失步保护
失步保护原理及调试方法
• 3是滑极次数到达一定值时，则动作 出口。
对失步保护的要求
• 采用正序电压，正序电流计算阻抗，能区 分短路故障和失步
• 能区分振荡中心在发变组内部或外部 • 能区分加速失步或减速失步 • 当电流小于出口断路器跳闸允许电流时出
失步保护原理及调试方法
为何要装设失步保护
• (1) 发电机失步振荡时厂用辅机工作稳定性遭 到破坏，甚至导致全厂停机、停电的重大事故。
• (2)失步运行时，当发电机电势与系统等效电势 的相位差为180°的瞬间，振荡电流的幅值接 近机端三相短路时流经发电机的电流。振荡电 流在较长时间内反复出现，使定子绕组遭受热 损伤或端部遭受机械损伤。
口 • 能记录滑极次数，跳闸滑极次数可分别整
定
失步保护三元件失步继电器动作特 性
失步保护定值
失步保护调试方法
• 详见调试手册
• (3)振荡过程中产生对轴系的周期性扭力，可能 造成大轴严重机械损伤。
• (4)振荡过程中由于周期性转差变化在转子绕组 中引起感生电流，引起转子绕组发热。
• (5)大型机组与系统失步，还可能导致电力系统 解列甚至崩溃事故。
ห้องสมุดไป่ตู้
失步保护基本原理
• 发电机失步保护基本原理主要是通过 测量阻抗的轨迹变化情况来检测发电 机是否失步。判断依据有三点：
发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调
发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调摘要发电机的失磁保护和失步保护对于发电机而言非常重要，一般而言，两种保护的依据都是故障时的阻抗变化轨迹特性，因此两者在某些阻抗区域的动作会有重叠，从而造成失磁保护和失步保护的逻辑运算冲突。
本文从发电机失磁保护和失步保护的分析出发，进而探讨了发电机失磁保护和失步保护的冲突，最后提出了两种保护的协调方案。
关键词失磁保护；失步保护；冲突目前，大部分的发电机在某种程度上都允许一定的进相运行，选择的是异步圆当作失磁保护的动作阻抗区域；而失步保护所使用的动作阻抗区域则为一种叶形区域。
两者的保护依据主要取决于阻抗的变化，而在实际的运用中，对于失磁保护而言除了受到了阻抗的影响也受到了其他因素的影响，比如转子电压，这个因素同时也是区分失磁故障与失步故障的一个依据。
本文对发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调进行了探讨与分析，希望对相关事业有所借鉴。
1 发电机失磁保护和失步保护的分析1.1 发电机失磁保护的阻抗动作特性分析对于发电机的失磁保护而言，其主要依据的是阻抗的位置是否进入了阻抗圆的判断与测量来实现对发电机失磁故障的监测，当然还包括了一些辅助依据，比如无功反向与转子电压等。
（在本文中，不考虑其他方面的影响，主要在于阻抗变化的影响造成的冲突）如前文所述，失磁保护的阻抗圆采用的是异步圆，一旦发电机发生了失磁故障，发电机的端电压便无法继续维持，其输出无功也会下降，同时电流与电压夹角也会产生变化（电流相位可能减小到0度）。
当不同的发电机组出现了失磁故障，由于它们的工况不同，因此它们产生的阻抗变化轨迹也不一样（假设其轨迹在某平面坐标系中），只是有着相同的变化趋势，也就是说阻抗的坐标平面从第一象限便直接进入了第四象限，并没有穿过第二象限与第三象限。
偶尔会出现一些阻抗的变化会经过第三象限的情况，但其进入的深度很小，并且进入之后又会很快返回到第四象限。
1.2 发电机失步保护的阻抗动作特性分析本文中的发电机失步保护主要针对的是在励磁情况下发生的系统振荡，从而导致的发电机断阻抗变化，进而采取的保护。
发电机失步保护原理
发电机失步保护原理嘿，咱今天来聊聊发电机失步保护原理这档子事儿。
你说这发电机啊，就好比是一辆奔跑在电力大道上的汽车，得稳稳当当的跑才行。
那失步呢，就像是这辆车突然跑偏了，这可不得了哇！发电机正常工作的时候，那电流啊、电压啊啥的都乖乖的，按部就班地干活。
可要是出了问题，就像一个调皮的孩子开始捣乱啦。
失步的时候，发电机的转子和定子之间的同步关系就被打破了，就好像两个人跳舞，节奏突然乱套了。
这时候就得靠失步保护出马啦！它就像是一个机灵的交警，时刻盯着路况呢。
它通过检测各种信号，比如电流啦、电压啦、相位啦等等，一旦发现有失步的迹象，马上就采取行动。
你想想看，要是没有这个保护，那发电机不就像脱缰的野马一样，到处乱撞啦？那后果可不堪设想啊！咱家里的电灯可能忽明忽暗，电器说不定还会被烧坏呢。
失步保护的原理呢，其实也不复杂。
它就像是一个聪明的卫士，能分辨出正常和不正常的状态。
它会根据设定的标准和算法，来判断是不是真的失步了。
一旦确定，那就赶紧采取措施，比如发出警报啊，或者直接让发电机停下来，免得造成更大的损失。
这就好比你走路，要是发现前面路不对劲，你不得赶紧停下来或者换条路走啊？不然一脚踩空掉进坑里咋办？而且啊，这失步保护还得够灵敏才行。
不能等问题都很严重了才反应过来，那就晚啦！就像火灾报警器，要是等火烧起来很大了才响，那还有啥用呢？咱再打个比方，失步保护就像是一个球队的守门员，得时刻保持警惕，不能放过任何一个可能的危险球。
只有这样，才能保证整个电力系统的安全稳定运行呀！总之呢，发电机失步保护原理虽然听起来有点专业，但其实也不难理解。
