发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调
同步发电机失磁异步运行分析与处理
159FORTUNE WORLD 2009.3同步发电机失磁异步运行分析与处理任纯榕 宁波镇海热电厂有限公司1 引言发电机在运行过程中，由于某种原因失去励磁电流，使转子的励磁磁场消失，被称作为发电机失磁。
若失磁后的发电机不从电网上解列，仍带有一定的有功功率，以某一滑差率与电网保持联系，这种特殊的运行方式，称之为发电机异步运行。
从提高供电电网的可靠性和不使故障扩大到整个系统的观点看，整体式转子的汽轮发电机在失去励磁后，最好不立即从系统中断开，维持在电网上运行一段时间，使我们有可能查出去励磁的原因并及时恢复励磁，即将主励磁机切换为备用励磁机供励，或将发电机的负荷转移到其它发电机上去。
因此，在处理励磁系统故障时，需要将发电机作短时的失磁异步运行。
发电机失去励磁的原因很多，往往是由于励磁系统发生某些故障引起的。
一般在同轴励磁系统中，常由于励磁回路断线，如转子回路断线、励磁机电枢回路断线、励磁机励磁绕组断线、自动灭磁开关受振动或误碰掉闸、磁场变阻器接头接触不良等造成励磁回路开路，以及转子回路短路和励磁机与原动机在联接对轮处的机械脱开等原因造成开路。
2 失磁异步运行的工作原理发电机失去励磁后，由于励磁绕组电感较大，励磁电流If及其产生的磁通φf，将按指数规律衰减到零，如图1所示，在励磁电流If减少时，电势Ef也随着减少，功率极限也随之下降，如图2所示。
功角θ将增大，定子合成磁场与转子磁场间的吸引减少。
发电机的转子力矩平衡关系将随着电磁力矩的下降而打破。
由于原动机主力矩未变，所以转子将获得使其加速的过剩转矩。
当励磁电流If减少时到θ角大于90㎜时，转子就可能超出同步点而失步，进入异步运行状态。
图1励磁电流衰减曲线图2 转矩、电势与功角θ的关系发电机失磁进入异步运行状态，由电网向发电机定子送入励磁电流，此电流在定子内感应出电势E，同时在气隙内产生旋转磁场。
由于转子转速超过同步转速，转子与旋转磁场间发生相对运动，其转差n1-n=Sn1(n1为定子磁场的同步转速，n为转子失磁后的转速)，转子以转差Sn1的速度切割定子旋转磁场。
发电机失磁保护的原理及调试方法
发电机失磁保护的原理及调试方法摘要:本文概述了60MW发电机失磁保护的原理及保护装置的调试方法。
[关键词]发电机失磁保护原理调试方法前言：东莞中电热电厂I期工程2×180MW机组,汽轮发电机采用无刷交流励磁机系统。
实践表明它容易产生失磁故障。
发电机失磁后，转入异步运行要从系统吸收大量的无功功率，如系统无功储备不足将引起系统电压下降，甚至造成电压崩溃，从而瓦解整个系统。
由于发电机从电网中大量吸收无功功率，影响并限制了发电机送出的有功功率。
失磁后，发电机转入低滑差异步运行，在转子及励磁回路中将产生脉动电流，因而增加了附加损耗，使转子和励磁回路发热。
因此，为了保证发电机安全运行增设了失磁阻抗保护。
该保护以机端视在阻抗反映低励失磁故障，不需引入转子电压（无刷励磁的发电机）。
根据失磁过程中的机端阻抗的变化轨迹，采用阻抗原理的保护作为发电机的低励或失磁故障保护，反映发电机励磁回路的部分失磁（低励）和全部失磁。
1.保护原理:1.1发电机发生低励，失磁故障后，总是先通过静稳边界，然后转入异步运行，进而稳态异步运行。
根据这一原理，失磁保护由两个阻抗圆构成，一个为静稳边界阻抗圆，另一个为稳态异步边界阻抗圆。
失磁保护的阻抗继电器将位于阻抗平面的第三，第四象限，阻抗特性圆圆心在-X轴上，两个圆相切于-Xd。
特性曲线如图：1.2静稳阻抗圆通过+X轴的联系阻抗Xst和-X轴的-Xd，为防止非低励失磁工况下误动作，静稳阻抗圆只取图中实线的区域，消除第一，第二象限的动作区。
静稳阻抗圆动作后，经较长时间t1动作于信号。
1.3稳态异步阻抗圆的大小和位置是发电机的暂态电抗X’d和同步电抗Xd为基准的。
异步阻抗圆动作后，如果此时是单机与系统并列运行，系统无功储备又不足时，将会严重危害系统电压安全，系统电压下降，故此需引入系统三相同时低电压判据，Z2和三相同时低电压经“与”逻辑后，经短延时t3动作停机。
若多机运行，系统无功储备丰富，系统电压受影响不大，电压下降不多时，此时阻抗Z2动作经较长延时t2出口停机。
发电机失磁保护误动作分析处理
发电机失磁保护误动作分析处理由发电机失磁故障引发系统性生产事故，一旦发生失磁，發电机组必须尽快解列切除，确保供电系统安全运行。
