发电机失步(201201)

1、发电机失步发电机失步南京南瑞继保电气有限公司南京南瑞继保电气有限公司2012.01v 中、小型的发电机一般不装设失步保护。当机组与系统间发生振荡失步时，由运行人员处理。但对于300MW及以上的大型发电机应装设专门的失步保护和失步预测保护。v 一、装设失步保护的必要性： 大型的发电机-变压器组的电抗较大，如果外接系统是一个大系统，在振荡时振荡中心往往在机端或变压器内。振荡中机端电压周期性地大幅度地上、下变化，将导致厂用辅机的工作遭到严重的破坏，甚至导致全厂停机、停炉、停电。 当振荡中心在机端附近时，流过发电机的最大振荡电流接近于机端三相短路电流。如果此电流较长时间的反复出现将使发电机定子绕组发热

2、，电磁力使发电机的端部受机械损伤。 振荡时轴系周期性的扭力将使大轴受到严重扭伤，缩短运行寿命。 滑差周期性的变化使转子绕组中产生差频的感应电流，将造成转子发热。 大型机组与系统的振荡可能导致系统解列甚至崩溃。一、概述 电力系统受到某种干扰，各发电机的电势以不同的角频率旋转，电力系统受到某种干扰，各发电机的电势以不同的角频率旋转，各电势之间的相位差一直不断变化，这时称作电力系统失去稳定各电势之间的相位差一直不断变化，这时称作电力系统失去稳定，或称作电力系统振荡。或称作电力系统振荡。 振荡周期：电力系统振荡时，电势振荡周期：电力系统振荡时，电势Es和和Er的频率不等，当振荡的频率不等，当振荡周期为

3、周期为T时，有：时，有： 通常情况下，在继电保护中振荡周期可认为通常情况下，在继电保护中振荡周期可认为1S，最长振荡周期，最长振荡周期可认为可认为3S。NMffT1二二 系统振荡时电压相量图系统振荡时电压相量图 以对侧电势以对侧电势Er为参考相量，假设两侧电势夹角为为参考相量，假设两侧电势夹角为 ，可画出，可画出系统电压相量图，图中系统电压相量图，图中Um为本侧母线电压，为本侧母线电压，Un为对侧母线电为对侧母线电压，压，Uc为振荡中心电压，为振荡中心电压，I为振荡电流。为振荡电流。 -母线电压母线电压Um和电流和电流I之间的夹角。之间的夹角。 -线路阻抗角。线路阻抗角。ErEs三三 振荡电流

4、振荡电流 振荡电流振荡电流 由欧姆定理可知，在两侧电势差由欧姆定理可知，在两侧电势差 的作用下将产生电流的作用下将产生电流 其值为其值为： 在发生振荡以后，假设两侧电势的幅值依然相等，但它们的夹角在发生振荡以后，假设两侧电势的幅值依然相等，但它们的夹角 将在将在 间不断变化。该电流间不断变化。该电流 的有效值将随两侧电势夹角的有效值将随两侧电势夹角 的变的变化而变化，其变化规律如图所示。当两侧电势同相位时（化而变化，其变化规律如图所示。当两侧电势同相位时（ 或或 360度度），由于），由于 ，因而电流为零。当两侧电势相位相反时（，因而电流为零。当两侧电势相位相反时（ ），由于），由于 达到最大

5、值，因而电流也达最大值。达到最大值，因而电流也达最大值。 RSEE2sinZE2Z)e1(EZEEIjSRS003600000RSEE0180EEERS2四四 系统振荡时母线电压系统振荡时母线电压 振荡时母线电压 由欧姆定律得： 角在0360度变化时，Um做相应变化。当 =0时，Um有最高值， 。当 =180度时，Um有最低值：222sin)21(2cosZZEZIEUsNSSmNSEZZU)21 (minNEUmax五五 系统振荡时振荡中心电压系统振荡时振荡中心电压系统振荡过程中，系统中电压最低的一点称为振荡中心，设系统各元件阻抗角相系统振荡过程中，系统中电压最低的一点称为振荡中心，设系统各