它就是为了保证我们的电力供应稳稳当当的，让我们能安心地用电。
所以啊，可别小看了它哟！这可是关乎我们日常生活的重要东西呢！你说是不是？。
GB50055-通用用电设备配电设计规范
通用用电设备配电设计规范GB50055—93主编部门：中华人民共和国机械工业部批准部门：中华人民共和国建设部施行日期：1994年3月1日关于发布国家标准《通用用电设备配电设计规范》的通知建标〔1993〕679号根据国家计委计综〔1986〕250号文的要求，由原机械电子工业部会同有关部门共同修订的《通用用电设备配电设计规范》，已经有关部门会审。
现批准《通用用电设备配电设计规范》GB50055—93为强制性国家标准，自1994年3月1日起施行。
原国家标准《工业与民用通用设备电力装置设计规范》GBJ55—83同时废止。
本规范由机械工业部负责管理，其具体解释等工作由机械工业部第七设计研究院负责。
出版发行由建设部标准定额研究所负责组织。
中华人民共和国建设部1993年9月14日修订说明本规范是根据国家计划委员会计综〔1986〕250号文的要求，由机械工业部负责主编，具体由机械工业部第七设计研究院会同有关单位共同对《工业与民用通用设备电力装置设计规范》GBJ55—83修订而成。
在修订过程中，规范修订组进行了广泛的调查研究，认真总结了规范执行以来的经验，吸取了部分科研成果，广泛征求了全国有关单位的意见，最后由我部会同有关部门审查定稿。
这次修订的主要内容有：（1）增加了电梯、自动扶梯、门式起重机、固定型防酸式铅酸蓄电池和镉镍蓄电池充电、日用电器等章、节和条文；（2）明确制定了“装设隔离电器”和“电动机接地故障保护”等有关安全方面的条文；（3）增加了电动机、电焊机和起重运输设备等节能的条文；（4）向国际电工委员会（IEC）标准靠拢等。
本规范在执行过程中，如发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料寄送机械工业部第七设计研究院（西安市和平门外，邮政编码710054），并抄送机械工业部，以便今后修订时参考。
机械工业部1993年9月第一章总则第1.0.1条为使通用用电设备配电设计贯彻执行国家的技术经济政策，做到保障人身安全、配电可靠、技术先进、经济合理、节约电能和安装维护方便，制订本规范。
发电机保护配置
发电机保护配置一、发电机保护配置1、法电机差动保护：保护能在区外故障时可靠地躲过两侧CT特性不一致所产的不平衡电流，区内故障保护灵敏动作。
保护采用三相式接线, 由两侧差动继电器构成，瞬时动作于全停。
2、发电机定子接地保护：保护由发电机机端零序电压和中性点侧三次谐波电压共同构成100%保护区的定子接地保护，基波跳闸，三次谐波发信号。
设PT断线闭锁。
区外故障时不误动。
3、发电机过电压保护：过电压保护动作电压取1.3倍额定电压，延时0.5秒动作于全停。
4、低频保护：低频保护反应系统频率的降低，保护由灵敏的频率继电器和计数器组成，并受出口断路器辅助接点闭锁。
即发电机退出运行时低频保护自动退出运行。
保护动作于发信号或全停。
装置在运行时可实时监视定值，频率及累计时间的显示。
两套保护之间宜有连续跟踪和数据累计功能。
5、失步保护：保护由三阻抗元件或测量振荡中心电压及变化率等原理构成,在短路故障、系统稳定振荡、电压回路断线等情况下,保护不误动作。
能检测加速和减速失步。
保护通常动作于信号,当振荡中心在发电机变压器内部,失步动作时间超过整定值或电流振荡次数超过规定值时,保护动作于全停。
并装设电流闭锁装置,以保证断路器断开时的电流不超过断路器额定失步开断电流。
6、失磁保护：保护由发电机端测量阻抗判据、变压器高压侧低电压判据、定子过电流判据组成。
设PT断线闭锁。
闭锁元件动作，阻抗元件动作发出失磁信号经延时t1动作减出力。
闭锁元件动作，阻抗元件动作延时t2切换厂用电源。
闭锁元件动作，系统电压低于动作允许值时经延时t3动作于全停或程序跳闸。
7、发电机逆功率保护：保护动作分两段时限t1发信号，t2动作于全停，具备PT断线闭锁功能。
8、程序跳闸逆功率保护：保护为程序跳闸专用,用于确认主汽门完全关闭。
由逆功率继电器作为闭锁元件,其整定值为(1-3)%发电机额定功率。
保护动作分两段时限t1发信号,t2动作于全停。
9、发电机过激磁保护：过激磁是以V/HZ的比值为动作原理，设有两段定值。
发电机电制动闭锁保护措施
发电机电制动闭锁保护措施是确保发电机安全运行的重要措施。
以下是一份发电机电制动闭锁保护措施的800字方案：一、制动电流保护1. 设置合理的制动电流值，确保在发电机减速过程中，能够及时切断电源，防止过载。
2. 配置电流传感器，实时监测发电机的制动电流，当电流超过设定值时，立即发出报警信号。
3. 在制动电路中设置闭锁装置，确保在制动过程中电流传感器出现故障时，能够及时切断电源，防止事故扩大。
二、转速保护1. 配置转速传感器，实时监测发电机的转速。
2. 设置合理的转速保护值，当发电机转速超过设定值时，自动切断电源，防止发电机超速。
3. 在发电机控制系统中设置闭锁装置，确保在转速传感器出现故障时，能够及时切断电源，防止事故扩大。
三、过压保护1. 配置电压传感器，实时监测发电机的输出电压。
2. 设置合理的过压保护值，当发电机输出电压超过设定值时，自动切断电源，防止电压过高对设备造成损坏。
