发电机误上电保护新型主判据研制_姚晴林
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收 稿 日 期 ：２０１３－０５－２０；修 回 日 期 ：２０１３－０７－０２。
— １７６ —
１ 以扇形 低 阻 抗 特 性 圆 为 主 判 据 的 发 电 机 误上电保护
误上电保护安装在发电机机端或主变压器的高 压 侧 。 误 上 电 保 护 出 口 动 作 无 延 时 或 经 ０．１～０．２ｓ 短延时跳开机端或主变压器高压侧断路器。断路器 跳闸 后 ５ｓ误 上 电 保 护 自 动 投 入 运 行，而 且 在 机 组 停机及启动期间误 上 电 保 护 一 直 投 入，断 路 器 合 闸 后 ３ｓ误 上 电 保 护 自 动 退 出 运 行 。
ｅｎｅｒｇｉｚｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｆａｎ－ｓｈａｐｅｄ ｌｏｗ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
此时有
Ｚｏｐ ＝
ＫｒｅｌＵｎＮＴＡ
槡３×０．３ＩｇｎＮＴＶ
（１）
式中：Ｕｎ，ＮＴＡ，ＮＴＶ分别为 误 上 电 保 护 安 装 点 （发 电
机 机 端 或 主 变 压 器 高 压 侧 ）的 额 定 线 电 压 、电 流 互 感
关 键 词 ：发 电 机 保 护 ；误 上 电 保 护 ；保 护 判 据 ；扇 形 低 阻 抗
０ 引 言
发电 机 在 停 机 及 并 网 的 启 动 过 程 中，由 于 误 操 作使断路器突然错误 合 闸 （简 称 误 上 电）时，会 造 成 发电机严重烧损或 大 轴 扭 曲 的 重 大 事 故，国 外 已 有 此类事故的报道［１］，据了解，国内也有大型电厂 发 生 过此类事故。因此，发 电 机 尤 其 是 大 型 发 电 机 应 装 设误上电保护。
３ 发电机 停 机 及 并 网 过 程 各 阶 段 误 上 电 时 保护测量阻抗ＺＪ 的特性
以汽轮发电机且误上电保护装设在机端为例， 分析在发电机停机及并网过程各不同阶段误上电时 机端测量阻抗 ＺＪ 的特性。 ３．１ 发 电 机 停 机 状 态 （主 汽 门 关 闭 而 励 磁 开 关 断闸） 在发电机停机 状 态 下 若 发 电 机 误 上 电，电 机 运 行状态是无励磁的 同 步 电 动 机 全 电 压 异 步 启 动，电 机自电网吸收有功 功 率 并 吸 取 电 感 性 无 功 功 率，这 实质上相当于异 步 电 机 启 动。 如 图 ３ 所 示，在 忽 略
１）第 １ 个 转 子 旋 转 磁 场 相 对 于 电 机 外 壳 的 转 速 为ω（顺时针 方 向），而 定 子 同 步 旋 转 磁 场 相 对 于 电 机外壳的转速同 样 为 ω（顺 时 针 方 向 ），这 ２ 个 旋 转 方向相同且转速同 为ω 的 定 子、转 子 旋 转 磁 场 相 互 作用产生平均 异 步 功 率 Ｐｙｐ，它 为 直 流 分 量。Ｐｙｐ为 正值表示电机向电 网 输 出 有 功 功 率，即 为 发 电 机 状 态；Ｐｙｐ为负值表 示 电 机 从 电 网 吸 收 有 功 功 率，即 为 电动机状态。
