低励失磁保护与失步保护

1、清华大学电机系大机组保护研究所清华大学电机系大机组保护研究所2002007 7年年6 6月月2 21 1日日报告内容：报告内容：1 1 发电机失磁的物理过程发电机失磁的物理过程2 2 发电机失磁保护常用的动作主判据及辅助判据发电机失磁保护常用的动作主判据及辅助判据 三相同时低电压判据（失磁保护的历史与现状）三相同时低电压判据（失磁保护的历史与现状） 异步边界阻抗圆异步边界阻抗圆 静稳极限阻抗圆与准静稳极限阻抗圆静稳极限阻抗圆与准静稳极限阻抗圆 等有功阻抗圆等有功阻抗圆 U UfdfdP P静稳极限判据静稳极限判据3 3 发电机失步保护发电机失步保护1 1 发电机失磁的物理过程发电机失磁的物理过

2、程USUdEdXSXsinSdSdXXUEP 失磁前失磁前P P定值；定值； 失磁初始阶段失磁初始阶段 导致导致P P，但原动机但原动机功率不能立即减小，使得功率不能立即减小，使得 ，在到达静，在到达静稳极限（稳极限（ ）之前，）之前，P P呈波动变化，呈波动变化，其平均值大致保持失磁前的有功大小；其平均值大致保持失磁前的有功大小； 静稳破坏后直至静稳破坏后直至 。 dE90180 无功反向是发电机失磁故障的另一显著特征。无功反向是发电机失磁故障的另一显著特征。2cosdSSdSdSE UUQXXXX 发电机失磁后，发电机失磁后， 、 、 ，使无功持续下降；使无功持续下降； 当当 时，时，Q=

3、0Q=0； 到达静稳极限时有到达静稳极限时有 ； 至至 有最大反向无功，且失磁前发电机带有功负荷越有最大反向无功，且失磁前发电机带有功负荷越大，失磁后反向无功、定子电流也越大；大，失磁后反向无功、定子电流也越大； 如果系统无功储备不足，就可能在无功和电压上将系统拖垮！如果系统无功储备不足，就可能在无功和电压上将系统拖垮！dEcos2cosdSSE UU2SdSUQXX 常量180 三相同时低电压判据（失磁保护的历史与现状）三相同时低电压判据（失磁保护的历史与现状）2 2 发电机失磁保护常用的动作主判据及辅助判据发电机失磁保护常用的动作主判据及辅助判据 本判据主要用于本判据主要用于防止由发电机低

4、励失磁故障引发无功储备防止由发电机低励失磁故障引发无功储备不足的系统电压崩溃不足的系统电压崩溃，造成大面积停电。，造成大面积停电。 取自升压变压器高压母线电压（保系统）；取自升压变压器高压母线电压（保系统）； 取自发电机机端电压（保厂用电）。取自发电机机端电压（保厂用电）。6060年代某系统一台年代某系统一台100100MWMW汽轮发电机失磁故障造成大面积停电；汽轮发电机失磁故障造成大面积停电；去年天津盘山电厂一台去年天津盘山电厂一台500500MWMW汽轮发电机失磁而保护无法出口；汽轮发电机失磁而保护无法出口；南网局部地区无功储备仍不足；大型水电厂建设初期或枯水期。南网局部地区无功储备仍不足

5、；大型水电厂建设初期或枯水期。 异步边界阻抗圆异步边界阻抗圆2dXdXjXR0XaXb 误动几率小；误动几率小； 躲系统振荡能力强；躲系统振荡能力强； 该判据对于远离负该判据对于远离负荷中心、系统联系薄荷中心、系统联系薄弱的大型水轮发电机弱的大型水轮发电机是不适宜的（刘家峡是不适宜的（刘家峡电站首台机组事例）。电站首台机组事例）。反对将其无根据扩大！反对将其无根据扩大！ 静稳极限阻抗圆与准静稳极限阻抗圆（水轮发电机）静稳极限阻抗圆与准静稳极限阻抗圆（水轮发电机）RjXSXqXO2/ )(qdXX T1O2O1r2r为什么不是为什么不是 ？dX如何获取？如何获取？如何防止非失磁条件下的如何防止非