另发电机组突然解列跳机，对于水轮发电机，由于平均异步转矩最大值小，以及转子在纵轴和横轴方面不对称，在重负荷下失磁运行时，也将出现类似情况，这种情况下将有很大甚至超过额定值的电机转矩周期性地作用到发电机的轴系上，并通过定子传递到机座上，此时，转差也作周期性变化，其最大值可能达到4%～5%，发电机周期性地严重超速。
这些情况，都直接威胁着机组的安全。
对火电机组，又会严重危及锅炉系统、汽轮机系统和煤气系统的安全运行。
本文针对发电机失磁保护误动作分析处理开展分析。
标签：失磁保护;失磁故障;发电机运行1、失磁保护动作情况说明发电机在失磁保护动作后，电气检修人员立即到现场对失磁跳闸原因进行检查，发变组保护装置、励磁系统及其他电气设备无故障情况发生，发电机确实失磁，保护动作正确。
调取了故障录波器故障波形，进一步分析失磁原因，具体波形见图1：图1 故障滤波图通过故障录波器我们可以看出，在发电机失磁t2t3保护动作前1.763秒，励磁电流突然下降，随之励磁电压也随之下降，在失磁保护动作后2.5秒，发电机出口断路器断开。
检查DCS后台记录，在励磁电压和电流降低时，发电机各项指标正常，发电机有功和无功功率也正常，并无异常波动，在发电机保护去断开发电机出口断路器的同时，灭磁开关也同时断开。
2、失磁动作原因的初步分析与排除发电机失磁指发电机正常运行下，励磁系统调节异常或故障使励磁电压异常降低或消失，从而导致发电机与系统间失步。
根据现场运行情况，可能出现失磁原因有以下4 种。
（1）发电机转子清扫后，发电机振动增大引起碳刷打火，碳刷夹多处频繁断裂。
（2）定值变更后，定值计算错误。
（3）励磁调节系统已使用多年，存在一定故障的可能性。
（4）微机继电保护装置已使用多年，存在一定故障的可能性。
基于上述原因，通过改善发电机振动，减少碳刷打火、碳刷夹断裂情况，请设计院重新计算保护定值、励磁系统进行各项运行检查试验、微机继电保护装置进行试验后，失磁动作仍然未消除。
发电机失磁、震荡运行的处理—讲义
发电机失磁、震荡运行的处理讲义1发电机失磁的事故处理同步发电机失去直流励磁，称为失磁。
发电机失磁后，经过同步振荡进入异步运行状态，发电机在异步运行状态下，以低滑差s与电网并列运行，从系统吸取无功功率建立磁场，向系统输送一定的有功功率，是一种特殊的运行方式1.1发电机失磁的原因：引起发电机失磁的原因有励磁回路开路，如自动励磁开关误跳闸；励磁调节装置的自动开关误动；转子回路断线；励磁机电枢回路断线；励磁机励磁绕组断线；励磁机或励磁回路元件故障，如励磁装置中元件损坏；励磁调节器故障；转子滑环电刷环火或烧断；转子绕组短路；失磁保护误动和运行人员误操作等。
1.2发电机失磁运行的现象：1.2.1中央音响信号动作，“发电机失磁”光字牌亮。
1.2.2转子电流表的指示等于零或接近于零。
转子电流表的指示与励磁回路的通断情况及失磁原因有关，若励磁回路开路，转子电流表指示为零；若励磁绕组经灭磁电阻或励磁机电枢绕组闭路，或AVR、励磁机、硅整流装置故障，转子电流表有指示。
但由于励磁绕组回路流过的是交流（失磁后，转子绕组感应出转差频率的交流），故直流电流表有很小的指示值。
1.2.3转子电压表指示异常。
在发电机失磁瞬间，转子绕组两端可能产生过电压（励磁回路高电感而致）；若励磁回路开路，则转子电压降至零；若转子绕组两点接地短路，则转子电压指示降低；转子绕组开路，转子电压指示升高。
1.2.4定子电流表指示升高并摆动。
升高的原因是由于发电机失磁运行时，既向系统送出一定的有功功率，又要从系统吸收无功功率以建立机内磁场，且吸收的无功功率比原来送出的无功功率要大，使定子电流加大。
摆动的原因是因为力矩的交变引起的。
发电机失磁后异步运行时，转子上感应出差频交流电流，该电流产生的单相脉动磁场可以分解为转速相同、方向相反的正向和反向旋转磁场，其中，反向旋转磁场以相对于转子sn1的转速逆转子转向旋转，与定子磁场相对静止，它与定子磁场作用，对转子产生制动作用的异步力矩;另一个正向旋转磁场，以相对于转子sn1的转速顺转子转向旋转，与定子磁场的相对速度为2 sn1，它与定子磁场作用，产生交变的异步力矩。
18 防止继电保护事故题库
18 防止继电保护事故一.填空：1.220kV及以上主变压器及新建100MW及以上容量的发电机变压器组应按双重化配置(非电气量保护除外)保护。
2.保证继电保护操作电源的可靠性，防止出现二次寄生回路，提高继电保护装置抗干扰能力。
3.两套保护装置的交流电流应分别取自电流互感器互相独立的绕组；交流电压宜分别取自电压互感器互相独立的绕组。
其保护范围应交叉重叠，避免死区。
4.双重化配置的两套保护装置之间不应有电气联系。
与其他保护、设备(如通道、失灵保护等)配合的回路应遵循相互独立且相互对应的原则，防止因交叉停用导致保护功能的缺失。
5.采用双重化配置的两套保护装置应安装在各自保护柜内，并应充分考虑运行和检修时的安全性。
