从保护试验中认识失磁保护

从保护试验中认识失磁保护

失磁保护：发电机失磁保护是发电机继电保护的一种。

定义：是指发电机的励磁突然消失或部分消失，当发电机完全失去励磁时，励磁电流

将逐渐衰减至零。由于发电机的感应电势Ed 随着励磁电流的减小而减小，因此，其励磁转

矩也将小于原动机的转矩，因此引起转子加速，使发电机的功角δ增大。当δ超过静态稳

定极限角时，发电机与系统失去同步，此时发电机保护装置动作于发电机出口断路器，是发

电机脱离电网，防止发电机损坏和保护电网稳定运行，这种保护叫失磁保护。

关于失磁保护，大家可以简单理解成发电机没有励磁后，由发电机转变成电动机，发电机

机端测量阻抗，失磁前在阻抗平面R——X坐标第一象限，失磁后测量阻抗的轨迹沿着等有

功阻抗圆进入第四象限。随着失磁的发展，机端测量阻抗的端点落在静稳极限阻抗圆内，

转入异步运行状态。具体失磁过程见附件2.

测试对象：3080（V2.0D）发电机保护装置

测试仪器：昂立测试仪

失磁保护定值定值： Xa 5.77Ω Xb 17.31Ω延时0.4S

(1)动作精度

实验方法：测试仪加电压UA 57.74V 0° UB 57.74V 240° UC 57.74V 120°，

A：保持IA 90°、IB 310°、IC 210°角度不变，增加电流幅值，步长0.5A，记录动作数

据

(理论值电流从3.33到10为动作区。Imax=57.74/5.77=10 Imin=57.74/17.31=3.33)

B：保持IA、IB、IC 幅值5.774A不变，增加电流角度，步长10度，记录动作值，继续增

加角度

直至复归，记录复归值。（理论值IA从60度到120度为动作区）

说明：

A组值将电流从3.33增加到10，对应阻抗从17.31减小到5.77 从下图中为阻抗值沿JX 负半轴从1点上升到2点，对应失磁保护从开始启动到复归动作。

B组电流幅值保持5.774，对应阻抗Z=UA/IA =57.74/5.774, 即幅值保持10欧姆，增加电流角度，则Z从第一象限向第四象限旋转，如图中黄色线所示，当A相电流角度增加60度，到达3点，与动作圆相切，继续增加进入失磁保护动作区，当增加角度超过120度时，超出4点，出动作区，失磁保护复归。

附件1：保护装置失磁保护逻辑图

采用异步边界阻抗圆，由电抗Xa与电抗Xb确定其动作区（圆内），如下图：

为防止PT断线时失磁保护的误动，增加了电压闭锁条件：当U2>0.2Un（相电压）或U1<0.2Un（线电压）时闭锁保护。

注：电流方向以流出发电机为正。

附件2：发电机失磁保护

一、什么是发电机的失磁及失磁的原因

发电机正常运行过程中，励磁突然全部或者部分消失，称为发电机失磁。

发电机运行过程中突然失磁，主要是由于励磁回路断路所引起。一般励磁回路的断路，是由于灭磁开关受振动而跳闸、磁场变阻器接触不良、励磁机磁场线圈断线、整流子严重冒火以及自动电压调整器故障等原因所引起。

二、发电机失磁的电气特征和机端测量阻抗（等有功阻抗圆、静稳极限阻抗圆和异步边界

阻抗圆）特征

1、发电机失磁的电气特征

发电机失磁过程的特点：

（1）发电机正常运行，向系统送出无功功率，失磁后将从系统吸取大量的无功功率，使机端电压下降。当系统缺少无功功率时，严重时可能使电压降到不允许的数值，

以致破坏系统稳定。

（2）发电机电流增大，失磁前送有功功率愈多，失磁后电流增大愈多。

（3）发电机有功功率方向不变，继续向系统送有功功率。

（4）发电机机端测量阻抗，失磁前在阻抗平面R——X坐标第一象限，失磁后测量阻抗的轨迹沿着等有功阻抗圆进入第四象限。随着失磁的发展，机端测量阻抗的端

点落在静稳极限阻抗圆内，转入异步运行状态。

2、发电机失磁的机端测量阻抗

发电机从失磁开始到进入稳定的异步运行，一般可分为三个阶段：

（1）发电机从失磁到失步前：发电机失磁开始到失步前的阶段，发电机送出的功率基本保持不变，而无功功率在这段时间内由正值变为负值。发电机端的测量阻

抗为

Z=Us²/2P+jXs+ Us²/2P*ej2¢

¢=tg-1Q/P

式中P——失磁发电机送至无限大系统的有功功率；

Q——失磁发电机送至无限大系统的无功功率；

Xs——系统电抗，包括变压器和线路的电抗。

P、Us、Xs为常数，不随时间变化，而Q随时间变化，则φ也随时间变化，故在机端阻抗平面上是一个圆方程，称为等有功圆，圆心和半径分别为

[Us²/2P，Xs]，Us²/2P

（2）静稳极限点：设发电机的Ed与系统Us的夹角为δ。当δ被加速拉大到90°时，发电机处于失去静态稳定的临界点。汽轮发电机殿的测量阻抗为

Z=-j(Xd-Xs)/2+j(Xd+Xs)*ej2¢/2

式中Xd——发电机纵轴同步电抗。

在机端阻抗平面上是一个圆方程，称为静稳极限阻抗圆，其圆周表示不同有功功率P 在静稳极限点的机端测量阻抗的轨迹，圆内为失步区。其圆心和半径分别为

[0，-j(Xd-Xs)/2]，(Xd+Xs)/2

（3）失步后的异步运行阶段：异步运行时机端测量阻抗与转差率s有关，当转差率s 由–∞→+∞变化时，机端测量阻抗变化的轨迹一定在下述阻抗圆内，其圆心和

半径分别为

[0，-j(Xd-Xdˊ)/2]，(Xd+ Xdˊ)/2

式中Xdˊ——发电机纵轴暂态电抗。

该圆称为异步边界阻抗圆

对于发电机——变压器组，当发电机失磁后自系统吸取大量无功功率，在联系电抗Xs 上有较大的电压降落，致使发电机电压及主变压器高压侧电压下降。根据分析，若保持变压器高压侧电压为恒定，改变有功功率和无功功率，则机端测量阻抗的轨迹是一个圆，称为等电压圆，圆心和半径分别为

{ 0，[Xt-K²(Xt+Xs)]/ }，K /(1- K²)√Xs²-(1- K ²) Xt²