(tǒng)不正常運行（例如故障）的能力強。2失磁檢測元件分析表明，能夠檢測發(fā)電機失磁運行的元件有：轉(zhuǎn)子欠電流元件，轉(zhuǎn)子低電壓元件，異步阻抗元件及逆無功+過電流元件等。（1）轉(zhuǎn)子欠電流元件因滅磁開關(guān)誤跳，勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障及轉(zhuǎn)子回路開路等引起的發(fā)電機失磁的主要特點是轉(zhuǎn)子電流呈指數(shù)規(guī)律衰減。因此，用轉(zhuǎn)子欠電流元件可以反映發(fā)電機失磁。但是，由于運行時轉(zhuǎn)子電流變化范圍很大（例如，由空載的100A到滿載的1500A），確定整定值極為困難，因此，在大機組失磁保護中不能采用。（2）轉(zhuǎn)子低電壓元件用轉(zhuǎn)子低電壓元件可以反映發(fā)電機失磁，但是，當(dāng)轉(zhuǎn)子電壓低時不一定是失磁故障。另外，與轉(zhuǎn)子電流一樣，發(fā)電機運行時，轉(zhuǎn)子電壓變化范圍很大，無法確定合理的整定值。因此，不能單獨由轉(zhuǎn)子電壓元件來檢測發(fā)電機失磁。（3）異步邊界阻抗元件發(fā)電機失磁失步之后，機端測量阻抗的軌跡將位于異步邊界阻抗園內(nèi)。因此，用異步邊界阻抗元件可以檢查發(fā)電機失磁運行。（4）逆無功+過流元件發(fā)電機失磁及勵磁降低到不允許程度的唯一標(biāo)志是逆無功及過流同時出現(xiàn)。并網(wǎng)運行發(fā)電機失磁之后，無功很快進相（功角在900之前便進相），此時，若發(fā)電機維持的有功較大，定子過電流。因此，由無功方向元件與定子過負荷元件構(gòu)成的檢測元件，能較好地檢測發(fā)電機不允許失磁運行。3危害判別元件（1）危害系統(tǒng)的判別元件目前，國內(nèi)外廣泛采用的發(fā)電機失磁運行對系統(tǒng)危害的判別元件，是系統(tǒng)低電壓元件。低電壓元件的接入電壓通常取發(fā)電廠高壓母線電壓。（2）危及廠用系統(tǒng)的判別元件發(fā)電機正常運行時，該機組的廠用電源由發(fā)電機供給，因此，通常采用機端低電壓元件，作為發(fā)電機失磁運行時對廠用電危害的判別元件。（3）危害機組的判別元件前已述及，發(fā)電機失磁運行對機組的主要危害是轉(zhuǎn)子過熱及定子過流。失磁運行發(fā)電機維持的有功越大，轉(zhuǎn)子過熱越嚴(yán)重，定子過流倍數(shù)越大。因此，用功率元件可以間接判別失磁運行對機組本般的危害。另外，失磁的發(fā)電機滑差越大，轉(zhuǎn)子過熱越嚴(yán)重，定子過流倍數(shù)越大?？梢杂苫钤鳛閷C組危害的判別元件。4躲系統(tǒng)異常運行元件系統(tǒng)異常運行方式主要有：系統(tǒng)振蕩、系統(tǒng)故障。在失磁保護中，采用一定的出口延時，可躲過系統(tǒng)振蕩；采用負序電壓元件可躲系統(tǒng)故障及故障切除后系統(tǒng)振蕩對失磁保護的影響。另外，對阻抗型失磁保護，還應(yīng)有TV斷線閉鎖元件。5阻抗型失磁保護目前，在國內(nèi)，由于設(shè)計規(guī)程的“幫助”（不適當(dāng)?shù)母缮妫?，阻抗型失磁保護特別由低阻抗元件及轉(zhuǎn)子低電壓元件構(gòu)成的失磁保護應(yīng)用較多。（1）構(gòu)成框圖由低阻抗元件及轉(zhuǎn)子低電壓元件構(gòu)成的失磁保護的邏輯框圖如圖32所示。圖32阻抗型失磁保護邏輯框圖在圖32中：－低阻抗元件；－系統(tǒng)低電壓元件；－轉(zhuǎn)子低電壓元件；－發(fā)電機低電壓元件；、－時間元件。由圖可以看出：當(dāng)?shù)妥杩乖稗D(zhuǎn)子低電壓元件同時動作時，即判斷出發(fā)電機失磁。發(fā)電機失磁后，機端低電壓元件必定動作，經(jīng)延時作用于切換廠用電。如果發(fā)電機失磁后系統(tǒng)低電壓元件也動作，則經(jīng)過延時作用于切除發(fā)電機。