发电机失步保护介绍

1、发电机失步保护介绍1概述当发电机正常运行时，发电机与电力系统的电动势以同样的工频角频率旋转，之间 的相位差维持不变，发电机处于同步稳定运行状态。如果受到某种干扰，发电机与系统 之间的电动势以不同的角频率旋转，线路两侧电动势相位差不断变化，此时称作发电机 失步。发电机失步后，两侧电动势之间的夹角 6在0°到360°间不断变化。发电机机端 电压与电流也呈周期性变化，因此需要对失步时的机端测量阻抗进行分析。2发电机失步时电气量变化分析2.1 发电机失步时电压、电流变化以发电机带无穷大系统为例，发电机电势为 Eg,系统侧电势为Es,各回路等值阻抗 如图1中所示。Zg T Zs Ze

2、 -图1发电机带无穷大系统如图1中所示，发电机失步前，保护安装处为送电端，Eg超前Es ,假设两侧电动势 幅值相等，则Es = Ege j£夹角6由线路传输的有功功率决定此时发电机机端电流为：I _ Eg - Es _ Eg(1 -ej ) IZ、 Z'发电机机端电压为:U = EgZg绘制出发电机带无穷大系统时对应的相量图，如图 2所示。事实上，将式（1）带入 式（2）,则有U = Eg _（Eg 一二）孑Z三可以看出，如果系统中各元件的阻抗角都相同的话，系统中各点的电压相量的端点都落，一 .2E. .在图2中（Eg Es）的相量上。由（1）式知，当6=180°时

3、，I = g ,此时线路中电g乙流最大，电流在阻抗Zg上产生的压降最大，此时发电机机端电压最低。发电机失步时，系统中电压最低的一点C,称作振荡中心。可在图 2中作垂直于（Eg - Es）的相量Uc,此点电压最低，即为振荡中心。图2发电机带无穷大系统的相量图2.2 发电机失步时的机端测量阻抗当发电机失步时，保护安装处的电压与电流幅值与相位都将随着两侧电动势夹角6的变化而变化。因此，反映电压和电流比值的阻抗继电器的测量阻抗幅值和相位也将随 6而变化。如果两侧电动势幅值相等，即 E； = Es| =|E ,发电机出口处测量阻抗为：UgEg iZgEgEgZxggggg77r -一 - r -Zg -

4、 Eg（ i . e、）-Zg - 二7二 - Zgz、根据三角函数关系1 -e,5 =2有1 -jctg -2 r ii 1、 17、Z =2 Z£ Zg =(2Z£ Zg) j 2Z2Ctg 2随着两侧电动势夹角6的变化，继电器测量阻抗相量端点的变化轨迹画在阻抗复 平面上如图3中所示，而测量阻抗相量的起点为保护安装一一坐标原点Q图中，G两侧电动势间的总阻抗Z* GOfe发电机阻抗Zg, O的发电机与系统间等值阻抗Zs。当 E；| = Es时，振荡中心C点位于系统电气的中点，因此C点位于GS1线的中点处。图中 mrffl为式(3)所描述的轨迹图3机端测量阻抗相量端点变化轨

5、迹分析图3中相量GPWSP,可知有I GP = I Zg I Z = Eg g gI SP u I Z - I ZS u Es因此，SPAG之间的夹角即为发电机与系统电动势夹角6 ,当6自0°变化至360°时，发电机机端测量阻抗端点P由n沿直线mnl动至mi另外，Eg / Es = GP/ SP ,当Eg与二 幅值不相等时，测量阻抗端点P会离开G5垂线，但仍会满足Eg / Es| = GP/ SPo取复 平面内所有使SPAG决角为某一定值区戌的点，我们会得到一个透镜曲线，如图4所示。jXR图4机端测量阻抗透镜特性当发电机失步时，机端测量阻抗由n沿直线穿越透镜至C点，此时6=

6、180。，测量阻抗最小，振荡电流最大；穿过C点至m, 6达到360°完成一次滑差周期。3南瑞继保RCS-985系列发变组失步保护判据RCS-98陈列发变组失步保护采用如图6所示动作特性。该特性由三部分组成，第一 部分是透镜特性，图中，它把阻抗平面分为透镜内的部分 I与透镜外的部分。第二部 分是遮挡器特性，图中，它把阻抗平面分成左半部分 L与右半部分R。这两种透镜特性的结合，把阻抗平面分成 4个区OR IR、IL、OL阻抗轨迹顺序穿 过四个区，并在每个区停留时间大于某一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿 过一次，保护滑极次数加1,达到整定次数，保护动作。第三部分为电抗线特性，图中

7、，它把动作区一分为二，电抗线以上为 I段（U）, 电抗线一下为II段（D）。阻抗阻抗轨迹顺序穿过四个区时，位于电抗线以下，则认为振 荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于发变组外，两种情况下滑 极次数可分别整定。保护可动作于报警信号，也可以动作于跳闸。失步保护可以识别的最小振荡周期是120ms4 RCS-985系列发变组失步保护出口逻辑如图7所示，为RCS-98朦列发变组保护出口逻辑框图。失步保护动作后，经不同的 延时，可分别动作于告警和跳闸。图6 RCS-985系列发变组保护出口逻辑框图参考文献1天津大学贺家李、宋从矩.电力系统继电保护原理第三版.北京：中国电力出版社, 1994.10.2 国家电力调度通信中