3. 在发电机控制系统中设置闭锁装置，确保在电压传感器出现故障时，能够及时切断电源，防止事故扩大。
四、失步保护1. 配置同步检测装置，实时监测发电机的同步状态。
2. 设置合理的失步保护值，当发电机失步时，自动触发保护措施，如切换励磁电源、调整磁极周波等。
3. 在失步保护装置中设置闭锁装置，确保在同步检测装置出现故障时，能够及时发出报警信号并启动相应的保护措施。
五、电气闭锁保护措施的实施与管理为确保发电机电制动闭锁保护措施的有效实施和管理，应采取以下措施：1. 定期对发电机控制系统进行检查和维护，确保各项保护装置的正常运行。
2. 建立完善的故障记录和报告制度，及时处理和记录各种故障情况。
3. 加强对员工的安全培训，提高员工对发电机电制动闭锁保护措施的认识和理解。
4. 在操作过程中严格执行相关规定和标准，确保各项保护措施得到有效执行。
总之，发电机电制动闭锁保护措施是发电机安全运行的重要保障，需要在实际工作中认真执行和管理。
通过加强对保护装置的维护和管理，提高员工的安全意识和操作水平，可以有效减少事故的发生，保证发电机安全稳定地运行。
发电机保护现象、处理
发电机保护1 对于发电机可能发生的故障和不正常工作状态,应根据发电机的容量有选择地装设以下保护。
(1)纵联差动保护:为定子绕组及其引出线的相间短路保护。
(2)横联差动保护:为定子绕组一相匝间短路保护。
只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支而构成两个或三个中性点引出端时,才装设该种保护。
(3)单相接地保护:为发电机定子绕组的单相接地保护。
(4)励磁回路接地保护:为励磁回路的接地故障保护。
(5)低励、失磁保护:为防止大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后,从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响,100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。
(6)过负荷保护:发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。
中小型发电机只装设定子过负荷保护;大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。
(7)定子绕组过电流保护:当发电机纵差保护范围外发生短路,而短路元件的保护或断路器拒绝动作,这种保护作为外部短路的后备,也兼作纵差保护的后备保护。
(8)定子绕组过电压保护:用于防止突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压,水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护,中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。
(9)负序电流保护:电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大)时,会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热,造成转子的局部灼伤,因此应装设负序电流保护。
(10)失步保护:反应大型发电机与系统振荡过程的失步保护。
(11)逆功率保护:当汽轮机主汽门误关闭,或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时,从电力系统吸收有功功率而造成汽轮机事故,故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护,用于保护汽轮机。
发电机保护简介1、发电机失磁保护失磁保护作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障保护。
由整定值自动随有功功率变化的励磁低电压Ufd(P)、系统低电压、静稳阻抗、TV断线等判据构成，分别动作于发信号和解列灭磁。
电力系统失步保护概述
z
z
z
Philosophy of Power-Swing Protection
z
Separate the system at locations that provide good balance of load/generation in the resulting system islands Trip only at pre-selected network locations and block tripping at all other locations Trip only under controlled transient recovery voltages or with low current
Degrees
200 0 -200 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Seconds
Relay Elements Prone to Operate During Power Swings
Transient Stability Concepts
