發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)介紹1概述同時發(fā)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理工作的，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流（勵磁電流)用于產(chǎn)生電磁場。正常運(yùn)行工況下，轉(zhuǎn)子電流必須維持在一定的水平上。發(fā)電機(jī)失磁故障是指勵磁系統(tǒng)提供的勵磁電流忽然全部消失或部分消失。同時發(fā)電機(jī)失磁后將轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行狀態(tài),從原來的發(fā)出無功功率轉(zhuǎn)變?yōu)槲o功功率。對于無功功率容量小的電力系統(tǒng)，大型機(jī)組失磁故障首先反映為系統(tǒng)無功功率局限性、電壓下降，嚴(yán)重時將造成系統(tǒng)的電壓崩潰,使一臺發(fā)電機(jī)的失磁故障擴(kuò)大為系統(tǒng)性事故。在這種狀況下,失磁保護(hù)必須快速可靠動作，將失磁機(jī)組從系統(tǒng)中斷開，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。引發(fā)發(fā)電機(jī)失磁的因素大致有:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組故障、勵磁系統(tǒng)故障、自動滅磁開關(guān)誤跳閘及回路發(fā)生故障等。2發(fā)電機(jī)失磁過程中機(jī)端測量阻抗分析發(fā)電機(jī)從失磁開始進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行，普通分為三個階段：失磁后到失步前臨界失步點(diǎn)異步運(yùn)行階段２.1隱極式發(fā)電機(jī)以汽輪發(fā)電機(jī)經(jīng)聯(lián)系線與無窮大系統(tǒng)并列運(yùn)行為例，其等值電路與正常運(yùn)行時的向量圖如圖1所示。圖1發(fā)電機(jī)與無限大系統(tǒng)并列運(yùn)行圖中,QUOTEEd為發(fā)電機(jī)的同時電勢，為發(fā)電機(jī)機(jī)端相電壓，ＱUOTEUs為無窮大系統(tǒng)相電壓,QUOTEI為發(fā)電機(jī)定子電流,為發(fā)電機(jī)同時電抗,為發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的等值電抗，且有QUOTEXΣ=Xd+Xs,為受端的功率因數(shù)角,QUOTＥδ為與之間的夾角（即功角）。若規(guī)定發(fā)電機(jī)發(fā)出有功功率、無功功率時，表達(dá)為QUOTＥW=P-jQ,則(1)(2）功率因數(shù)角為QUOTEφ=tan-1QP（３）在正常運(yùn)行時,QUＯTＥδ<90°。QＵOTＥδ=90°為穩(wěn)定運(yùn)行極限,QUOTEδ>90°后發(fā)電機(jī)失步。失磁后到失步前在失磁后到失步前的階段中,轉(zhuǎn)子電流逐步減小，Eｄ隨之減小，δ隨之增大,兩者共同的成果維持發(fā)電機(jī)有功功率P不變。與此同時,無功功率Q隨著Ed的減小與δ的增大快速減小,按(2)式計(jì)算的Ｑ值由正變負(fù)，發(fā)電機(jī)由發(fā)出感性無功轉(zhuǎn)變?yōu)槲「行詿o功。此階段中,發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗為帶入公式，則（４）式中,、、為常數(shù)，此方程表達(dá)一種覺得圓心，為半徑的圓,如圖2所示,此圓又稱為等有功組抗圓。發(fā)電機(jī)失磁以前，向系統(tǒng)送出無功功率，角為正,測量阻抗位于第一象限。失磁后來，隨著無功功率的變化，角由正值變?yōu)樨?fù)值，因此測量阻抗也沿著圓周由第一象限進(jìn)入第四象限。圖2等有功阻抗圓臨界失步點(diǎn)對汽輪發(fā)電機(jī)，當(dāng)時，發(fā)電機(jī)處在失去靜態(tài)穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，故稱為臨界失步點(diǎn)。此時輸送到受端的無功功率為(5)式中Q為負(fù)值,表明臨界失步時,發(fā)電機(jī)自系統(tǒng)吸取無功功率,且為一常數(shù),臨界失步點(diǎn)也稱為等無功點(diǎn)。