6.继电器和保护装置的直流工作电压，应保证在外部电源为80～115%额定电压条件下可靠工作。
7.智能变电站的保护设计应遵循相关标准、规程和反事故措施的要求。
8.双母线接线变电站的母差保护、断路器失灵保护，除跳母联、分段的支路外，应经复合电压闭锁。
9.非电量保护及动作后不能随故障消失而立即返回的保护(只能靠手动复位或延时返回)不应启动失灵保护。
10.发电厂升压站监控系统的电源、断路器控制回路及保护装置电源，应取自升压站配置的独立蓄电池组。
11.继电保护装置的配置和选型，必须满足有关规程规定的要求，并经相关继电保护管理部门同意。
保护选型应采用技术成熟、性能可靠、质量优良的产品。
12.依照双重化原则配置的两套保护装置，每套保护均应含有完整的主、后备保护，能反应被保护设备的各种故障及异常状态，并能作用于跳闸或给出信号。
13.有关断路器的选型应与保护双重化配置相适应，220kV及以上断路器必须具备双跳闸线圈机构。
两套保护装置的跳闸回路应与断路器的两个跳闸线圈分别一一对应。
14.应根据系统短路容量合理选择电流互感器的容量、变比和特性，满足保护装置整定配合和可靠性的要求。
15.并网发电厂均应制定完备的发电机带励磁失步振荡故障的应急措施，300MW及以上容量的发电机应配置失步保护。
发电机失磁保护与低励磁限制的配合方法_贾文双
Matching Method of Loss-of-excitation Protection and
Low Excitation Limitation for Generator
Jia Wen-shuang1 ，Yue Lei1 ，Cuo Mu2 ，Yang Yong-jun2 ，Gao Jun3
r2 ＞ a2 + b2
（ 6）
Pa + Qb ＞ U2 r2 = a2 + b2 2
（ 7）
（ P + r2
U2 a － a2 －
b2 ）
2
+ （ Q + r2
U2 b － a2 －
b2 ）
2
＜
（
r2
U2 r － a2 －
b2 ）
2
r2 ＜ a2 + b2
（ 8）
上述推导表明： （ 1） 只要失磁保护阻抗是按
（ 2）
X
=
U2 Q P2 + Q2
预防发电机失磁、失步措施
预防发电机失磁、失步措施发电机失磁、失步是发电机运行中常见的故障形式，一旦保护拒动将对发电机及系统造成较大影响。
为防止此故障发生，特制定本措施。
一、失磁、失步定义：失磁：发电机失磁是指发电机的励磁电流突然全部消失或部分消失。
失步：发电机失磁后造成震荡，震荡幅度变大，功角增大，直至脱出稳定运行，使发电机失去同步，进入异步运行。
二、失磁的原因：1、转子绕组故障2、励磁机故障3、自动灭磁开关误跳闸4、及回路发生故障三、失磁的危害：对自身危害：1、使转子和励磁回路过热，严重时可使转子烧毁。
2、失磁后吸收无功使定子过热。
3、机组振动增大、铁芯过热。
对系统危害：1、从系统吸收无功，威胁系统稳定运行，严重时导致系统瓦解。
2、强励可能动作，引起过电流。
四、失磁处理：1、检查厂用电是否切换，如果未切换作相应处理。
2、发电机失磁，而失磁保护没有动作，系统电压低至极限值时应立即手动打闸停机。
3、如果系统电压低应联系值长增加其它发电机的无功出力，防止电网瓦解。
五、失步处理：1、在发电机电压允许的前提下尽可能增加发电机的无功。
2、如果系统频率正常可适当降低发电机的有功。
3、采取上述措施后仍不能恢复同步，失步保护不动作时如威胁设备安全时，应将失步的发电机与系统解列。
4、如由于发电机失磁引起系统振荡而失磁保护不动作时，应立即将失磁的发电机解列。
六、防止失磁、失步措施：1、各值做好发电机失磁、失步的事故预想，防止事故扩大。
2、巡检时注意检查各保护装置工作正常。
3、巡检时检查励磁系统各保险、开关正常，系统无异常报警。
4、运行中加强励磁碳刷的检查。
5、励磁系统操作严格执行监护制度。
6、机组大小修中做励磁系统相关试验及发变组保护传动试验正常。
7、定期核对保护装置定值正确。
8、定期试验柴油发电机正常。
发电机失磁、振荡、失步
发电机失磁、振荡、失步是有何区别?出现类似情况,运行人员如何处理?运行中,由于励磁回路开路、短路、励磁电流小时或转子回路故障所引起的发电机失磁后,发电机及励磁系统的相关表记反应如下:(1). 转子电流表、电压表指示零或接近于零;(2). 定子电压表指示显著降低;(3). 电子电流表指示升高并晃动;(4). 发电机有功功率表的指示降低并摆动;(5). 发电机有功功率表的指示负值。
发电机在运行中失去励磁电流,使转子的磁场消失,这种可能是由于励磁开关误跳闸,励磁机或半导体励磁系统发生故障,转子回路断线等原因引起。
