发电机失磁保护介绍.doc

发电机失磁保护介绍1概述同步发电机是根据电磁感应的原理工作的,发电机的转子电流(励磁电流)用于产生电磁场。正常运行工况下,转子电流必须维持在一定的水平上。发电机失磁故障是指励磁系统提供的励磁电流突然全部消失或部分消失。同步发电机失磁后将转入异步运行状态,从原来的发出无功功率转变为吸收无功功率。对于无功功率容量小的电力系统,大型机组失磁故障首先反映为系统无功功率不足、电压下降,严重时将造成系统的电压崩溃,使一台发电机的失磁故障扩大为系统性事故。在这种情况下,失磁保护必须快速可靠动作,将失磁机组从系统中断开,保证系统的正常运行。引起发电机失磁的原因大致有:发电机转子绕组故障、励磁系统故障、自动灭磁开关误跳闸及回路发生故障等。2发电机失磁过程中机端测量阻抗分析发电机从失磁开始进入稳态异步运行,一般分为三个阶段:,其等值电路与正常运行时的向量图如图1所示。图1发电机与无限大系统并列运行图中,为发电机的同步电势,为发电机机端相电压,为无穷大系统相电压,为发电机定子电流,为发电机同步电抗,为发电机与系统之间的等值电抗,且有,为受端的功率因数角,为与之间的夹角(即功角)。若规定发电机发出有功功率、无功功率时,表示为,则(1)(2)功率因数角为(3)在正常运行时,。为稳定运行极限,后发电机失步。失磁后到失步前在失磁后到失步前的阶段中,转子电流逐渐减小,Ed随之减小,δ随之增大,两者共同的结果维持发电机有功功率P不变。与此同时,无功功率Q随着Ed的减小与δ的增大迅速减小,按(2)式计算的Q值由正变负,发电机由发出感性无功转变为吸收感性无功。此阶段中,发电机机端测量阻抗为带入公式,则(4)式中,、、为常数,此方程表示一个以为圆心,为半径的圆,如图2所示,此圆又称为等有功组抗圆。发电机失磁以前,向系统送出无功功率,角为正,测量阻抗位于第一象限。失磁以后,随着无功功率的变化,角由正值变为负值,因此测量阻抗也沿着圆周由第一象限进入第四象限。图2等有功阻抗圆临界失步点对汽轮发电机,当时,发电机处于失去静态稳定的临界状态,故称为临界失步点。此时输送到受端的无功功率为(5)式中Q为负值,表明临界失步时,发电机自系统吸收无功功率,且为一常数,临界失步点也称为等无功点。此时机端测量阻抗为带入(5)式,则(6)由(5)式可知,发电机在输出不同的有功功率P而临界失步时,其无功功率Q恒定为常数。(6)式描述的方程表示了一个以(0,)为圆心,为半径的圆。如图3所示,这个圆成为临界失步阻抗圆,也称作等无功阻抗圆。其圆周为发电机以不同的有功功率P临界失步时,机端测量阻抗的轨迹,圆内为失步区。图3等无功阻抗圆失步后的异步运行状态发电机失步后进入异步运行状态,此时异步发电机的等效电路如图5所示,其中为定子绕组漏抗,为转子绕组漏抗,为转子绕组电阻,为转差率;为反映发电机功率大小的等效电阻;为定子绕组与转子绕组之间的互感电抗。图4异步发电机的等效电路图机端测量阻抗为(7)当发电机空载失磁时,,,此时机端测量阻抗最大,当时,,,的数值为最小,其中,、分别为发电机的同步电抗与直轴暂态电抗。当s取其他值时,式(7)表示为其中,,,带入上式(8)式中,由式(8)可知,随着s的变化,发电机机端测量阻抗为复平面内以为圆心,为半径的圆。如图5所示,此圆称作异步阻抗圆。图5发电机异步阻抗圆综上所述,当一台发电机失磁前在过励磁状态下运行时,其机端测量阻抗位于复平面的第一象限,失磁以后,测量阻抗沿着等有功阻抗圆向第四象限移动。当它与临界失步圆相交时,表明机组运行处于静稳定极限。越过此点后,发电机转入异步运行。其运行轨迹如图6中所示。,其,有功、无功的表达式如下:(9)(10)功率因数角为(11)失磁后到失步前与汽轮机一样,在失磁后到失步前的阶段中,Eq减小,随之增大,两者共同的结果维持发电机有功功率P不变。与此同时,无功功率Q由正值转变为负值,发电机由发出有功功率转变为吸收有功功率。此时发电机机端测量阻抗为:带入公式,则(12)由此方程看出,水轮机在正常运行到失步前的阶段中,其测量阻抗与汽轮机相同,如图2,是以(,)为圆心,为半径的圆。临界失步点对水轮机而言,为求出静稳极限点,对(10)式进行求导,使(13)此时,发电机机端测量阻抗为(14)式(9)(10)(13)(14)描述了一个发电机机端测量阻抗随变量变化的方程,使用MATLAB软件在复平面内绘制轨迹,可以得到一个如图7所示的滴状轨迹图,即为水轮发电机临界失步曲线,圆内为失步区。图7发电机机端测量阻抗在失磁后的变化轨迹失步后的异步运行状态水轮机异步运行时机端测量阻抗变化如