6、元件阻抗角相等、两侧电动势大小相等，如下电压相量图，等、两侧电动势大小相等，如下电压相量图，C点就是振荡中心，它位于线路点就是振荡中心，它位于线路几何中心，振荡中心电压由图可得：几何中心，振荡中心电压由图可得： -母线电压母线电压Um和电流和电流I之间的夹角。之间的夹角。 -线路阻抗角。线路阻抗角。由上式可知，振荡中心电压是可以由母线电压计算出来的。由上式可知，振荡中心电压是可以由母线电压计算出来的。 振荡中心的电压如图中曲线振荡中心的电压如图中曲线2所示。所示。)90cos(2cosMNCUEUErEmQ 将电压相量图中各电压量除以振荡电流，图中各点相对位置不变，即得到阻抗相将电压相量图中各

7、电压量除以振荡电流，图中各点相对位置不变，即得到阻抗相量图。以母线量图。以母线m处为原点，阻抗相量图如右图。处为原点，阻抗相量图如右图。 系统振荡时，系统振荡时， 角发生变化，所以图中的角发生变化，所以图中的Q点为一动点，相量点为一动点，相量MQ即为母线处测量即为母线处测量到的阻抗。振荡过程中，假设两侧电动势大小不变化，则图中到的阻抗。振荡过程中，假设两侧电动势大小不变化，则图中QS与与QR的比值不的比值不变，为：变，为： 所以所以Q点的轨迹为到两定点点的轨迹为到两定点S和和R距离之比为常数的点的轨迹。距离之比为常数的点的轨迹。常数RSEEQRQSK六六 系统振荡时母线处测量阻抗轨迹系统振荡时

8、母线处测量阻抗轨迹EREsQMRS第三部分特性是电抗线，图中，它把动作区第三部分特性是电抗线，图中，它把动作区一分为二，电抗线以上为一分为二，电抗线以上为I段（段（U），电抗线以下），电抗线以下为为II段（段（D）。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于）。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，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。两种情况下滑极次数可分别整定。保护可动作于报警信号保护可动作于报警信号, 也可动作于跳闸。也可动作于跳闸。失步保护可以识别的最

9、小振荡周期为失步保护可以识别的最小振荡周期为120ms。 失步保护阻抗元件计算采用发电机正序电压、正序电流，阻抗轨迹在各种故障失步保护阻抗元件计算采用发电机正序电压、正序电流，阻抗轨迹在各种故障下均能正确反映。保护采用三元件失步继电器动作特性下均能正确反映。保护采用三元件失步继电器动作特性, 如图所示：如图所示：第一部分是透镜特性，图中，它把阻抗平面分成透镜内的部分第一部分是透镜特性，图中，它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透镜外的部分和透镜外的部分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和右半部分和右半部分R。 两种特性的结

10、合，把阻抗平面分成四个区两种特性的结合，把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR，阻抗轨迹顺序穿过四，阻抗轨迹顺序穿过四个区（个区（OLILIROR或或ORIRILOL），并在每个区停留时间大于一时限，），并在每个区停留时间大于一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极计数加则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极计数加1，到达整定次，到达整定次数，保护动作。数，保护动作。七七 三元件阻抗失步判据三元件阻抗失步判据失步继电器分析区外失步区外失步振荡中心在区外且失步时测量阻抗轨迹示意图振荡中心在区内且失步时振荡中心在区内且失步时失步继电器分析区 内 失区 内 失步步八八 失步保护整定计算失步保护整定计算 (1)ZA和和ZB的整定计算的整定计算透镜形阻抗元件的动作区应包括各种运行方式下的振荡阻抗轨迹，透镜形阻抗元件的动作区应包括各种运行方式下的振荡阻抗轨迹，因此选取因此选取 dBStStAjxZxxjxjxZ统等值阻抗升压变压器高压母线系升压变压器短路阻抗； (2)透镜内角的整定透镜内角的整定a越小，透镜越宽，透镜的阻抗动作区就越靠近负荷阻抗区。设最越小，透镜越宽，透镜的阻抗动作区就越靠近负荷阻抗区。设最大负荷阻抗以大负荷阻抗以Rm表示，由透镜特性图可以得出透镜横向宽度