6、失磁条件下的误动作误动作？ 增设方向元件增设方向元件 延时延时RjX静稳极限阻抗圆静稳极限阻抗圆SjXdjX 静稳极限阻抗圆与准静稳极限阻抗圆（汽轮发电机）静稳极限阻抗圆与准静稳极限阻抗圆（汽轮发电机）RjX等有功阻抗圆等有功阻抗圆异步边界阻抗圆异步边界阻抗圆静稳极限阻抗圆静稳极限阻抗圆SjXPUS22 等有功阻抗圆等有功阻抗圆 U UfdfdP P静稳极限判据静稳极限判据 与系统运行的发电机，对应某一有功功率，将有为维持静与系统运行的发电机，对应某一有功功率，将有为维持静稳极限所必需的励磁电压稳极限所必需的励磁电压U Ufdfd。P P值不同，静稳极限条件下的值不同，静稳极限条件下的U Uf

7、dfd也不同。也不同。)90(dSdXUEPPKPUXEUSddfd标么值标么值静静稳稳边边界界0PfdU动作区动作区三峡右岸发电机失磁保护的构成：三峡右岸发电机失磁保护的构成：Ug机端低电压定值Ug机端低电压定值Ufd励磁低电压定值Ufd励磁低电压定值静稳阻抗Z满足条件静稳阻抗Z满足条件TV断线条件满足TV断线条件满足Ufd(P)判据满足Ufd(P)判据满足0.2s0.2s& & &t2t2& &t1t1& & &0.1s0.1s1111低励失磁低励失磁保护出口保护出口静稳极限励磁电压判据静稳极限励磁电压判据定励磁低电压判据定励

8、磁低电压判据0 0)(tPPfdU动作区动作区a a)(tsetfdPPKU)(22qdqdStXXXXUPMW96.73)1118. 0334. 0()1118. 0422. 0(334. 0422. 0220200)(dSfdSdntnnsetEUUXXCPPPKV/W16. 2100100247)77.163 .63(979. 096.73700700（凸极功率）（凸极功率） 低励失磁保护的辅助判据低励失磁保护的辅助判据 励磁低电压元件励磁低电压元件0.8 . 0UfdopfdU 延时元件延时元件防止系统振荡时保护的误动作。防止系统振荡时保护的误动作。3 3 发电机失步保护发电机失步保护

9、 失步振荡电流与三相短路电流可比拟，且在较长时间内反失步振荡电流与三相短路电流可比拟，且在较长时间内反复出现，使发电机遭受热、力损伤，特别是周期性作用在旋转复出现，使发电机遭受热、力损伤，特别是周期性作用在旋转轴系上的振荡扭矩，可能使大轴扭伤或缩短运行寿命，所以大轴系上的振荡扭矩，可能使大轴扭伤或缩短运行寿命，所以大型发电机一旦发生失步，振荡次数或时间应受严格限制。型发电机一旦发生失步，振荡次数或时间应受严格限制。 低励失磁保护虽然检测失步故障，但失步故障并非均由低励低励失磁保护虽然检测失步故障，但失步故障并非均由低励失磁引起的，所以失磁保护不能代替失步保护。失磁引起的，所以失磁保护不能代替失

10、步保护。 能正确区分短路与振荡、稳定振荡与失步振荡。能正确区分短路与振荡、稳定振荡与失步振荡。3.1 3.1 为什么要装设失步保护？为什么要装设失步保护？3.2 3.2 主要是检测振荡中心位于发变组内部的失步振荡主要是检测振荡中心位于发变组内部的失步振荡 当振荡中心落在发变组内部时，机端电压将随振荡作大幅当振荡中心落在发变组内部时，机端电压将随振荡作大幅度波动，厂用负荷难以稳定运行，甚至处于制动状态，可能度波动，厂用负荷难以稳定运行，甚至处于制动状态，可能造成后果严重。造成后果严重。3.3 3.3 跳闸时间的选择跳闸时间的选择 失步振荡已持续达到预定时间或振荡次数（失步振荡已持续达到预定时间或振荡次数（中调定中调定） 保证断路器断开时的电流不超过断路器允许开断电流（两保证断路器断开时的电流不超过断路器允许开断电流（两侧电动势相角差大于侧电动势相角差大于270270度并逐渐变小时）度并逐渐变小时）R RjXjXZ ZststZ Zc cO O信号区信号区跳闸区跳闸区Z Z1 1Z Z3 3Z Z2 2dX 透镜内角的整定透镜内角的整定 min.SX120TSstXXZdX85TTcXZZ9 . 09 . 03.4 3.4 三阻抗元件型失步保护三阻抗元件型失步保护