当前发电机误上电保护应用最多的是过电流判 据，其缺点是整定值 不 统 一。 有 些 定 值 采 用 （０．１～ ０．２）Ｉｇｎ，其中Ｉｇｎ为 发 电 机 额 定 电 流，为 防 止 正 常 并 网断 路 器 ＤＬ 闭 合 时 该 判 据 误 动，在 励 磁 开 关 ＬＫ 闭合时就自动使过 电 流 判 据 闭 锁，但 这 样 又 会 导 致 正常并网过程中 ＬＫ 闭合至 ＤＬ 合 闸 之 间 失 去 过 电 流判据；有 些 定 值 较 高，采 用 误 上 电 时 最 小 电 流 的 ５０％ ，但 误 上 电 时 的 最 小 电 流 难 以 准 确 计 算 ；有 些 定 值采用（１．２～１．３）Ｉｇｎ，判 据 定 值 高 必 然 导 致 误 上 电 时保护动作灵敏 度 低。 因 此，误 上 电 保 护 过 电 流 判 据的效能尚存在争议。
这样整定是为了躲开发电机正常并网时可能出
现的最大冲击。作 为 又 一 层 保 险，以 保 证 可 靠 不 误
动。
误上电 保 护 的 测 量 阻 抗 为 ＺＪ，如 图 ２ 所 示。
｜ＺＪ｜＜｜Ｚｏｐ｜判据及｜ＺＪ｜ｃｏｓφ＜Ｒｏｐ判 据 （φ 为ＺＪ 的 复 角 ）构 成 “与 ”门 出 口 ，其 动 作 区 见 图 １ 中 扇 形 阴 影
如 图 １ 所 示 ，全 阻 抗 型 动 作 特 性 圆 的 半 径 Ｚｏｐ是 按发 电 机 正 常 并 网 断 路 器 合 闸 后 ３ｓ时 刻，发 电 机 输出的最大负 荷 电 流 （取 ０．３Ｉｇｎ）情 况 下，全 阻 抗 型 动作特性圆可靠不动作为原则来整定。
图 １ 发 电 机 误 上 电 保 护 扇 形 低 阻 抗 主 判 据 动 作 特 性 Ｆｉｇ．１ Ａｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｎａｄｖｅｒｔｅｎｔ
为弥 补 过 电 流 判 据 的 不 足 之 处，有 些 厂 家 除 采 用过电流判 据 之 外，同 时 采 用 其 他 原 理 的 判 据，由 ２个判 据 构 成 “或”门 出 口，通 过 双 重 化 来 提 高 误 上 电保护的灵敏度。本文提出的扇形低阻抗新判据对 保护发电机停机及启动过程中任一时刻的误上电事 故都具有高动作灵 敏 度 及 可 靠 性，该 新 判 据 也 是 构 成 误 上 电 保 护 “或 ”门 的 ２ 个 主 判 据 之 一 。
２ 发电 机 误 上 电 异 步 运 行 电 机 有 功 功 率 Ｐ 的特性
发电机停 机 即 转 子 静 止 时 的 转 差 率ｓ＝１，为ｓ
的最大值；发电机并网同步运行时ｓ＝０，为最小 值。
在 发 电 机 停 机 、盘 车 或 启 动 过 程 中 若 发 电 机 误 上 电 ，
电机异 步 运 行，则 转 子 转 速 上 升、ｓ 下 降，此 时 电 机 的总有功功率 Ｐ 为［２］：
— １７７ —
２０１３，３７（２１）
交变异步功 率 Ｐｙｂ的 条 件 下，按 异 步 电 机 等 值 电 路 图分析得［２］：在误上电开始瞬 间ｓ＝１，ＺＪ＝ －ｊ Ｘｄ′，ｓ ＝０（即同步运行）时ＺＪ＝－ｊ Ｘｄ；在Ｒ－Ｘ 坐标平面上 ＺＪ 相 量 末 端 随 ｓ 变 化 的 轨 迹 为 圆 周，直 径 为 Ｘｄ－Ｘｄ′，圆心位 于 －ｊ（Ｘｄ ＋Ｘｄ′）／２。 其 中，Ｘｄ′和 Ｘｄ 分别为汽轮发电机的暂态电抗和同步电抗。
第 ３７ 卷 第 ２１ 期 ２０１３ 年 １１ 月 １０ 日
ＤＯＩ：１０．７５００／ＡＥＰＳ２０１３０５２００１３
Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．２１ Ｎｏｖ．１０，２０１３
发电机误上电保护新型主判据研制
姚 Fra Baidu bibliotek 林 ，郭 宝 甫 ，陈 海 龙 ，沈 燕 华
（许继电气股份有限公司，河南省许昌市 ４６１０００）