VS
1
Line 1
2
VR
3
Line 2
4
z z z z
Prefault state (Both lines in service) Fault state Fault state with breaker 3 open Post-fault state (Line 2 out)
Introduction
z
The aim of this presentation is to explain
The fundamentals of out-of-step (OOS) protection Discuss which relays and relay systems are prone to operate during power swings Share experiences and lessons learnt from the past to avoid making the same mistakes
发电机常见事故及处理
发电机常见事故及处理1、发电机温度异常正常运行时，发电机定子线圈层间任一点最高温度与最低温度之差或任一槽出水最高温度与各槽最低出水温度之差均应在5℃以内。
若线圈层间任一点最高温度与层间平均温度之差达8℃，或任一槽出水最高温度与各槽最低出水温度之差达8℃时，应及时分析、查明温度异常升高的原因，并加强监视，必要时可降低负荷运行。
下列情况，在排除测量装置故障后，应立即降低负荷，使温度不超过上限值。
综合比较负荷水平、各点出水温度、线圈层间温度等，如判断发电机内部确有严重故障，为避免发生重大事故，应立即解列停机，通知检修人员处理。
1.线圈层间任一点最高温度与层间最低温度之差达14℃。
2.任一槽出水最高温度与各槽最低出水温度之差达12℃。
3.线圈层间任一点温度超过120℃。
4.任一槽出水温度超过85℃。
5.任一点铁芯温度超过120℃时。
当发电机有关温度发生异常时，还应检查：（1）发电机定子三相电流是否平衡，是否超过允许值，功率因数是否在正常范围内。
（2）发电机水冷、氢冷系统冷却条件是否改变，若有异常，应设法恢复正常运行。
通知热工人员立即检查测温装置、测温元件是否完好。
（3）结合线圈层间温度及相应的出水温度进行综合分析，判断发电机定子线圈水回路是否有堵塞现象。
（4）发电机温度的任何突然改变、不稳定，或继续增加都说明情况异常，并且是内部有问题的一个信号，因此要求加强监视、分析，记录有关数据，必要时应采取有效手段来保证发电机的安全运行。
2、发电机定子接地现象（1）“发电机定子接地”保护报警。
（2）发电机可能跳闸。
原因定子线圈漏水或者渗水造成绝缘下降；引出线运行中产生的震荡，导致绝缘受损；机内结露导致接地；轴瓦漏油，导致绝缘下降；主变低压侧绕组或高压厂变高压侧绕组单相接地时等。
处理（1）若“发电机定子接地”伴随“发电机内有油水”先后报警，则应将发电机紧急停机。
（2）定子接地保护发信尚未跳闸时，应立即对主变低压侧、高厂变高压侧、封闭母线、发电机出口PT、励磁变压器进行外观检查，联系检修人员对发电机中性点配电变压器二次电压、出口PT二次电压进行测量。
失步保护
3.15 发电机失步保护3.15.1保护原理发电机失步保护采取电阻直线多区域特性。
其特性如下图3-15-1。
图中，t X 为变压器电抗（已归算到发电机机端侧），S R 为电阻边界定值，j R 内部自动调整为2S R 。
图3-15-1 发电机失步保护的多区域特性对图3-15-1的说明如下：（1）系统正常运行时，测量阻抗S R >，不会进入2~5区内；（2）发电机增速失步时，测量阻抗会依次穿过1区、2区、3区、4区、5区、6区，经过每个区的时间都大于一个T ∆；（3）发电机减速失步时，测量阻抗会依次穿过6区、5区、4区、3区、2区、1区，经过每个区的时间都大于一个T ∆；（4）系统故障时，测量阻抗会突然落入2~5区（或者就在2～5区以外），而不会依次穿过1区、2区、3区、4区、5区、6区。
发电机失步后，失步保护发出失步信号。
若测量电抗小于t X ，则说明振荡中心落在发变组内，此时，由控制字选择，是否经滑级次数判别再发跳闸命令。
当测量阻抗滑入1区或6区，且达到预定的滑极次数，同时，电流小于闭锁电流（bs I ）时，发出跳闸命令，这样可以避免断路器切断过大的电流。
阻抗元件电压取自发电机机端TV ，电流取自发电机机端或中性点TA 。
其它【南自：DGT801数字式发电机变压器保护装置技术说明书】南自DGT801采用的方案与CSG300A 方案类似，但是在阻抗轨迹在各区停留时间，纳南自DGT801整定更为细致一些，估计需要一些数据R整定：（1） 1区停留时间T1T1整定和振荡周期有关，应小于系统振荡时测量阻抗在该区停留的时间。
设振荡周期为OS T （具体值由调度所给出，一般为0.5至1.5秒，最低可至3秒），则振荡时在1区停留时间为：012360δδ-OS T )(2212B A X X R c t g +=-δ 整定：01213605.0δδ-=OS T T （2） 2区停留时间T2T2整定和振荡周期有关，应小于系统振荡时测量阻抗在该区停留的时间。
失步保护
Power Automation
6
Power Transmission and Distribution
为什么有必要装设失步保护 ?