当失磁发生后,转子磁场消失了,电磁力矩减少,出现过剩力矩,脱离同步,转子与定子有相对速度,定子磁场以转差速度切割转子表面,使转子表面感应出电流来。
这个电流与钉子旋转磁场作用就产生了一个力矩,常称为异步力矩,这个异步力矩在这里也是个阻力矩,它起制动作用,发电机转子便在克服这个力矩的过程中做了功,使机械能变成电能,可继续向系统送出无功,发电机的转速不会无限制升高的,因为转速越高,这个异步力矩越大。
这样,同步发电机就相当于变成了异步发电机。
在异步状态下,电机从系统吸收无功,供定子而后转子产生磁场,向系统送出无功,如果这台电机在很小的转差下就能产生很大的异步力矩,那么失磁状态下还能带较大的负荷,甚至所带负荷不变。
这种状态要注意两点:一是定子电流不能超过额定值;二是转子部分温度不能超过允许值。
那么发电机失磁后有何不良影响呢?这个问题要分为两方面来阐述:一是对本身发电机的影响,二是对系统的危害。
对发电机的危害,主要表现在以下几个方面:(1). 由于转差的出现,在转子表面将感应出差频电流。
差频电流在转子回路中产生附加损耗,使转子发热加大,严重时可使转子烧损。
特别是直接冷却高利用率的大型机组,其热容量裕度相对降低,转子容易过热;(2). 失磁发电机转入异步运行后,发电机的等效电抗降低,由系统向发电机送出的无功功率增大。
发电机失磁保护
发电机失磁保护本文主要介绍发电机失磁产生的影响、发电机失步爱护、发电机逆功率爱护以及发电机过电压爱护。
一、发电机失磁产生的影响需要从电网中汲取很大的无功功率以建立发电机的磁场，所需无功功率的大小主要取决于发电机的参数以及实际运行的转差率。
由于从电力系统中汲取无功功率将可能引起电力系统电压下降，假如电力系统的容量较小或无功功率的储备不足，可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其它邻近点的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。
由于失磁发电机汲取了大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所能发出的有功功率将较同步运行时有不同程度的降低，汲取的无功功率越大，则降低越多。
失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子励磁回路中将产生差频电流，因而形成附加损耗，使发电机转子和励磁回路过热。
明显，当转差率越大时，所引起的过热也越严峻。
失磁后会引起发电机组的振动，凸极机振动更厉害。
二、发电机失步爱护这部分主要介绍什么是发电机失步爱护、失步爱护要求、失步爱护构成原理和出口方式。
定义：当系统受到大的扰动后，发电机或发电机群可能与系统不能保持同步运行，即发生不稳定振荡，称失步。
失步爱护要求：①失步爱护装置应能鉴别短路故障和不稳定振荡，发生短路故障时，失步爱护装置不应动作。
②失步爱护装置应能尽快检出失步故障，通常要求失步爱护装置在振荡的第一个振荡周期内能够检出失步故障。
③检出失步故障实行跳闸时，从断路器本身的性能动身，不应在发电机电动势与系统电动势夹角为180°时跳闸。
④失步爱护装置应能鉴别不稳定振荡和稳定振荡(通常发电机电动势与系统电动势间相角摆开最大不超过120°时为稳定振荡，即是可恢复同步的振荡)，在稳定振荡的状况下，失步爱护不应误动作。
失步爱护构成原理：利用两个阻抗继电器先后动作挨次反应发电机机端测量阻抗的变化。
出口方式：推断为减速失步时，发减速脉冲；推断为加速失步时，发加速脉冲；经过处理仍旧处于失步状态时，就动作于解列灭磁。
发电机励磁限制与发电机保护配合研究综述
发电机励磁限制与发电机保护配合研究综述摘要：为了保障发电机的正常运行，就必须进行发电机的励磁限制。
本文简要介绍了发电机励磁限制，并对发电机励磁限制与发电机保护配合的要求和思路进行了简要的分析，希望能够提高电力系统和发电机运行的可靠性，减少由于误强励或者误失磁而造成的发电机故障，提高我国电力系统运行的整体稳定性。
关键词：发电机；励磁限制；保护配合1.发电机的励磁限制和发电机的保护配合在电力系统发展的过程中，发电机的单机容量不断提高，电网也会受到发电机计划外解列的冲击，发电机过负荷裕度也在不断缩小，这也说明大型发电机承受过负荷的能力越来越小，这就对发电机保护设备提出更高要求，避免电网故障而造成发电机的连锁解列，使电网故障进一步加剧，甚至引起大规模停电而造成巨大的经济损失。
微机保护方式是现代大型发电机组常用的保护设备，其不仅能够应对发电机的绕组接地、匝间短路、端部短路等常规故障，而且还具有过电压保护、过激磁保护、定子过过电流保护、转子过电流保护、失磁失步保护等功能。