摘要：提出并论证发电机误上电保护扇 形 低 阻 抗 新 型 主 判 据 及 其 整 定 计 算，分 析 发 电 机 在 不 同 工 况下误上电时电机有功功率及保护安装点测量阻抗的不同特性 ，得 出 发 电 机 误 上 电 初 始 测 量 阻 抗 在 Ｒ－Ｘ 平面４个象限的任１个或２个 象 限 中 波 动 皆 有 可 能 的 结 论。 扇 形 低 阻 抗 特 性 的 误 上 电 保 护在 Ｒ－Ｘ 平面４个象限中都具有足够 大 的 动 作 区，它 既 能 保 证 发 电 机 正 常 并 网 时 可 靠 不 动 作，又 能保证发电机在停机及正常并网的启动过程中任一时刻误 上 电 时 ，该 保 护 都 能 高 灵 敏 地 动 作。 所 研制的保护已投入运行。
２）第 ２ 个 转 子 旋 转 磁 场 相 对 于 电 机 外 壳 的 转 速 为ω－２ｓω，顺 时 针 方 向，而 定 子 同 步 旋 转 磁 场 相 对 于电机外壳的 转 速 为 ω，也 为 顺 时 针 方 向。 这 ２ 个 定子、转 子 旋 转 磁 场 相 互 作 用 产 生 交 变 异 步 功 率 Ｐｙｂ，Ｐｙｂ随ｓｉｎ ２δ 的正负交替 变 化（功 率 角δ＝ｓωｔ）， 其平均值为零，它也 是 电 机 误 上 电 异 步 运 行 中 总 有 功功率 Ｐ 随δ 波动的原因之一。
Ｐ ＝ Ｐｙｐ ＋Ｐｙｂ ＋ＰＴ
（３）
式中：Ｐｙｐ为 平 均 异 步 功 率；Ｐｙｂ为 交 变 异 步 功 率；ＰＴ
为同步功率。
这３种有功功率的特性决定了电机误上电保护
测量阻抗 ＺＪ 的特性。 发电 机 误 上 电 时，电 机 定 子 三 相 电 流 产 生 同 步
旋 转 磁 场 ，对 电 机 外 壳 而 言 ，定 子 同 步 旋 转 磁 场 的 旋
δ 为０°～１８０°范 围 内 （即 发 电 机 机 端 电 压 导 前 于 系 统电压 的 情 况 下 ）才 允 许 发 出 合 闸 命 令，在 δ 为 １８０°～３６０°范围内 不 会 发 出 合 闸 命 令，以 防 止 有 功 功 率 反 送 。 设 正 常 并 网 断 路 器 合 闸 时 最 大 的δ＝８°， ３ｓ后误上电保护才被闭锁，这３ｓ内调速 汽 门 仍 在
转方向为顺时针，转速为ω（ω＝２πｆ，其 中 ｆ 为 同 步 频率）。电机转子的转速上 升、ｓ 下 降 （０＜ｓ＜１），转
子 的 转 速 小 于 同 步 速 ，对 电 机 外 壳 而 言 ，转 子 的 转 速 为 ω－ｓω，且 为 顺 时 针 方 向 。
定子同步旋转磁场在转子的励磁绕组及阻尼绕 组中感应出频率为ｓｆ 的 单 相 交 流 电 流。 该 单 相 电 流产生对转子而言 相 对 静 止 的 转 子 脉 动 磁 场，此 转 子脉动磁场可以分解成２个幅值各为原脉动磁场幅 值一半且旋转方向 相 反 的 转 子 旋 转 磁 场：第 １ 个 转 子旋转磁场对转子而言的 旋 转 速 度 为ｓω，即 它 对 电 机外壳而 言 的 转 速 为 ω－ｓω＋ｓω＝ω，为 顺 时 针 方 向；第２个转子旋转 磁 场 对 转 子 而 言 的 旋 转 速 度 为 －ｓω，即它对电机外壳而言的转速 为 ω－ｓω－ｓω＝ω －２ｓω，为顺时 针 方 向。 因 此，在 发 电 机 误 上 电 后 异 步 运 行 中 ，可 得 出 以 下 结 论 。
器 变 比 、电 压 互 感 器 变 比 ；Ｋｒｅｌ为 可 靠 系 数 ，取 ０．８５。 式（１）分母中的电流取０．３Ｉｇｎ的 理 由 如 下：自 动
· 研 制 与 开 发 · 姚 晴 林 ，等 发 电 机 误 上 电 保 护 新 型 主 判 据 研 制
或半自动准同期装置都保证了只能在功率角
加大，δ 最 大 可 能 达 １２°，而 最 大 负 荷 不 会 超 过 ０．２Ｉｇｎ，再 考 虑 裕 度 ，故 取 最 大 负 荷 电 流 为０．３Ｉｇｎ，以 确保误上电保护可靠不动作。