此時機(jī)端測量阻抗為帶入(5）式,則(6)由(5）式可知，發(fā)電機(jī)在輸出不同的有功功率Ｐ而臨界失步時，其無功功率Q恒定為常數(shù)。(6）式描述的方程表達(dá)了一種以(0,）為圓心,為半徑的圓。如圖３所示，這個圓成為臨界失步阻抗圓，也稱作等無功阻抗圓。其圓周為發(fā)電機(jī)以不同的有功功率P臨界失步時，機(jī)端測量阻抗的軌跡,圓內(nèi)為失步區(qū)。圖3等無功阻抗圓失步后的異步運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)失步后進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)，此時異步發(fā)電機(jī)的等效電路如圖５所示，其中為定子繞組漏抗，為轉(zhuǎn)子繞組漏抗,為轉(zhuǎn)子繞組電阻,為轉(zhuǎn)差率;為反映發(fā)電機(jī)功率大小的等效電阻;為定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間的互感電抗。圖4異步發(fā)電機(jī)的等效電路圖機(jī)端測量阻抗為(７）當(dāng)發(fā)電機(jī)空載失磁時,，，此時機(jī)端測量阻抗最大,當(dāng)時，，，的數(shù)值為最小，其中,、分別為發(fā)電機(jī)的同時電抗與直軸暫態(tài)電抗。當(dāng)ｓ取其它值時,式(7）表達(dá)為其中,，,帶入上式(8)式中，由式（8)可知,隨著s的變化，發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗為復(fù)平面內(nèi)覺得圓心，為半徑的圓。如圖５所示,此圓稱作異步阻抗圓。圖5發(fā)電機(jī)異步阻抗圓總而言之，當(dāng)一臺發(fā)電機(jī)失磁前在過勵磁狀態(tài)下運(yùn)行時,其機(jī)端測量阻抗位于復(fù)平面的第一象限,失磁后來，測量阻抗沿著等有功阻抗圓向第四象限移動。當(dāng)它與臨界失步圓相交時,表明機(jī)組運(yùn)行處在靜穩(wěn)定極限。越過此點(diǎn)后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行。其運(yùn)行軌跡如圖6中所示。圖６發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗在失磁后的變化軌跡2.2凸極式發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)普通為凸極式，其，有功、無功的體現(xiàn)式以下：（9）（１０)功率因數(shù)角為(11）失磁后到失步前與汽輪機(jī)同樣，在失磁后到失步前的階段中,Eq減小,隨之增大,兩者共同的成果維持發(fā)電機(jī)有功功率Ｐ不變。與此同時，無功功率Q由正值轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值,發(fā)電機(jī)由發(fā)出有功功率轉(zhuǎn)變?yōu)槲∮泄β省４藭r發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗為：帶入公式，則（１２）由此方程看出，水輪機(jī)在正常運(yùn)行到失步前的階段中,其測量阻抗與汽輪機(jī)相似,如圖2，是以(,)為圓心,為半徑的圓。臨界失步點(diǎn)對水輪機(jī)而言,為求出靜穩(wěn)極限點(diǎn)，對（10)式進(jìn)行求導(dǎo),使（13）此時,發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗為（14）式(9）(10）(1３）（14)描述了一種發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗隨變量變化的方程,使用MATLAＢ軟件在復(fù)平面內(nèi)繪制軌跡,能夠得到一種如圖7所示的滴狀軌跡圖，即為水輪發(fā)電機(jī)臨界失步曲線,圓內(nèi)為失步區(qū)。圖7發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗在失磁后的變化軌跡失步后的異步運(yùn)行狀態(tài)水輪機(jī)異步運(yùn)行時機(jī)端測量阻抗變化如圖5所示,也是復(fù)平面內(nèi)覺得圓心，為半徑的圓。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時，其機(jī)端測量阻抗位于復(fù)平面的第一象限,失磁后來,測量阻抗沿著等有功阻抗圓向第四象限移動。