其中除失磁失步与发电机低励磁相关，其余则与发电机过励磁相关。
有两种原因会造成发电机过励磁：第一，由于区外故障而造成励磁系统输出了强励电流，导致励磁电流不能在保护动作之前降低。
第二，励磁系统输出了误强励磁电流。
在发电机的运行过程中，有两种原因会造成励磁系统，发出强力电流或者错误的中断电流：第一，励磁调节器的程序功能不完善，或者具有设计缺陷在发生程序中没有设计的工况下，励磁调节器发生误调节，致使发电机误失磁或误强励事故发生。
第二，励磁主设备出现故障。
其中第一个原因是主要原因，因此要避免发电机由于或误强励或者误失磁而出现的误解列故障，就必须励磁调节软件进行科学的设计。
要保障发电机能够在保护功能动作解列之前回复到正常的运行工况，就必须设计一定的励磁限制功能。
发电机组的励磁调节器具备的限制功能包括发电机空载误强励保护、发电机过激磁限制、发电机定子过电流限制、发电机转子过电流限制、发电机低励失磁限制等等，必须具备以下几个方面的要求才能达到发电机励磁限制发电机保护之间的密切配合。
专业论文汽轮发电机失磁运行分析及处理原则
汽轮发电机失磁运行分析及处理原则XX市热电厂电气分场（457000）韦XX摘要：发电机失磁故障是一种比较常见的故障，处理正确与否对于电力系统的安全稳定运行十分重要。
本文从发电机失磁异步运行的过程、表计现象、运行特点和处理原则等方面做了较为详细的论述，对于电气值班人员正确理解和处理失磁故障具有重要参考意义。
关键词：失磁暂态异步运行稳态异步运行滑差处理原则1 概述汽轮发电机失磁异步运行是指发电机失去励磁后，仍带有一定的有功功率，以低滑差与电网继续并列运行的一种特殊运行方式。
发电机失去励磁是由励磁回路短路或断路所造成的，常见的故障有主励磁机换向故障、副励磁机回路断线、自动调整励磁装置故障失灵、灭磁开关误断、滑环过热故障、转子线圈匝间短路等等。
发电机失磁后，对于大部分机组来说，都可以通过采取一些措施达到不停机而处理失磁故障的目的。
这就要求电气值班人员充分认识掌握发电机失磁后的暂态过程、表计现象、运行特点和处理原则，在失磁故障发生后，冷静果断处理，迅速查找并消除失磁故障，恢复发电机的正常运行，提高电力系统的稳定性和可靠性。
2 汽轮发电机从失磁到稳态异步运行的过程发电机失磁后，先从失磁到失步，再从暂态异步运行过渡到稳态异步运行。
2.1从失磁到失步的过程发电机在刚刚失磁的瞬间，仍处于同步运行状态（即n r=n e）,虽然此时转子励磁电压已降至零，但因转子励磁回路有比较大的电感，转子电流不可能立即减小到零，而是按照指数规律衰减到零，其衰减函数为：其中：i e(t)：为失磁后t秒时的转子电流i e(0)：为失磁瞬间（t=0）转子电流T e：为转子回路的等效时间常数在转子电流衰减的同时，发电机定子绕组感应电势将按如下公式衰减：考虑剩磁时：E0(t)=(E0(0)-E0T)e-t/Te+E0T+E s不考虑剩磁时：E0(t)=E0(0)e-t/Te+E s其中：E0(t)：为失磁后t秒时定子绕组的感应电势E0(0)：为失磁瞬间（t=0）定子绕组的感应电势E s：为滑差电势E0T：为剩磁在定子绕组中产生的感应电势根据发电机同步电磁功率公式P=E0(t)Usinδ/X d∑，可知电磁功率P e随着E0(t)的衰减而减小，于是就在机组轴上出现剩余转矩ΔM，其值近似为ΔM=M m-M e。
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徐 健,徐 金,王 翔(南京南瑞继保电气有限公司,江苏省南京市211100)摘要:发电机失磁和失步保护都运用故障时的阻抗变化轨迹特性作为阻抗判据,因而两者的动作阻抗区域可能会有部分重叠,造成失磁和失步保护的逻辑运算冲突。
文中提出通过修正阻抗圆或增加方向闭锁判据来解决失磁和失步保护在阻抗坐标平面第三象限可能会发生冲突的问题,具体做法是削去失磁阻抗的左半圆或者在阻抗坐标平面第三象限通过判断阻抗变化方向来防止失磁保护在失步故障时抢动。
关键词:失磁保护;失步保护;阻抗动作特性;冲突;协调中图分类号:TM772收稿日期:2006212208;修回日期:2007203227。
0 引言由于现在的发电机都允许一定程度的进相运行,一般选择异步圆作为失磁保护的动作阻抗区域。
一旦发电机的测量阻抗进入失磁保护阻抗圆且其他辅助判据也满足,则经一小的延时失磁保护即动作。
失步保护所用动作阻抗区域为一叶形区域,发电机和系统间发生失步振荡时,一旦测量阻抗变化曲线顺序穿过叶形区域的次数达到允许穿越的最大次数时,失步保护即动作,但如果阻抗变化轨迹在穿越失步区域次数不满足动作条件之前已穿进失磁异步圆并停留较长时间时,失磁保护就可能抢先动作。