图１中，电阻型动作特性直线距 Ｒ－Ｘ 坐标 原 点
的 垂 直 距 离 为 Ｒｏｐ：
Ｒｏｐ ＝０．８５Ｚｏｐ
（２）
３）发 电 机 启 动 并 网 过 程 的 中 期 或 后 期 阶 段 励 磁 开 关 闭 合 ，若 发 电 机 误 上 电 ，异 步 运 行 中 励 磁 绕 组 还 有 强 制 性 的 直 流 励 磁 电 流，会 产 生 同 步 功 率 ＰＴ。 ＰＴ 随ｓｉｎδ 的正负交替变化，其平均值为零，它也 是 电机误上电异 步 运 行 中 总 有 功 功 率 Ｐ 随δ 波 动 的 另一个原因。
图３ 忽略 Ｐｙｂ且发电机停机状态下误上电时 ＺＪ 随ｓ的变化轨迹
Ｆｉｇ．３ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｏｆ ＺＪｖｅｒｓｕｓ ｓ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗｈｅｎ ｉｎａｄｖｅｒｔｅｎｔ ｅｎｅｒｇｉｚｉｎｇ ｈａｐｐｅｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｓｈｕｔ－ｄｏｗｎ ｓｔａｔｅ ｉｎ ｃａｓｅ ｏｆ ｎｅｇｌｅｃｔｉｎｇ Ｐｙｂ
侧包围的面积，这就 实 现 了 以 扇 形 低 阻 抗 特 性 为 主
判据的发电机误上电保护。
图 ２ 扇 形 低 阻 抗 主 判 据 逻 辑 框 图 Ｆｉｇ．２ Ｌｏｇｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｆａｎ－ｓｈａｐｅｄ ｌｏｗ
ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
下文分析在发电机停机及启动过程中各阶段误 上电时，发电 机 有 功 功 率 Ｐ 及 机 端 测 量 阻 抗 ＺＪ 的 特性。
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１ 以扇形 低 阻 抗 特 性 圆 为 主 判 据 的 发 电 机 误上电保护
误上电保护安装在发电机机端或主变压器的高 压 侧 。 误 上 电 保 护 出 口 动 作 无 延 时 或 经 ０．１～０．２ｓ 短延时跳开机端或主变压器高压侧断路器。断路器 跳闸 后 ５ｓ误 上 电 保 护 自 动 投 入 运 行，而 且 在 机 组 停机及启动期间误 上 电 保 护 一 直 投 入，断 路 器 合 闸 后 ３ｓ误 上 电 保 护 自 动 退 出 运 行 。
ｅｎｅｒｇｉｚｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｆａｎ－ｓｈａｐｅｄ ｌｏｗ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
此时有
Ｚｏｐ ＝
ＫｒｅｌＵｎＮＴＡ
槡３×０．３ＩｇｎＮＴＶ
（１）
式中：Ｕｎ，ＮＴＡ，ＮＴＶ分别为 误 上 电 保 护 安 装 点 （发 电
机 机 端 或 主 变 压 器 高 压 侧 ）的 额 定 线 电 压 、电 流 互 感
关 键 词 ：发 电 机 保 护 ；误 上 电 保 护 ；保 护 判 据 ；扇 形 低 阻 抗
０ 引 言
发电 机 在 停 机 及 并 网 的 启 动 过 程 中，由 于 误 操 作使断路器突然错误 合 闸 （简 称 误 上 电）时，会 造 成 发电机严重烧损或 大 轴 扭 曲 的 重 大 事 故，国 外 已 有 此类事故的报道［１］，据了解，国内也有大型电厂 发 生 过此类事故。因此，发 电 机 尤 其 是 大 型 发 电 机 应 装 设误上电保护。