西门子能源自动化 ----助您永争第一 ----助您永争第一
Xd
XTr X
N
静态系统 U= 常数 Tm 无穷大
继电保护 1. 如果发电机过长时间地向短路点提供短路电流, 那么转子将加速 并且发电机的允许功角δ perm将会越过极限值. 2. 由于发电机失去了同步, 因此在切除故障回路后发电机有功功率 输出将会发生振荡. 3. 当振荡中心落入机组时, 系统(发电机和汽轮机等)可能会产生异 常的机械应力(转矩振动)和热应力
[
]
Tm – 机械时间常数
Power Automation 5
Power Transmission and Distribution
提高系统暂态稳定的方法(确保动态稳定 提高系统暂态稳定的方法 确保动态稳定) 确保动态稳定
西门子能源自动化 ----助您永争第一 ----助您永争第一
U'p 要适当高 (同步机组运行在过励磁工况) U'N 要适当高 (电网的电压水平高) U'p 在故障时要适当高 (强行励磁) X 要适当小 (电网的电气距离短) δ perm. 要适当小 (故障切除时间短, 尤其是故障点靠近机端的情 ; , , 况下; 重合闸不成功的过程中,要优化断电时间, 以便发电机功角 的变化非常小) ) 在短路时降低原动机功率 Pmechanical (全部或者部分关闭阀门(快 关阀门)) 在短路时,通过辅助的负载阻抗(如:一定数值的电阻)提升电功率P
Power Automation
7
Power Transmission and Distribution
发变组保护原理与整定(失步失磁)
s s
XJ Group Corporation
二、失磁保护
失磁后机端阻抗变化特性
jX
P3 P2 P1
P1
jX st
P2
R
U s2 2P
XJ Group Corporation
失磁开始到静稳边界之间等有功圆
2 2 Us Us U s j 2 Z jX s jX s e 2P 2P 3I s
E
g s
机端测量阻抗为一圆周，半径为： |
E g 与 E s 同相时，Z
B
Z E g 与 E s 反相时，
A
E (Z Z ) | E 1 E E Z 1 EZ E Z E Z Z E E E 1 E E Z 1 * EZ E Z E Z *Z E E E 1 E
E
0
g
ΔE E E
g
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XJ Group Corporation
I
fh
180°
g s
360°
540°
720°
I
zd
E E 2E sin Z Z 2
Σ Σ
一、失步保护
振荡过程中电压有效值变化过程
U E
g
g
E
A
U
K
A
发电机暂态稳定
f'
f e a h d c b g
e' e a h d c' c b
发电机失步保护
发电机失步保护
1 振荡中心在大型汽轮发电机机端或发变组内部的危害
（1）可能引起锅炉灭火及炉膛爆炸
当振荡中心在发电机机端时，将造成厂用电系统电压周期性的严重降低，从而导致锅炉辅机的转速大幅度摆动，使给粉系统工作不正常，可能造成锅炉灭火及炉膛爆炸。
（2）可能造成锅炉爆管
在振荡过程中，由于汽轮机转速波动，调速器作用使进汽量波动，使锅炉的水位波动，压力及温度大幅度变化，可能致使锅炉爆管。
（3）损坏发电机
振荡电流很大，使发电机定子过热及遭受机械损伤。
（4）损坏汽轮机
在振荡过程中，汽机轴系统受一脉振转矩，可能致使汽轮机大轴损伤。
（5）可能破坏系统的稳定性
2 对失步保护的要求
（1）在第一个振荡周期内应可靠动作。
（2）能判断失步特点，即为加速失步还是减速失步，并作相应处理。
（3）能判断出振荡中心所在，当振荡中心落在机组外部时，应可靠不动作。
（4）能鉴别短路故障和非稳定性振荡，短路故障时应可靠不动作。
（5）当动作于跳闸时，应使断路器在远离功角等于1800时断开。
六非全相运行保护
发电机非全相运行时，将产生负序电流，从而产生负序的定子旋转磁场，烧坏发电机转子。
因此，对大型发电机组，应设置非全相运行保护。
非全相运行保护的逻辑框图如图53所示。
出口
图53 非全相运行保护构成框图
在图53中：
〉2I－负序过电流元件；(图错了)
K、B K、C K－发电机或发变组断路器三相常开辅助接点（断路A
器合闸时其应闭合）；
K'、B K'、C K'－发电机或发变组断路器三相常闭接点（断路器不A
合闸时，其闭合）。
大型发电机微机失步保护原理和方案_胡希同
《电机技术》２００５年第１期． 37 .摘要：分析大型发电机失步时，利用发电机端测量阻抗作的轨迹作为判据，用单透镜动作特性检测滑极次数，以比相比幅的方法确定振荡中心的位置，再按发电机端测量阻抗轨迹滑过单透镜的时间判断失步的程度，通过微机保护实现大型发电机失步保护。