失磁保护除了阻抗判据外还有其他一些判据,其中用于区分失磁和失步故障的判据是失磁保护的转子电压判据。
转子电压降低是失磁故障的一个显著特征,但对于无刷励磁机组,转子电压根本无法测得,而对于有刷励磁机组,在失磁保护的几段保护中,可能有1段或2段用户选择不采用转子电压判据,所以单独分析比较失磁和失步保护的阻抗判据还是非常有必要的。
本文研究的失步故障主要是指在发电机有励磁情况下发生的系统振荡,通过对发电机失磁和失步保护的特性进行仔细分析,提出可以协调解决2个保护冲突问题的方法[128]。
1 失磁和失步保护阻抗动作特性分析111 失磁保护阻抗动作特性发电机失磁保护主要通过判断测量阻抗的位置是否进入阻抗圆来监测发电机失磁故障,一些辅助判据包括转子电压、无功反向等。
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作者：常芸张伟华来源：《科技传播》2012年第21期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；冲突中图分类号TM341 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）78-0035-02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。
发电机失磁危害及其保护措施
发电机失磁危害及其保护措施一、前言作者在二期发电机组失磁保护校验时，发现失磁保护下抛边界阻抗圆总是抢先失磁异步边界阻抗圆出口，造成异步阻抗圆保护失去作用，鉴于发电机失磁对发电机及系统的危害，由此引出失磁保护分析应用事宜。
二、发电机失磁危害发电机失磁后，发电机转子和定子磁场间出现了速度差，则在转子回路中感应出差频电流，引起转子局部过热，甚至灼伤，同时发电机受交变异步电磁力矩冲击而发生振动，尤其在重负荷下失磁将发生剧烈振动，直接威胁机组安全运行。
此外，发电机从系统吸收无功功率引起系统电压下降，如果系统无功储备不足则可能使系统电压低于允许值，甚至电压崩溃而瓦解系统。
三、失磁保护配置大唐韩城第二发电有限责任公司二期装机容量为2×600MVA，发变组采用单元接线，发电机保护采用美国通用公司G60微机保护装置，均为双重化配置，发变组保护A、B屏各设置一台。
该装置硬件由多功能模块组成，软件按模块化外加灵活逻辑设计，由用户根据需要配置。
该失磁保护为两段阻抗圆外加灵活逻辑配件共同组成。
3.1失磁保护逻辑图1 失磁保护逻辑3.2失磁保护定值二期发电机失磁判据采用类似静稳极限阻抗圆的下抛阻抗圆及异步边界阻抗圆主判据。
a、下抛圆阻抗设置：圆心：（稍偏坐标原点）半径：出口时间：t1=0.5sb、异步边界阻抗圆设置：圆心：-半径：出口时间：t2=1sc、机端低电压定值设置：Uop=0.85pu，即三相电压低于85%额定电压时开放失磁保护。
d、失磁保护出口方式设置：失磁两段式阻抗保护动作后分别经延时动作于全停。
四、失磁保护判据分析4.1常见失磁保护判据a、常见失磁保护主判据有：①、静稳极限励磁电压判据；②、静稳极限阻抗判据；③、异步边界阻抗判据；④、系统或发电机三相低电压判据等。
b、常见辅助判据有：①ueop≤0.8ueo其中，ueop：励磁实际电压，ueo：空载励磁电压。
②u2op≤（0.05～0.06）ugn，I2op≤（1.2～1.4）I2∞其中，u2op：发电机实际负序电压，ugn：发电机额定电压，I2op：发电机实际负序电流，I2∞：发电机长期允许负序电流。
大型发电机励磁限制与发电机保护配合综述
33
2012 年发电机励磁系统学术年会
念上可能必；另一种原因是励磁调节器程序本 身设计缺陷或功能不完善，在发生程序中没有 设计的工况下，励磁调节器发生误调节，致使 ห้องสมุดไป่ตู้电机误失磁或误强励事故发生。本文主要讨 论如何通过设计励磁调节软件功能来降低发电 机误失磁或误强励引起发电机误解列故障的概 率，提高发电机及电力系统运行可靠性。
理论上，采用阻抗特征的（P，Q）特性曲 线，低励限制就可以与失磁保护实现配合，针 对实际励磁产品，为进一步增加可靠性，还应 考虑后备低励磁限制，即最小励磁电流限制， 以防止励磁产品计算 P 和 Q 出错时，无功低励 磁限制未动作而失磁保护动作解列发电机的情 况发生。
目前发电机励磁调节器一般设有发电机进
1 Xs
+
1 Xd
÷÷øösin(2d g )
Q U2
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（6）