３ 发电机 停 机 及 并 网 过 程 各 阶 段 误 上 电 时 保护测量阻抗ＺＪ 的特性
以汽轮发电机且误上电保护装设在机端为例， 分析在发电机停机及并网过程各不同阶段误上电时 机端测量阻抗 ＺＪ 的特性。 ３．１ 发 电 机 停 机 状 态 （主 汽 门 关 闭 而 励 磁 开 关 断闸） 在发电机停机 状 态 下 若 发 电 机 误 上 电，电 机 运 行状态是无励磁的 同 步 电 动 机 全 电 压 异 步 启 动，电 机自电网吸收有功 功 率 并 吸 取 电 感 性 无 功 功 率，这 实质上相当于异 步 电 机 启 动。 如 图 ３ 所 示，在 忽 略
１）第 １ 个 转 子 旋 转 磁 场 相 对 于 电 机 外 壳 的 转 速 为ω（顺时针 方 向），而 定 子 同 步 旋 转 磁 场 相 对 于 电 机外壳的转速同 样 为 ω（顺 时 针 方 向 ），这 ２ 个 旋 转 方向相同且转速同 为ω 的 定 子、转 子 旋 转 磁 场 相 互 作用产生平均 异 步 功 率 Ｐｙｐ，它 为 直 流 分 量。Ｐｙｐ为 正值表示电机向电 网 输 出 有 功 功 率，即 为 发 电 机 状 态；Ｐｙｐ为负值表 示 电 机 从 电 网 吸 收 有 功 功 率，即 为 电动机状态。
当前发电机误上电保护应用最多的是过电流判 据，其缺点是整定值 不 统 一。 有 些 定 值 采 用 （０．１～ ０．２）Ｉｇｎ，其中Ｉｇｎ为 发 电 机 额 定 电 流，为 防 止 正 常 并 网断 路 器 ＤＬ 闭 合 时 该 判 据 误 动，在 励 磁 开 关 ＬＫ 闭合时就自动使过 电 流 判 据 闭 锁，但 这 样 又 会 导 致 正常并网过程中 ＬＫ 闭合至 ＤＬ 合 闸 之 间 失 去 过 电 流判据；有 些 定 值 较 高，采 用 误 上 电 时 最 小 电 流 的 ５０％ ，但 误 上 电 时 的 最 小 电 流 难 以 准 确 计 算 ；有 些 定 值采用（１．２～１．３）Ｉｇｎ，判 据 定 值 高 必 然 导 致 误 上 电 时保护动作灵敏 度 低。 因 此，误 上 电 保 护 过 电 流 判 据的效能尚存在争议。
这样整定是为了躲开发电机正常并网时可能出
现的最大冲击。作 为 又 一 层 保 险，以 保 证 可 靠 不 误
动。
误上电 保 护 的 测 量 阻 抗 为 ＺＪ，如 图 ２ 所 示。
｜ＺＪ｜＜｜Ｚｏｐ｜判据及｜ＺＪ｜ｃｏｓφ＜Ｒｏｐ判 据 （φ 为ＺＪ 的 复 角 ）构 成 “与 ”门 出 口 ，其 动 作 区 见 图 １ 中 扇 形 阴 影
如 图 １ 所 示 ，全 阻 抗 型 动 作 特 性 圆 的 半 径 Ｚｏｐ是 按发 电 机 正 常 并 网 断 路 器 合 闸 后 ３ｓ时 刻，发 电 机 输出的最大负 荷 电 流 （取 ０．３Ｉｇｎ）情 况 下，全 阻 抗 型 动作特性圆可靠不动作为原则来整定。
图 １ 发 电 机 误 上 电 保 护 扇 形 低 阻 抗 主 判 据 动 作 特 性 Ｆｉｇ．１ Ａｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｎａｄｖｅｒｔｅｎｔ
为弥 补 过 电 流 判 据 的 不 足 之 处，有 些 厂 家 除 采 用过电流判 据 之 外，同 时 采 用 其 他 原 理 的 判 据，由 ２个判 据 构 成 “或”门 出 口，通 过 双 重 化 来 提 高 误 上 电保护的灵敏度。本文提出的扇形低阻抗新判据对 保护发电机停机及启动过程中任一时刻的误上电事 故都具有高动作灵 敏 度 及 可 靠 性，该 新 判 据 也 是 构 成 误 上 电 保 护 “或 ”门 的 ２ 个 主 判 据 之 一 。