关键词：单透镜振荡中心滑极次数阻抗Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｏｕｔ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅｌａｒｇｅ－ｓｉｚｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｉｌ ｏｆ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｅ－ｔｗｅｅｎ ｅｎｄｓ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｏｆ ｊｕｄｇｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｌｅｎｓｉｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｃｈｅｃｋ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｌｉｐｐｅｒ ｔｉｍｅ，ａｎｄ ｔｈｅｎ， ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｅｎｔｅｒ ｉｓ ｌｏｃａｔｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｐｈａｓｅｓａｎｄ ｅｘｔｅｎｔｓ，ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｏｕｔ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｍ ｉｓ ｄｅｃｉｄｅｄｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｉｌ ｏｆ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｎｄｓ ｄｉ－ｖｉｄｅｄ ｂｙ ｔｉｍｅ ｏｆ ｐａｓｓｉｎｇ ａｃｒｏｓｓ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｌｅｎｓ．Ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆ ｔｈｅ ｏｕｔ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ－ｓｉｚｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ｉｓ ｒｅａｌ－ｉｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｍｉｃｒｏ－ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｏｕｔ ｏｆ ＳｙｎｃｈｒｏｎｉｓｍＶｉｂｒａｔｉｏｎＳｌｉｐｐｅｒＩｍｐｅｄａｎｃｅ引言本保护适用于大型发电机－变压器组，当系统发生非稳定振荡即失步，并危及机组或系统安全时，保护器动作或跳闸或发出信号。
3失步保护
系统自动重合闸（ZCH）
1QF 3QF I段 BZT 1PT
2QF
II段
2PT
M ~ 系统接线图
M ~
id
定 子 电 流 断电 U 母 线 电 压 母联自投 UN 0.4U N
If 励 磁 电 流 IfN
Ucy 差压动作 差 拍 电 压 自保 ≈0V
灭磁
≈0V
70° 360°
n 电 机 转 速 nN
正常励磁 判据2 △If≥0.45p.u n=3
牵入同步
失（欠）励失步
判据1 Imin≤0.25p.u 灭磁
异步启动 投励
2、带励失步
2.1 产生原因：负载过重、母线电压下降
较剧，励磁调节发生严重欠励。
2.2现象及后果：COSφ严重滞后且摆动， 定子电流增大且摆动，有励磁电压（流） 但摆动。电机有异常声响并剧烈震动，会 使定、转子绕组烧毁，大轴扭曲。 2.3 保护动作原理
失步保护
1、失励失步 1.1 产生原因：供励磁的电源中断 1.2 现象及后果：COSφ严重滞后，定 子电流增大，励磁电压（流）为0,电机 无异常声 音，长时间异步运行会使定、 转子绕组烧毁。 1.3 保护动作原理 见图
If
EPA为投励后投入保护的延时时间（3秒～8秒） 计数时间T（1秒～1.5秒）计数一次，n＝3次，保护动作
If
△If≥0.45p.u 正常励磁 n=3 牵入同步 Imin≤0.25p.u 异步启动 灭磁 带励失步 投励
带励失步励磁电流波形
3、带励失步保护的投入：在投励前 保护是不投入的，在投励后经EPA 延时高压侧瞬间断电。 4.2 现象及后果：同步电动机由电动 工况转为发电工况，带有转动惯性大 的大、中型同步电动机时，断电段母 线电压仍处较高水平，如此时由ZCH 重新恢复供电，会使电机遭受非同期 冲击，造成定子绕组严重受损。 4.3 保护动作原理 4.4 励磁装置配有断电保护的接口， 但保护需外配。
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水电站发变组失步保护动作分析蒋琛１，闫涛１，张强１（１.江苏省方天电力技术有限公司，江苏南京 211100）摘要：介绍国内外主流发变组失步保护动作原理，分析一次水电站动作数据,分析了动作机理，并对同类型的失步保护应用提出建议。