當(dāng)機端TV斷線時，將失磁保護閉鎖。（2）低阻抗元件低阻抗元件的動作特性，為阻抗復(fù)平面上的一個園。根據(jù)現(xiàn)場要求，該園可以整定成靜穩(wěn)邊界園，異步邊界園或過坐標(biāo)原點的下拋園。如圖33所示。圖33阻抗元件動作特性在圖33中：曲線1－靜穩(wěn)邊界阻抗園；曲線2－過坐標(biāo)原點下拋阻抗園；曲線3－異步邊界阻抗園；－系統(tǒng)等值電抗；－發(fā)電機的暫態(tài)電抗；－發(fā)電機的同步電抗。園內(nèi)為低阻抗元件的動作區(qū)。（3）轉(zhuǎn)子低電壓元件（I）動作方程目前，國內(nèi)采用較多的轉(zhuǎn)子低電壓元件的動作特性，其動作判據(jù)是維持發(fā)電機功角時轉(zhuǎn)子電壓的變化曲線。通常該曲線取與發(fā)電機有功功率有關(guān)的I段折線式或II段折線式曲線。其動作方程為………………（25）式中：－轉(zhuǎn)子電壓；－轉(zhuǎn)子低電壓元件的最小動作電壓，一般低于發(fā)電機空載時轉(zhuǎn)子電壓；P－發(fā)電機的有功；－發(fā)電機的反應(yīng)功率，又稱為凸極功率；對于汽輪發(fā)電機，等于零，而對于水輪發(fā)電機，（－交軸同步電抗，－發(fā)電機的視在功率）；－特性曲線斜率，（－含系統(tǒng)電抗的發(fā)電機同步電抗標(biāo)么值，－發(fā)電機空載轉(zhuǎn)子電壓；）（II）動作特性根據(jù)式（25）繪制出的轉(zhuǎn)子電壓元件的動作特性如圖34所示。圖34轉(zhuǎn)子電壓元件的動作特性在圖34中：曲線1－汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓元件的動作特性；曲線2－水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓元件的動作特性；其他符號的物理意義同式（25）。應(yīng)當(dāng)指出，式（25）第二項中的是按照并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角等于（即靜穩(wěn)極限）的條件下導(dǎo)出的，故轉(zhuǎn)子電壓元件的動作電壓，隨有功功率的增大而增大。6逆無功+過流型失磁保護（1）構(gòu)成原理在該型保護中檢測發(fā)電機失磁運行的主判據(jù)為逆無功（－Q）和定子過電流（）。失磁運行的危害判據(jù)有系統(tǒng)低電壓（）和機端低電壓（），用于判斷失磁對系統(tǒng)及廠用電的影響。另外，為衡量失磁運行對機組的危害程度，采用有功功率判據(jù)（）。該型保護的輸入量有：機端三相電壓、發(fā)電機三相電流及主變高壓側(cè)三相電壓（或某一相間電壓）。采用負序電壓元件來躲過系統(tǒng)故障及故障切除后系統(tǒng)振蕩對保護的影響。（2）邏輯框圖在DGT801系列保護裝置中，逆功率+過電流型失磁保護的邏輯框圖如圖35所示。圖35逆無功原理失磁保護邏輯框圖在圖35中：、－分別為定子過負荷元件和定子過電流元件；－負序電壓元件。發(fā)電機失磁后，無功倒流，定子過流。此時，逆無功元件、定子過負荷元件、定子過電流元件動作。由圖35可以看出：逆無功元件及過負荷元件（I1）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。發(fā)電機失磁后，若逆無功元件、過電流元件(I2)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。若發(fā)電機失磁運行危及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，此時，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(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，短時會出現(xiàn)負序電壓，負序電壓元件動作，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)短時振蕩時保護不會誤動。