２ 发电 机 误 上 电 异 步 运 行 电 机 有 功 功 率 Ｐ 的特性
发电机停 机 即 转 子 静 止 时 的 转 差 率ｓ＝１，为ｓ
的最大值；发电机并网同步运行时ｓ＝０，为最小 值。
在 发 电 机 停 机 、盘 车 或 启 动 过 程 中 若 发 电 机 误 上 电 ，
电机异 步 运 行，则 转 子 转 速 上 升、ｓ 下 降，此 时 电 机 的总有功功率 Ｐ 为［２］：
— １７７ —
２０１３，３７（２１）
交变异步功 率 Ｐｙｂ的 条 件 下，按 异 步 电 机 等 值 电 路 图分析得［２］：在误上电开始瞬 间ｓ＝１，ＺＪ＝ －ｊ Ｘｄ′，ｓ ＝０（即同步运行）时ＺＪ＝－ｊ Ｘｄ；在Ｒ－Ｘ 坐标平面上 ＺＪ 相 量 末 端 随 ｓ 变 化 的 轨 迹 为 圆 周，直 径 为 Ｘｄ－Ｘｄ′，圆心位 于 －ｊ（Ｘｄ ＋Ｘｄ′）／２。 其 中，Ｘｄ′和 Ｘｄ 分别为汽轮发电机的暂态电抗和同步电抗。
第 ３７ 卷 第 ２１ 期 ２０１３ 年 １１ 月 １０ 日
ＤＯＩ：１０．７５００／ＡＥＰＳ２０１３０５２００１３
Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．２１ Ｎｏｖ．１０，２０１３
发电机误上电保护新型主判据研制
姚 Fra Baidu bibliotek 林 ，郭 宝 甫 ，陈 海 龙 ，沈 燕 华
（许继电气股份有限公司，河南省许昌市 ４６１０００）
摘要：提出并论证发电机误上电保护扇 形 低 阻 抗 新 型 主 判 据 及 其 整 定 计 算，分 析 发 电 机 在 不 同 工 况下误上电时电机有功功率及保护安装点测量阻抗的不同特性 ，得 出 发 电 机 误 上 电 初 始 测 量 阻 抗 在 Ｒ－Ｘ 平面４个象限的任１个或２个 象 限 中 波 动 皆 有 可 能 的 结 论。 扇 形 低 阻 抗 特 性 的 误 上 电 保 护在 Ｒ－Ｘ 平面４个象限中都具有足够 大 的 动 作 区，它 既 能 保 证 发 电 机 正 常 并 网 时 可 靠 不 动 作，又 能保证发电机在停机及正常并网的启动过程中任一时刻误 上 电 时 ，该 保 护 都 能 高 灵 敏 地 动 作。 所 研制的保护已投入运行。
２）第 ２ 个 转 子 旋 转 磁 场 相 对 于 电 机 外 壳 的 转 速 为ω－２ｓω，顺 时 针 方 向，而 定 子 同 步 旋 转 磁 场 相 对 于电机外壳的 转 速 为 ω，也 为 顺 时 针 方 向。 这 ２ 个 定子、转 子 旋 转 磁 场 相 互 作 用 产 生 交 变 异 步 功 率 Ｐｙｂ，Ｐｙｂ随ｓｉｎ ２δ 的正负交替 变 化（功 率 角δ＝ｓωｔ）， 其平均值为零，它也 是 电 机 误 上 电 异 步 运 行 中 总 有 功功率 Ｐ 随δ 波动的原因之一。
Ｐ ＝ Ｐｙｐ ＋Ｐｙｂ ＋ＰＴ
（３）
式中：Ｐｙｐ为 平 均 异 步 功 率；Ｐｙｂ为 交 变 异 步 功 率；ＰＴ
为同步功率。
这３种有功功率的特性决定了电机误上电保护
测量阻抗 ＺＪ 的特性。 发电 机 误 上 电 时，电 机 定 子 三 相 电 流 产 生 同 步
旋 转 磁 场 ，对 电 机 外 壳 而 言 ，定 子 同 步 旋 转 磁 场 的 旋
δ 为０°～１８０°范 围 内 （即 发 电 机 机 端 电 压 导 前 于 系 统电压 的 情 况 下 ）才 允 许 发 出 合 闸 命 令，在 δ 为 １８０°～３６０°范围内 不 会 发 出 合 闸 命 令，以 防 止 有 功 功 率 反 送 。 设 正 常 并 网 断 路 器 合 闸 时 最 大 的δ＝８°， ３ｓ后误上电保护才被闭锁，这３ｓ内调速 汽 门 仍 在
