失磁保护(讲课资料)

低励、失磁保护

应掌握的知识点：

1、什么是失磁？

2、失磁后，发电机的运行状况如何变化？或者说发电机开始失磁（在未超过静稳极限之前）的现象？

3、失磁保护有哪些判据？（看说明书，先记住这些判据的名称，原理可以先不看）

4、发电机失磁对系统和发电机本身有什么影响？

5、发电机失磁后，机端测量阻抗大致如何变化？（先了解）

一、定义

失磁保护，有时候也叫低励保护。但从更加确切的定义上讲，低励：表示发电机的励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流；（发电机要向外送这么多有功，必须要有相应的励磁电流来维持，励磁电流太低，连静稳极限都维持不了的时候，就叫低励。

而失磁：表示发电机完全失去励磁。发电机低励、失磁，是常见的故障形式，特别是大型发电机组，励磁系统的环节比较多。增加了发生低励、失磁的机会。

二、失磁的过程

正常运行时，转子的旋转磁场，与定子绕组中电流产生的交变磁场，两者耦合到一起，同步旋转，转子磁场起推动力的作用，定子绕组中电流产生的交变磁场起制动力的作用，两者大小相等，同步旋转，把原动机的能量，通过磁场传到三相系统中去。

而低励、失磁时，转子中的磁场就减小，最后没有了，相当于转子用来推动定子交变磁场旋转的磁场减小、甚至没有了，相当于将“原动机的能量”转换成“三相交流系统中的电能”的媒介减小、甚至没有了，那么原动机的能量就只能转换成转子的机械能，所以转子的转速要加快。

以下为补充：

励磁与有功、机端电压的关系（纯属个人理解，仅供参考）

有功增加了 在机端电压不变的情况下 定子电流就会增加，定子电流增加的话 就会使机端电压下降， 为了保持机端电压的恒定就会增加励磁电流来稳定电压，励磁电流只调节无功，但无功和有功要满足功率圆。可能会出现在无功一定的情况下有功无法调节。

就是说在有功增加的情况下励磁电流会变大的有功减小的话励磁电流也会相应的减小。

也就是说，增加励磁电流，可以增加发电机输出的无功Q ，也会使发电机的输出电压升高；反之，则相反。而励磁电流与有功P 之间无必然的联系。

差不多吧，有功增加会使发电机产生去磁作用，这个时候发电机电压会降低，发电机会失磁，无功就要相应的增加。

理论上调整有功，无功会跟着变化，增加无功，有功不随着无功变化。

单台发电机对于无穷大系统而言，发电机输出的有功、无功的表达式为如下，式中，各参数的定义与上面补充部分的定义相同。但下式成立的条件是xd=xq （此时xd Σ=xq Σ），即对于隐极发电机，才成立，对于凸极机，不成立。

200sin =cos s s s E U E U U P Q X X X ΣΣΣδ δ-

式中，P 为发电机的有功，E0为发电机的机端电压；Us 为系统电压，X Σ为包括发电机在内的整个系统的电抗，δ为转子磁场与定子绕组的电枢磁场的夹角（也可理解为机端电压与无穷大系统电压之间的夹角）。

对于水轮发电机：

d轴：直轴（横轴），磁极轴线，转子上是一个大齿；

q轴：交轴（相轴、时轴），相邻两极之间的中心线，都是些小齿。

因此，Xd与Xq不可能完全相等，Xd＞Xq。

发电机的机端电压E0与励磁电流If是成线性关系的，失磁过程中，励磁电流减小，引起机端电压E0降低（无功功率降低），但是失磁后，由于转子转速加快，δ会变大（δ的改变比E0的改变慢），在一定范围内，sinδ变大，cosδ，所以：“机端电压E0降低”与“sinδ变大”二者是相互补偿的作用，所以在失磁初始阶段，有功功率P先减小，后增加，来回波动，但有功P的平均值变化不大；而无功功率Q则持续下降，甚至向系统吸收无功（E0降低、cosδ降低）；由于机端电压E0降低（在超过静稳极限后，机端电压讲大幅下降），因此，机端电流I先降低，后面有功P增加后，I也会回升。

具体各电气参数如上图所示。

综上，发电机开始失磁（在未超过静稳极限之前）的现象如下：

①无功功率Q在连续下降，甚至从正值变成负值；

②机端电压E0在连续下降；

③机端电流I在上升（先下降、后上升）；

④有功功率P有波动（先下降、后上升），但平均值变化不大。

这个时候，发电机仍能向系统输送有功P，但由于无功Q降低，甚至吸收无功，机端电压要下降，因此需要本厂其他无故障的机组，或者其他厂无故障的机

组多发一些无功功率，以维持系统电压。

当功角δ＞180°以后，发电机完全失步，有功P已变为负值，即发电机吸收有功，发电机在系统电压的作用下，作电动机运转，定子电枢磁场已不再是对转子磁场起制动作用，而是和转子上的原动力矩一起，共同驱使发电机加速旋转，很快使δ＞360°，开始一个新的旋转周期，发电机输出的有功功率、无功功率、定子电流、转子电流和电压均呈现不同程度的振荡，但定子机端电压手系统电压的牵制，因此波动比较平稳。

三、失磁后的发电机机端测量阻抗轨迹

以下内容针对汽轮发电机而言：满负荷稳定运行时，发电机运行在A点，以

失磁开始为0s，约5s后无功功率反向，机端测量阻抗轨迹开始进入-x的第四象限；10s以后，机端测量阻抗轨迹在C区摆动；若将有功负荷减到额定功率的60%，则机端测量阻抗轨迹在D区摆动；若将有功负荷减到额定功率的40%，则机端测量阻抗轨迹稳定在B点附近，失磁机组进入稳定异步运行。

1、失磁初始阶段（在失去静态稳定之前）的阻抗轨迹：等有功阻抗圆

等有功的概念：前面已经分析，在失磁初始阶段（在失去静态稳定之前），发电机有功功率P虽然在波动，但其平均值差不多是不变的，因此叫等有功。

现在就假定输出有功功率P（这里用Ps表示）基本不变，来分析机端测量阻抗Z的轨迹。

失磁初始阶段（在失去静态稳定之前）的阻抗轨迹就是等有功圆，静稳极限破坏之后，阻抗轨迹才偏离等有功圆进入第三、四象限。

图6-3-3给我们的启发：

①如果失磁发电机与无穷大系统的连接电抗Xs越大（即发电厂与系统联系很薄弱，远离系统中心），则等有功圆就要沿着jx轴往上偏移，因此失磁后的机端测量阻抗轨迹也整体往上偏移，即位于阻抗平面的上部区域，就不容易进入第三、第四象限，而失磁阻抗圆的动作区在第三、第四象限，所以此时失磁保护可能拒动。

②失磁以前，发电机带的有功Ps越大，则失磁后机端测量阻抗轨迹圆的圆心越靠近原点（从式6-6-3a可知），失磁后的机端测量阻抗轨迹（即等有功圆）越小，同理，就不容易进入第三、第四象限，而失磁阻抗圆的动作区在第三、第