发电机失步保护介绍

发电机失步保护介绍1 概述当发电机正常运行时，发电机与电力系统的电动势以同样的工频角频率旋转，之间的相位差维持不变，发电机处于同步稳定运行状态。如果受到某种干扰，发电机与系统之间的电动势以不同的角频率旋转，线路两侧电动势相位差不断变化，此时称作发电机失步。发电机失步后，两侧电动势之间的夹角在0到360间不断变化。发电机机端电压与电流也呈周期性变化，因此需要对失步时的机端测量阻抗进行分析。2 发电机失步时电气量变化分析2.1 发电机失步时电压、电流变化以发电机带无穷大系统为例，发电机电势为Eg，系统侧电势为Es，各回路等值阻抗如图1中所示。图1 发电机带无穷大系统如图1中所示，发电机失步前，保护安装处为送电端，超前，假设两侧电动势幅值相等，则，夹角由线路传输的有功功率决定。此时发电机机端电流为： （1）发电机机端电压为： （2）绘制出发电机带无穷大系统时对应的相量图，如图2所示。事实上，将式（1）带入式（2），则有 可以看出，如果系统中各元件的阻抗角都相同的话，系统中各点的电压相量的端点都落在图2中的相量上。由（1）式知，当=180时，此时线路中电流最大，电流在阻抗上产生的压降最大，此时发电机机端电压最低。 发电机失步时，系统中电压最低的一点C，称作振荡中心。可在图2中作垂直于的相量，此点电压最低，即为振荡中心。图2 发电机带无穷大系统的相量图2.2 发电机失步时的机端测量阻抗当发电机失步时，保护安装处的电压与电流幅值与相位都将随着两侧电动势夹角的变化而变化。因此，反映电压和电流比值的阻抗继电器的测量阻抗幅值和相位也将随而变化。如果两侧电动势幅值相等，即，发电机出口处测量阻抗为： 根据三角函数关系，有 （3）随着两侧电动势夹角的变化，继电器测量阻抗相量端点的变化轨迹画在阻抗复平面上如图3中所示，而测量阻抗相量的起点为保护安装坐标原点O。图中，GS为两侧电动势间的总阻抗，GO为发电机阻抗，OS为发电机与系统间等值阻抗。当时，振荡中心C点位于系统电气的中点，因此C点位于GS连线的中点处。图中mn即为式（3）所描述的轨迹图3 机端测量阻抗相量端点变化轨迹分析图3中相量GP与SP,可知有 因此，SPGP之间的夹角即为发电机与系统电动势夹角，当自0变化至360时，发电机机端测量阻抗端点P由n沿直线mn移动至m。另外，当与幅值不相等时，测量阻抗端点P会离开GS中垂线，但仍会满足。取复平面内所有使SPGP夹角为某一定值的点，我们会得到一个透镜曲线，如图4所示。图4 机端测量阻抗透镜特性当发电机失步时，机端测量阻抗由n沿直线穿越透镜至C点，此时=180，测量阻抗最小，振荡电流最大；穿过C点至m，达到360完成一次滑差周期。3 南瑞继保RCS-985系列发变组失步保护判据RCS-985系列发变组失步保护采用如图6所示动作特性。该特性由三部分组成，第一部分是透镜特性，图中，它把阻抗平面分为透镜内的部分I与透镜外的部分O。第二部分是遮挡器特性，图中，它把阻抗平面分成左半部分L与右半部分R。这两种透镜特性的结合，把阻抗平面分成4个区OR、IR、IL、OL，阻抗轨迹顺序穿过四个区，并在每个区停留时间大于某一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护滑极次数加1，达到整定次数，保护动作。第三部分为电抗线特性，图中，它把动作区一分为二，电抗线以上为I段（U），电抗线一下为II段（D）。阻抗阻抗轨迹顺序穿过四个区时，位于电抗线以下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于发变组外，两种情况下滑极次数可分别整定。保护可动作于报警信号，也可以动作于跳闸。失步保护可以识别的最小振荡周期是120ms。图5 南瑞发变组失步保护动作特性4 RCS-985系列发变组失步保护出口逻辑 如图7所示，为RCS-985系列发变组保护出口逻辑框图。失步保护动作后，经不同的延时，可分别动作于告警和跳闸。图6 RCS-985系列发变组保护出口逻辑框图参 考 文 献1 天津大学贺家李、宋从矩.电力系统继电保护原理第三版.北京：中国电力出版社，1994.10.2 国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材