在裝置發(fā)出減有功命令的同時，對“或門”返送出一個信號，防止發(fā)電機失步后，由于電流波動幅度過大，致使減有功元件不斷返回，影響減載速度及效果。7定值的整定（1）對阻抗型失磁保護的整定對阻抗失磁保護的整定，主要是確定低阻抗元件，系統(tǒng)低電壓元件、機端低電壓元件、轉(zhuǎn)子低電壓元件及時間元件的整定值。（I）低阻抗元件當(dāng)按靜穩(wěn)阻抗園來整定時，其園主坐標(biāo)及園半徑，應(yīng)按式（22）計算，當(dāng)異步邊界園來整定時，其園心坐標(biāo)就為縱坐標(biāo)：橫坐標(biāo)：0園半徑：當(dāng)按過園點的下拋園進行整定時，其園心坐標(biāo)為，園半徑。（II）系統(tǒng)低電壓元件按發(fā)電機失磁運行不破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性整定取值，通常＝85~90V（III）機端低電壓元件機端低電壓元件的動作值，應(yīng)按照以下條件來整定：躲過發(fā)電機強行勵磁啟動電壓及不破壞廠用電系統(tǒng)的安全，一般＝80V（IV）動作延時當(dāng)?shù)妥杩乖挫o穩(wěn)邊界園來整定時，保護出口動作延時可取1.5S；當(dāng)?shù)妥杩乖蚕聮佔杩箞@來整定時，各組動作延時，不應(yīng)超過1S。（V）轉(zhuǎn)子低電壓元件；特性曲線斜率：。（2）對逆無功+過電流型失磁保護的整定（I）系統(tǒng)低電壓及機端低電壓的整定原則及取值同阻抗型失磁保護。（II）逆無功元件按發(fā)電機額定無功功率的5%~10%來整定?！?6）式中：－逆無功元件的動作功率；－發(fā)電機的額定無功功率。（III）過電流元件低定值（即過負荷元件）過電流元件的低定值，可取：………………（27）式中：－過電流元件低定值；－發(fā)電機額定電流。（IV）過電流元件高定值過電流元件高定值，可取………………（28）式中：－過電流元件高定值；－發(fā)電機額定電流。（V）有功元件按照發(fā)電機允許無勵磁運行條件來整定，可取………………（29）式中：－功率元件的動作功率整定值；－發(fā)電機額定功率。（VI）負序電壓元件動作電壓為提高保護躲過不正常運行方式的能力，可按照發(fā)電廠高壓母線出線末端兩相短路時，機端出現(xiàn)的最小負序電壓來整定。通常，取式中：－負序電壓元件動作電壓整定值。（VII）時間元件（A）動作延時、、保護減載延時，切換廠用電延時及切機延時均?。?.7~0.8）S。（B）動作延時為使保護能可靠躲過系統(tǒng)故障切除后的振蕩過程，可取6~8S。8阻抗型失磁保護存在的問題運行實踐表明，阻抗型失磁保護存在一些問題。（1）阻抗元件按靜穩(wěn)邊界整定時當(dāng)阻抗元件按靜邊界的條件整定時，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(dāng)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。此外，在失磁保護中采用轉(zhuǎn)子低電壓元件存在以下問題：無刷勵磁的發(fā)電機無法取得轉(zhuǎn)子電壓；現(xiàn)代的勵磁系統(tǒng)中均采用可控硅流，勵磁電流中的高次諧波分量很大，特別是大型發(fā)電機，勵磁電壓（轉(zhuǎn)子電壓）中的高次諧波分量很大，有的高達1~2KV。這么高的電壓引到保護裝置中，對裝置的安全運行威脅很大。（2）阻抗元件按異步邊界整定時阻抗元件按異步邊界整定，若失磁發(fā)電機維持的有功較大(阻抗圓半徑小)且與系統(tǒng)的聯(lián)系電抗也較大（遠離縱軸）時，則等有阻抗園距異步邊界園較遠，可能兩者無交點或相交部分很小。