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+
1 Xd
÷÷øö2
（7）
从（7）可以得出发电机静稳特性在（ P /U 2 ,Q /U 2 ）平面上是一个确定的圆，而在（P，Q）
从标准规定可以得知，欠励限制范围由发 电机静稳极限及端部发热确定，事实上该范围 无法理论计算获得，要由实际进相试验获得； 同时也规定限制范围计及发电机端电压的变 化，但如何计及则没有意见，整定原则中只规 定动作时间延迟，在时间上保证先动作，没有 对如何保证动作范围上作细致具体规定。
发电机失磁保护与励磁调节器低励保护之间的配合及注意事项_李成
发电机失磁保护与励磁调节器低励保护之间的配合及注意事项李 成（徐州发电厂试验中心）摘要：大中型发电机组，其保护均配有失磁保护，并在励磁调节器中配有低励限制及保护，两者的保护原理有所不同。
本文简述发电机低励或失磁的过程，分析励磁调节器低励限制保护及发电机失磁保护在欠励、低励或失磁过程中的不同动作情况，介绍构成发电机失磁保护与励磁调节器低励限制保护的设计原理，分析两者原理的相同处与不同处，简述发电机失磁保护与励磁低励保护之间的配合，并对调试中遇到的问题进行分析，提出个人看法及注意事项。
关键词：励磁调节器 失磁 低励1概述发电机由欠励、低励直至失磁，在这不同的过程中，均从系统中吸收感性无功功率，引起系统电压的下降。
其中低励或失磁后，发电机失去静稳，由同步运行过渡到异步运行，转子出现转差，定子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，无功功率反向并且增大，转子回路出现差频电流；并引起某些电源支路过电流，所有这些电气量的变化，都伴有一定程度的摆动。
在一定的条件下，将威胁发电机本身的安全，破坏电力系统的稳定运行。
为此，1991年颁布的《继电保护和安全自动装置技术规程》及最近国家电力公司颁布的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》均对失磁保护及大型机组安全运行作出了要求。
2两者的原理分析及配合目前，大中型发电机组，其保护均配有失磁保护，并在励磁调节器中配有低励限制及保护，其配合方式通常为：正常励磁调节器以自动方式运行，当励磁电流降低到一定程度，达到低励限制点时，低励限制信号灯亮，限制外回路减磁操作，当励磁电流继续下降，低励限制提供增磁信号，如不起作用，励磁电流下降至低励保护点时，低励保护动作，除继续提供增磁信号外，主柜延时几秒后封脉冲、切从柜。
从柜变为主柜，，如故障不能消除，从复上述过程低励保护动作并发信，延时几秒后切手动（如无从柜，则直接切至手动运行方式），其后期励磁调节器的低励限制及保护自动退出。
如在上述某一过程中，励磁调节器能扭转励磁电流的下降，可认为发电机处于欠励运行状态。
第五节 发电机失磁保护的几个问题
第五节 发电机失磁保护的几个问题一 阻抗型失磁保护存在的问题目前，由于有关规程的硬性规定，阻抗型失磁保护在国内得到了广泛应用。
在阻抗型失磁保护的构成中，主要是阻抗元件。
通常阻抗元件的动作特性，是阻抗复平面上的一个阻抗圆。
根据设计及运行的要求，该阻抗圆可整定为异步边界圆或静稳边界圆。
如图9-25所示。
图9-25 失磁保护阻抗元件的动作特性 在图9-25中：S X ——系统阻抗； dX '——发电机暂态电抗；d X ——发电机同步电抗； P ——发电机发出的有功功率； US ——系统电压；曲线1——异步边界阻抗圆；曲线2——静稳边界阻抗圆；曲线3——等有功阻抗圆。
所谓异步边界阻抗圆，是通过dX '及d X 的阻抗复平面上的下抛圆。
在发电机失磁失步后，其机端测量阻抗的规迹，必定落在该圆内。
正常工况下，发电机带某一有功功率运行时，其机端阻抗的测量轨迹亦为一个圆。
将该圆叫做等有功圆。
如图9-25中的曲线3所示。
该圆的圆心坐标及半径分别为（s s jx P U ∙22）、P U s 22。
可以看出，等有功圆的圆心位置及半径，与发电机同系统之间的联系电抗S X 有关，与系统电压及发电机带的有功功率有关。
发电机与系统之间的联系电抗越大，等有功圆越远离异步边界阻抗圆；发电机带的有功越大，其等有功圆越小，越远离异步边界阻抗圆。
理论分析及试验证明：大型发电机带的有功越大，距系统越远，其失磁失步运行对发电机组及系统造成的危害越大。
真机失磁试验证明：当系统电压较高时，汽轮发电机维持较小的功率（例如0.4Pe ，Pe ——发电机额定有功功率）失磁失步运行某一较长时间（例如15~30分钟），不会对发电机及系统造成危害。
因此，若从失磁失步运行危害方面提出对失磁保护的要求，则应该是发电机带的有功越大，距系统越远，失磁保护的动作速度应越快，动作的可靠性应越高。