當(dāng)它與靜態(tài)邊界曲線(圖7滴狀曲線）相交時，表明機(jī)組運(yùn)行處在靜穩(wěn)定極限。越過此點(diǎn)后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行。3RCＳ985系列發(fā)變組失磁保護(hù)判據(jù)RCS９８5系列發(fā)變組失磁保護(hù)由下列三個判據(jù)構(gòu)成,三個條件同時滿足，并且對應(yīng)壓板投入后,失磁保護(hù)才會動作。低電壓判據(jù)定子側(cè)阻抗判據(jù)轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)3.1低電壓判據(jù)發(fā)電機(jī)失磁后，由于轉(zhuǎn)子勵磁減小,造成發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓急劇下降。低電壓判據(jù)為反映機(jī)端電壓下降而設(shè)立。低電壓判據(jù)普通取母線三相電壓，也能夠選擇機(jī)端三相電壓。ＴV斷線時閉鎖本判據(jù)。三相似時低壓判據(jù)：3.2定子側(cè)阻抗判據(jù)RCS９85系列水輪機(jī)保護(hù)定值描述了異步阻抗圓（圖5)、滴狀靜穩(wěn)阻抗圖(圖7）兩個曲線，用以規(guī)定發(fā)電機(jī)定子側(cè)阻抗軌跡變化范疇。當(dāng)定子側(cè)阻抗進(jìn)入任一種圓內(nèi),失磁保護(hù)定子阻抗元件就啟動。由于失磁后發(fā)電機(jī)由發(fā)出無功功率轉(zhuǎn)變?yōu)槲o功功率,而水輪機(jī)滴狀靜穩(wěn)阻抗曲線(圖7)包含了發(fā)電機(jī)發(fā)出無功的情形。因此需要輔助以無功反向判據(jù)：為避免機(jī)端短路時,機(jī)端電壓太低或負(fù)序分量過多，造成阻抗繼電器誤動,可按需求增加下列輔助判據(jù):正序電壓>=６V;負(fù)序電壓U2<=0.1Un（發(fā)電機(jī)額定電壓）；發(fā)電機(jī)電流>=0.1Ie(發(fā)電機(jī)額定電流)。3.3轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)涉及轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)與發(fā)電機(jī)的變勵磁電壓判據(jù)。兩個判據(jù)任一種滿足,并且轉(zhuǎn)子判據(jù)控制字投入,則轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)啟動。轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁電壓Ur忽然下降到０或者幅值，勵磁電壓判據(jù)快速動作，可在發(fā)電機(jī)達(dá)成靜穩(wěn)極限之前動作。該判據(jù)為:發(fā)電機(jī)變勵磁電壓判據(jù)當(dāng)發(fā)電機(jī)低勵或者發(fā)生失磁故障時,Ur逐步下降到0或者減至某一值,變勵磁低電壓動作。該判據(jù)為:式中,，為發(fā)電機(jī)同時電抗標(biāo)幺值,為系統(tǒng)聯(lián)系電抗標(biāo)幺值;P為發(fā)電機(jī)輸出功率標(biāo)幺值;Ｐt為發(fā)電機(jī)凸極功率幅值標(biāo)幺值;Uｆ0為發(fā)電機(jī)勵磁空載額定電壓有名值;Krel為可靠系數(shù)。圖８發(fā)電機(jī)變勵磁電壓判據(jù)對于汽輪機(jī)，當(dāng)勵磁電壓Ur下降為零時，Ed也變?yōu)榱?，由式（１）知，此時Ｐ＝0，因此變勵磁電壓判據(jù)為一條過原點(diǎn)的直線。對于水輪機(jī),當(dāng)勵磁電壓Ur下降為零時,由于水輪機(jī)交直軸電樞反映電抗的不同,仍然會有一部分凸極功率Pt存在,若Ｕｓ取標(biāo)幺值1，,則由式(９)可知，凸極功率。如圖8所示，水輪機(jī)變勵磁電壓判據(jù)為（Ｕr，P)平面內(nèi)過（0，Pｔ）的一條直線。發(fā)電機(jī)變勵磁電壓判據(jù)事實(shí)上能夠表述為,當(dāng)發(fā)電機(jī)提供的勵磁電壓跟不上發(fā)電機(jī)有功功率的變化時，就體現(xiàn)為失磁，此時(Ｕr,P)點(diǎn)落Ｕr-Ｐ平面內(nèi)的動作區(qū)內(nèi)。4RCＳ９8５系列發(fā)變組失磁保護(hù)出口邏輯RCS985系列發(fā)變組失磁保護(hù)出口邏輯由本文第三節(jié)所介紹的三個判據(jù)構(gòu)成,共配備三段,可按