转方向为顺时针，转速为ω（ω＝２πｆ，其 中 ｆ 为 同 步 频率）。电机转子的转速上 升、ｓ 下 降 （０＜ｓ＜１），转
子 的 转 速 小 于 同 步 速 ，对 电 机 外 壳 而 言 ，转 子 的 转 速 为 ω－ｓω，且 为 顺 时 针 方 向 。
定子同步旋转磁场在转子的励磁绕组及阻尼绕 组中感应出频率为ｓｆ 的 单 相 交 流 电 流。 该 单 相 电 流产生对转子而言 相 对 静 止 的 转 子 脉 动 磁 场，此 转 子脉动磁场可以分解成２个幅值各为原脉动磁场幅 值一半且旋转方向 相 反 的 转 子 旋 转 磁 场：第 １ 个 转 子旋转磁场对转子而言的 旋 转 速 度 为ｓω，即 它 对 电 机外壳而 言 的 转 速 为 ω－ｓω＋ｓω＝ω，为 顺 时 针 方 向；第２个转子旋转 磁 场 对 转 子 而 言 的 旋 转 速 度 为 －ｓω，即它对电机外壳而言的转速 为 ω－ｓω－ｓω＝ω －２ｓω，为顺时 针 方 向。 因 此，在 发 电 机 误 上 电 后 异 步 运 行 中 ，可 得 出 以 下 结 论 。
器 变 比 、电 压 互 感 器 变 比 ；Ｋｒｅｌ为 可 靠 系 数 ，取 ０．８５。 式（１）分母中的电流取０．３Ｉｇｎ的 理 由 如 下：自 动
· 研 制 与 开 发 · 姚 晴 林 ，等 发 电 机 误 上 电 保 护 新 型 主 判 据 研 制
或半自动准同期装置都保证了只能在功率角
加大，δ 最 大 可 能 达 １２°，而 最 大 负 荷 不 会 超 过 ０．２Ｉｇｎ，再 考 虑 裕 度 ，故 取 最 大 负 荷 电 流 为０．３Ｉｇｎ，以 确保误上电保护可靠不动作。
图１中，电阻型动作特性直线距 Ｒ－Ｘ 坐标 原 点
的 垂 直 距 离 为 Ｒｏｐ：
Ｒｏｐ ＝０．８５Ｚｏｐ
（２）
３）发 电 机 启 动 并 网 过 程 的 中 期 或 后 期 阶 段 励 磁 开 关 闭 合 ，若 发 电 机 误 上 电 ，异 步 运 行 中 励 磁 绕 组 还 有 强 制 性 的 直 流 励 磁 电 流，会 产 生 同 步 功 率 ＰＴ。 ＰＴ 随ｓｉｎδ 的正负交替变化，其平均值为零，它也 是 电机误上电异 步 运 行 中 总 有 功 功 率 Ｐ 随δ 波 动 的 另一个原因。
图３ 忽略 Ｐｙｂ且发电机停机状态下误上电时 ＺＪ 随ｓ的变化轨迹
Ｆｉｇ．３ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｏｆ ＺＪｖｅｒｓｕｓ ｓ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗｈｅｎ ｉｎａｄｖｅｒｔｅｎｔ ｅｎｅｒｇｉｚｉｎｇ ｈａｐｐｅｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｓｈｕｔ－ｄｏｗｎ ｓｔａｔｅ ｉｎ ｃａｓｅ ｏｆ ｎｅｇｌｅｃｔｉｎｇ Ｐｙｂ
侧包围的面积，这就 实 现 了 以 扇 形 低 阻 抗 特 性 为 主
判据的发电机误上电保护。
图 ２ 扇 形 低 阻 抗 主 判 据 逻 辑 框 图 Ｆｉｇ．２ Ｌｏｇｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｆａｎ－ｓｈａｐｅｄ ｌｏｗ
ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
下文分析在发电机停机及启动过程中各阶段误 上电时，发电 机 有 功 功 率 Ｐ 及 机 端 测 量 阻 抗 ＺＪ 的 特性。