阻抗型失磁保护不能满足上述要求。
设正常运行时机端测量阻抗在第一象限。
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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
中图分类号tm341 文献标识码a 文章编号
1674-6708（2012）78-0035-02
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。
当励磁情况下，一旦产生了失步振荡，阻抗的变化趋势为（在某平面坐标系中）：阻抗曲线在进入了异步圆之前，先经过了第三象限，而且其很大部分并没有经过异步圆的左半边，因为在其左半圆大多数情况下发生的失磁故障及保护动作。
对于失步保护的阻抗判据而言，可以采用三元件失步继电器动作的特性来进行分析：第一个部分为透镜，可以将阻抗的平面分为
透镜内外两部分；第二部分为遮挡器，可以将阻抗的平面分为左右两个部分；第三部分为电抗线，可以把动作区域一分为二，即将电抗线上下分段。
其中，前两个部分相互结合，形成了四个区域，如果阻抗的轨迹依次经过这四个区域，并且停留的时间大于了某个限定值，则可以判定为发电机的失步振荡；如果阻抗轨迹在电抗线以下穿过，则被认为是振荡的中心在发变组站内，反之，则认为在发变组站之外。
2 发电机失磁保护和失步保护的冲突分析
发电机失磁保护和失步保护的冲突可能在于失磁保护的抢先动作，具体而言，失磁保护与失步保护都有自身特有的区域，虽然同时与异步圆有关，但对于失步保护而言，若失步故障发生时阻抗的变化顺序通过自身的区域时便先一步进入了失磁保护的异步圆，加之失磁保护没有足够长的延时，便能促使失磁保护抢先动作，从而产生失磁故障；此外，当失步故障的阻抗变化顺序进入到了区内的某个区域，但是没有按照规定的要求（时间）进入，也会造成失磁保护的抢先动作，此时产生的是失步故障。
这两种情况下，都会导致失磁保护的抢先动作，虽然最终的影响不完全相同，但都会造成一定的不良后果。
从目前来看，两种情况都可以利用失磁保护动作来改善失步故障，但这会造成跳闸逻辑的不当，因此应该从其他方面考虑解决方法。
3 发电机失磁保护和失步保护的协调方案探究
根据前文所述的两种冲突方式，本文将从提出两种协调方案加以解决：
1）协调方案1
发电机失磁保护和失步保护的冲突协调方案1为：将失磁保护的动作区域的异步圆简化为其原先异步圆的右半圆，这样的话只有当阻抗的变化进入了此区域，才能导致失磁保护动作的产生。
这种方案的提出，主要在于不管何种失磁故障，发电机的端阻抗的曲线最后都会进入异步圆的右半圆，因此不管何种情况下最终都能实现失磁保护，并且能有效提高失磁保护动作的速动性与可靠性及准确性。
在此种方案下，无需担心其动作区域不够，造成失磁保护动作不完全，因为目前大部分的失磁保护都是在异步圆的右半圆发生的，加上经过了一定的改进，使得失磁保护和失步保护的阻抗区域更加明确与清晰，能真正做到“各司其职”。
此外，采用这种方案还能有效避免励磁情况下的失步故障抢动，以及提高了失步保护对失步故障的监视。
2）协调方案2
发电机失磁保护和失步保护的冲突协调方案2为：将阻抗角的变化量方向概念引入其中，假设测量阻抗的轨迹按照顺时针方向进行变化，阻抗角的变化量方向为正，而逆时针方向变化则为负。
其中，阻抗角的变化量采集方式为：根据一定的额率采取阻抗变化中的点，从而得到它们变化时在阻抗坐标上的角度，假如某电的阻抗
角为an，其下一点的阻抗角为an+1，则两点间的阻抗角变化差为an+1-an，得出了这些值之后，我们便可以根据变化值的具体情况来判断阻抗角的变化方向。
为了更好地避免失步故障下阻抗曲线落在异步圆的左半圆时失磁保护的抢动，可以用以下方法加以解决：（若采集的阻抗落在第三象限）根据采样点所得的阻抗角变化小于0时，阻抗的变化方向则为正，此时开启失磁保护；当采样点所得阻抗角变化大于0时，阻抗角的变化方向则为负，则是应关闭失磁保护。
采用上述方法，能很好的避免失磁保护在第三象限中的抢动，从而解决两种保护产生的冲突。
4 结论
总之，发电机失磁保护和失步保护的冲突随着科学技术的不断进步，已经得到了一定的突破，但是要想实现发电机更加优秀与良好的运作，提高其运作可靠性与准确性，就还需要不断的探索，寻求更好的冲突协调方案。
参考文献
[1]彭湘玲，魏晓军.失磁保护与低励限制的配合及整定分析[j].山西电力，2011（5）：49-51.
[2]杨涛，刘栋.g60发电机保护在大型机组中的应用与运行分析[j].电力系统保护与控制，2009，37（11）：112-115.。