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園內(nèi)；而發(fā)電機失步之后，雖機端測量軌跡能進入園內(nèi)，但由于同步功率的存在，機端測量阻抗在不斷的變化，特別是發(fā)電機維持有功很大及部分失磁或剩磁很大時，使機端測量阻抗變化很大，其忽而進入園內(nèi)，忽而又跑出園外，又由于失磁保護動作有延時，故有拒動的可能性。在發(fā)電機維持很小有功失磁運行時，由于等有阻抗園很大，失磁保護將很快動作。特別是發(fā)電機空載失磁，機端測量阻抗軌跡直接沿縱軸向下進入異步阻抗園內(nèi)，動作更快。前已述及，發(fā)電機失磁運行時，維持的有功越大，對發(fā)電機及系統(tǒng)的危害越大；發(fā)電機維持較小的有功或空載失磁運行，則對機組及系統(tǒng)沒有什么危害?？梢钥闯?，上述失磁保護難以滿足保護發(fā)電機及系統(tǒng)的要求，同時，還可造成不必要的切除發(fā)電機。9提高失磁保護動作可靠性問題前已述及，失磁保護既是發(fā)電機組的保護，又是系統(tǒng)保護，其構(gòu)成方式及類別多，受系統(tǒng)條件及其他不正常運行方式的影響大。運行實踐表明，該保護的“合理”正確動作率較低。運行實踐及分析表明，根據(jù)系統(tǒng)及機組實際情況，正確選擇失磁保護的構(gòu)成邏輯及根據(jù)失磁危害程度選擇適宜的出口方式，是提高失磁保護“合理”正確動作率及確保機組安全經(jīng)濟運行的條件。另外，尚應(yīng)合理地選擇保護的動作時間。（1）不宜采用只由系統(tǒng)低電壓及轉(zhuǎn)子低電壓兩個元件構(gòu)成的失磁保護某些電廠，為簡化失磁保護的構(gòu)成，采用只由系統(tǒng)低電壓及轉(zhuǎn)子低電壓兩個元件構(gòu)成的失磁保護。保護的邏輯框圖如圖36所示。圖36失磁保護邏輯框圖在圖36中：－系統(tǒng)低電壓元件；－轉(zhuǎn)子低電壓元件。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，超高壓輸電線越來越多，發(fā)電機組數(shù)量越來越多，系統(tǒng)的容量及無功貯備越來越大。對某發(fā)電廠的計算及真機失磁測試表明，一臺300MW發(fā)電機失磁運行其高壓母線電壓降低不多，系統(tǒng)低電壓元件不會動作，按圖36構(gòu)成的失磁保護將拒絕動作。轉(zhuǎn)子低電壓元件的動作電壓，是按靜穩(wěn)極限整定的，系統(tǒng)靜穩(wěn)破壞時容易誤動。此時，若系統(tǒng)再受沖擊使高壓母線電壓降低時，由于元件動作致使保護誤動。此外，轉(zhuǎn)子電壓回路容易出問題。運行實踐表明，由于轉(zhuǎn)子低電壓元件誤動，致使失磁保護誤動的次數(shù)不少。（2）大型汽輪發(fā)電機失磁保護應(yīng)有多路出口對于大型汽輪發(fā)電機，維持較小的有功無勵運行一定的時間是允許的。這樣可以減少因失磁造成切機機率，對發(fā)電廠的經(jīng)濟運行及系統(tǒng)的安全是有利的。為使發(fā)電機失磁運行的危害很小或者無危害，在系統(tǒng)允許的情況下發(fā)電機失磁后應(yīng)首先作用于減有功及切換廠用電。在很短時間內(nèi)將發(fā)電機的有功功率減少到50%的額定有功功率之下，并保證廠用系統(tǒng)的安全。為使失磁運行的發(fā)電機各電量的擺幅不大及有利于重新拖入同步，發(fā)電機失磁運行時，應(yīng)跳開滅磁開關(guān)。另外，跳開發(fā)電機的滅磁開關(guān)的利處還有：當(dāng)因轉(zhuǎn)子或勵磁系統(tǒng)短路造成發(fā)電機失磁時，也有利于保護勵磁設(shè)備及發(fā)電機轉(zhuǎn)子的安全。（3）慎重采用系統(tǒng)低電壓元件閉鎖失磁保護出口的方式當(dāng)失磁保護沒有設(shè)置減小發(fā)電機有功的出口方式，或發(fā)電機組無法實現(xiàn)保護減有功時，在采用系統(tǒng)低電壓元件來閉鎖失磁保護切機出口時應(yīng)慎重。在采用之前，應(yīng)計算并驗證電廠在最大運行方式下，一臺發(fā)電機失磁時運行時，能否將高壓母線電壓拉下來。