关键词：水电站发变组失步保护1．引言针对江苏省内近年基建项目中大机组上的较多的情况，如扬州二厂600MW×2（已投运），华润常熟电厂660MW×2（其中1#机已投运），张家港华兴电厂395MW×2（燃机），戚墅堰电厂395MW×2（燃机），望亭电厂（395MW×2燃机），镇江电厂三期（660MW×2），常州国电（660MW×2），太仓环保电厂四期（660MW ×2）、华能太仓（660MW×2）、等厂，以及一批正在基建和已经运行的大型机组的发变机组保护都按稳定导则和设计规程的要求配置了失步保护，但也有例外的是华能南通电厂的350MW机组未配置发电机失步保护。
因此我们认为有必要对这些失步保护的性能进行研究，通过现场试验来分析这些失步保护在系统受到扰动时，是否存在不正确动作的可能行，以杜绝影响电网安全、稳定和不必要跳机的不利因素。
2．各保护原理分析LPS失步保护原理（录自GE公司LPS保护说明书）沙河电站的发变机组保护RS489中不具备失步保护的功能，故外方采用微机型线路保护LPS（为GE公司的早期产品，需要说明的是：用于线路保护的失步判别元件主要是防止线路保护的阻抗元件发生误动，当系统发生扰动，即使失步判别元件误动，也只是短暂闭锁这套线路保护，而用于大型发变机组和水轮机组的失步保护则是不允许这种不应该的误动）中的振荡闭锁元件作为水轮机组的失步保护。
其动作逻辑见图2-1。
当系统发生振荡，且阻抗轨迹进入OUTER 动作特性圆（图2-1）后，与门AND61的一个输入来自OUTER，另一输入来自MIDDLE从或门OR61输入，如果阻抗轨迹在OUTER和MIDDLE中间停留的时间超过时间启动整定值TLOS1后，则TLOS1动作并使得AND61的一个输入为1，只要OUTER动作，TLOS1就将一直保持在动作状态。
当发生短路故障，由于OUTER，MIDDLE 同时动作，MIDDLE动作信号通过NOT61闭锁，TLOS1将不动作。
图1. LPS失步保护的动作逻辑振荡的阻抗轨迹将进入MIDDLE（图2-2），但还停留在INNER外时，AND62的一个输入被TLOS1触发，另一输入则是MIDDLE本身，第三个输入则由INNER的非门NOT62决定，如果振荡引起的阻抗轨迹在MIDDLE和INNER之间的时间超过时间整定的启动值TLOS2，TLOS2输出为1，并通过OR66 OR62进行自保持。
AND62有与OUT相关联的TLOS1决定。
振荡阻抗的轨迹进入INNER（图2-2）时，AND63的一个输入是由TLOS2，另一输入则是INNER本身。
如果振荡引起的阻抗轨迹在INNER特性里面停留的时间超过整定时间值TLOS3时，TLOS3将提提供一个触发信号输入到AND64。
此时将输出跳闸命令，如整定TRIPIN_OUT＝IN，失步保护将立即输出动作于跳闸的命令。
振荡轨迹无论从哪个方向离开INNER区域时，但还在OUTER特性里面，AND64的一个输入是TLOS3，第二个输入是OUTER，第三个输入由OR64，NOT62构成，如果在INNER 圆与OUTER圆中间停留的时间超过TLOS4，TL64动作并且通过OR64，OR68自保持，TLOS4触发AND65。
如果保护设置整定TRIPIN_OUT＝OUT，保护不会跳闸，直到振荡阻抗轨迹离开OUTER 特性。
当OUTER重新RESET，AND65的第二个输入是由NOT63，AND65动作，将自保持，同时送到OR65，OST发出跳闸信号，这个输出的宽度为阻抗轨迹离开OUTER后TLOS1。
显然，从上述逻辑可以看到，当电网因故障产生扰动时，如果失步保护感受到的测量阻抗分别进入Outer，Middle，Inner动作特性圆，并分别在各圆中停留超过一定的时间，那么失步保护在阻抗轨迹离开Outer圆的时候就会动作，导致失步保护误动。
图2. LPS失步保护的阻抗特性圆通过对沙河电站的保护动作行为的分析，我们看到沙河电站使用的LPS失步保护如图3-3所示，存在着无法区分振荡是穿越性振荡(轨迹1、2)还是恢复性振荡（轨迹3,4），也无法区分振荡中心是发生在发变机组范围内还是系统内的问题。
图3.不同类型振荡失步的阻抗轨迹G 60失步保护原理图4. G 60失步保护的动作逻辑从图2-4所示的逻辑可知，G 60失步保护虽然向用户提供了如图3-5、6和7的几种整定特性，但动作逻辑与LPS失步保护的逻辑功能几乎是一样，同样也存在不能区分振荡类型的问题。
图5. G 60圆特性失步继电器特性图6. G 60遮挡器失步继电器特性图7. G 60四边形失步继电器特性南自凌伊公司DGT-801发变机组的失步保护原理（摘自DGT-801说明书）构成原理DGT801A 型装置中提供的失步保护，反应发电机机端测量阻抗的变化轨迹，动作特性为双遮挡器。
见图3-8所示。
图8. DGT801A 发电机失步保护动作特性及过程图在图3-8中的Xt ——电抗整定值； R1、R2、R3、R4——电阻整定值；XB =Xs+Xt （Xs ——系统电抗；Xt ——主变电抗）；dA X X '-=（d X '——发电机暂态电抗）。