若一臺發(fā)電機失磁對高壓母線電壓影響不大，應(yīng)采用機端低電壓元件取代系統(tǒng)低電壓元件閉鎖保護出口。（4）保護的動作延時不應(yīng)大于1S維持較大有功失磁運行的發(fā)電機，定子電壓、定子電流及機端測量阻抗擺動很大，影響失磁保護各元件的正確測量及失磁保護的正確動作。為確保失磁保護動作的可靠性，應(yīng)適當(dāng)減少該保護的出口延時。前蘇聯(lián)對失磁保護進行的動模試驗結(jié)果表明，為保證發(fā)電機失磁后失磁保護能可靠動作，該保護的動作時間應(yīng)小于1S。這對動作特性為異步邊界園的阻抗型失磁保護，是非常必要的。（5）應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)子低電壓元件動作告警信號采用轉(zhuǎn)子低電壓元件閉鎖的失磁保護，當(dāng)轉(zhuǎn)子電壓元件動作后應(yīng)發(fā)出告警信號，以防止由于轉(zhuǎn)子電壓元件輸入回路異常未被發(fā)現(xiàn)致使失磁保護誤動。第八節(jié)發(fā)電機負序過負荷及過電流保護一問題電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路或三相負荷不對稱（例如電氣化機車、冶煉電爐等單相負荷）時，發(fā)電機定子繞組中將出現(xiàn)負序電流。負序電流產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場，它以2倍的同步速切割轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子部件中感應(yīng)倍頻電流，使轉(zhuǎn)子表層（特別是端部、護環(huán)內(nèi)表面、槽楔與小齒接觸面等）過熱，進而燒傷及損壞轉(zhuǎn)子。另外，定子負序電流與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場（由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生）之間、負序旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子電流之間將產(chǎn)生100赫的交變電磁力矩，引起機組振動。裝設(shè)發(fā)電機負序過電流保護的主要目的，是保護發(fā)電機轉(zhuǎn)子。同時，還可以作發(fā)電機變壓器組內(nèi)部不對稱短路故障的后備保護。對于大型汽輪發(fā)電機，其承受負序電流的能力，主要取決于轉(zhuǎn)子的發(fā)熱條件。發(fā)熱有一個積累過程，因此，汽輪發(fā)電機的負序過流保護應(yīng)具有反時限動作特性。水輪發(fā)電機在負序電流作用下，轉(zhuǎn)子過熱程度比汽輪機小得多，約為汽輪發(fā)電機的十分之一。但是，由于水輪發(fā)電機的直徑較大，焊接件較多，與的差值較大，其承受負序電流的能力應(yīng)由100赫的振動條件限制。因此，水輪發(fā)電機的負序過流保護可不具有反時限特性，其動作應(yīng)較快。二保護的構(gòu)成該保護應(yīng)由負序過負荷及負序過電流兩部分構(gòu)成。過負荷保護作用于信號，過電流保護作用于切機。大型汽輪發(fā)電機的負序過電流保護，應(yīng)由兩部分組成，即反時限部分及上限定時限部分。反時限部分用以防止由于過熱而損傷發(fā)電機轉(zhuǎn)子，上限定時限主要作為發(fā)變組內(nèi)部短路的后備保護。在有些保護裝置中，對負序過流保護尚設(shè)置下限定時限部分，并作為該保護的啟動元件。保護的引入電流，為發(fā)電機TA二次三相電流。大型汽輪發(fā)電機負序過負荷及過電流保護的邏輯框圖如圖37所示。圖37汽輪發(fā)電機過負荷及過電流保護的邏輯框圖在圖37中：、、、－發(fā)電機TA二次三相電流；－負序過負荷元件；－負序過流下限定時限元件；－負序過流上