由图3-8可知：电抗线R1、R2、R3、R4及Xt 将阻抗复平面分成0~4共5个区域。
当发电机失步后，机端测量阻抗较缓慢地从+R 向-R 方向变化，且依次由0区→I 区→II 区→III 区→IV 区穿过时，判断为加速失步；而当测量阻抗由-R 方向向+R 方向变化，且依次穿过各区时，就判断为减速失步。
如上所述，测量阻抗依次穿过五个区后记录一次滑极。
当滑极次数累计达到整定值时，便发出跳闸命令。
引入保护的电压为机端电压互感器三相电压，电流为发电机电流互感器三相电流。
逻辑框图双遮挡器原理的失步保护逻辑框图如图3-9所示。
图9. 失步保护逻辑框图由上面的分析可知，机端测量阻抗依次穿过5个区域后，才记录一次滑极，而当测量阻抗轨迹穿越几个区之后以相反的方向返回，则不计滑极。
这样就有效的将发电机失步与可恢复性的摇摆区分开来。
当振荡中心落在线路上时，由于机端测量阻抗轨迹在图3-8中的电抗Xt之上变化，故保护装置不计滑极数。
另外，当系统发生短路故障时，机端测量阻抗变化极快，失步保护不会动作。
南瑞继保公司RCS－985发变机组失步保护原理（摘自RCS－985说明书）失步保护只在失步振荡情况下动作。
失步保护动作后，由系统调度部门根据当时的情况采取解列、快关、电气制动等技术措施，只有振荡中心位于发变机组内部或失步振荡持续时间过长、对发电机安全构成威胁时，才作用于跳闸，而且应在两侧电动势相位差小于90°的条件下使断路器跳开，以免断路器的断开容量过大。
RCS－985失步保护特性由以下三部分组成：RjxZcZaZbOLUORIRIL3211DL RΦα图10. RCS-985失步保护动作特性遮挡器特性的整定：Φ＝80°～85°vgnagnSa nSnUXZ⨯⨯⨯=2vgnagndb nSnUXZ⨯⨯⨯-=2'vgnagncc nSnUXZ⨯⨯⨯⨯=29.0式中：Xd’、Xs、Xc分别为发电机暂态电抗、主变电抗、系统联系电抗标幺值（基准容量为发电机视在功率）；Φ为系统阻抗角。
Ugn、Sgn、为发电机额定电压和额定视在功率；an、vn为电流互感器和电压互感器变比。
α角的整定barZZZ+-︒=2arctan2180α式中：min.3.11LrRZ≤，min.LR为发电机最小负荷阻抗，建议整定120°电抗线Zc 的整定电抗线是失步振荡中心的分界线，一般选取变压器阻抗Zt 的0.9倍。
跳闸允许电流的整定装置自动选择在电流变小时作用于跳闸，跳闸允许电流定值为辅助判据，根据断路器允许遮断容量选择。
失步保护滑极定值的整定振荡中心在区外时，失步保护动作于信号，滑极可整定2～15次，动作于跳闸。
振荡中心在区内时，滑极次数一般整定2次。
从上面可以看出，RCS-985能区分恢复性振荡与发散性振荡，并且还能区分振荡中心在系统还是在发变组保护内部。
北京四方公司发变机组失步保护原理（摘自四方发变机组保护说明书）保护构成原理发电机失步保护采取电阻直线多区域特性。
其特性如图3-11。
图中Xt 为变压器电抗（已归算到发电机机端侧），Rs 为电阻边界定值，Rj 内部自动调整为2S R 。
图11.发电机失步保护的多区域特性对图11的说明如下：系统正常运行时，测量阻抗>Rs ，不会进入2~5区内；发电机增速失步时，测量阻抗会依次穿过1区、2区、3区、4区、5区、6区，经过每个区的时间都大于一个T ∆；发电机减速失步时，测量阻抗会依次穿过6区、5区、4区、3区、2区、1区，经过每个区的时间都大于一个T ∆；系统故障时，测量阻抗会突然落入2~5区（或者就在2～5区以外），而不会依次穿过1区、2区、3区、4区、5区、6区。
发电机失步后，该保护将发出失步信号。
若测量电抗小于Xt ，则说明振荡中心落在发变机组内，此时，由控制字选择，是否经滑级次数判别再发跳闸命令。
当测量阻抗滑入1区或6区，且达到预定的滑极次数，同时，电流小于闭锁电流（Ibs ）时，发出跳闸命令，这样可以避免断路器切断过大的电流。
阻抗元件电压取自发电机机端电压互感器，电流取自发电机机端或中性点电流互感器。
1.1.1 保护动作逻辑跳闸放试验根据以上分析，我们对G 60的失步保护进行了现场试验，并将沙河电站05年1月4日所记录到的故障录波数据进行相应修改，使发电机机端测量阻抗能进入G60失步阻抗的三个动作圆，并将G 60中失步保护的整定值和LPS 中的整定值相对应，利用等同于沙河电站的跳机当时的实际条件，通过故障回放来考核G 60失步保护的动作特性。
G 60失步保护的整定值如下表：通过G 60的后台软件可以看到失步保护整定的阻抗圆特性如图3-13.所示。
图13.G 60失步保护中的三个阻抗特性在enter Vis电流互感器软件中定义保护的设定四个显示LED灯，分别指示Outer（绿线区域），Middle（兰线区域），Inner（红线区域），以及Trip（跳闸）的状态。
手动模拟系统振荡试验，测试G 60失步保护的动作行为将输入电流设为固定：1504,904,304∠=-∠=∠=cBAIII，改变输入电压的大小。