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浅析发电机失磁保护方式

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姚晋瀚

摘要：在电力生产运行过程中，发电机是不可或缺的动力元件，而在发电机运行过程中，很容易出现失磁现象，这会对整个系统产生影响，而良好的励磁是电力系统稳定的基础，在进行发电机失磁保护时既要进行系统保护还要进行机组保护，本文中将结合自身的实践工作经验，从阻抗原理和逆无功原理两个方面出发，对发电机失磁保护方式进行分析。

关键词：发电机；失磁保护；方式浅析

中图分类号：TM31 文献标识码：A

发电机是机械设备的重要组成元件，但是在发电机运行过程中，会出现灭磁开关误跳闸或者整流装置误跳闸等失磁现象，而当发电机出现失磁故障后，就会从电网或外界系统之中吸收大量的无功功率，从而导致系统运行电压不断下降，甚至对机械设备造成损害。

1.发电机失磁后系统特征

在发电机运行过程中，良好的励磁是电力系统稳定的基础，但是励磁并不稳定，易出现开路或者回路短路现象，这就会引发发电机失磁故障。而发电机失磁后，不但自身不会产生无功功率，还会从系统之中吸收更多的无功功率，这样就会导致系统无功功率储存严重下降，继而诱使发电厂母线电压、发电机机端电压不断下降，这是发电机失磁后系统主要出现的表现特征。其次在发电机出现部分失磁故障后，大量的吸收系统无功功率，还会导致定子电压下降，根据原动机输出功率不变电压与电流之间的反比关系，发电机的定子电流会不断增大，及功率角增大，而当发电机从失磁到功角增大到 900的过程中，发电机的整体电功率会不断减小，但是机械功率瞬时间来不及减小，直到功角超过 900以后，发电机异步功率才会再次实现输出与输入之前的平衡，这是发电机失磁后系统出现的另外一种表现特征。再次当发电机出现失磁后，无功功率会快速地向负向变化，并按照滑差周期有规律地进行摆动，在这个过程中，出现失磁的发电机有功功率大，产生的滑差则会越大，这样从外界之中吸收到的无功功率也会不断增大。最后一种发电机失磁后系统特征，就是发电机会从失磁最开始的稳定异步运行，转变为沿着等有功阻抗圆第一象限到第四象限之间的变化。

2.发电机失磁保护方式浅析

2.1阻抗原理发电机失磁保护

在发电机出现失磁故障后，利用阻抗原理进行发电机失磁保护，是比较常见的一种保护方式，在应用此种方式进行发电机失磁保护时，主要是以阻抗圆为主判断依据，对短路、系统震荡、PT断线等故障机组进行系统分析，从而有针对性地进行发电机失磁保护。在利用阻抗原理进行发电机失磁保护时，可以从以下几个方面做起。①阻抗保护Ⅰ段，阻抗Ⅰ段是缩小的异步边界阻抗圆，动作特性如图1所示。

在这个阻抗圆之中，具有很好的稳定震荡效果，只需0.1s就可以躲过由励磁短路原因引发的相关震荡，并且还有保护重负荷动作的作用，在电压互感器回路之中三相断线也不会出现动作上的延误，只需用负性电压互感器，就可以对回路进行非对称断线。②阻抗保护Ⅱ段，阻抗Ⅱ段是圆由静稳边界阻抗圆切除无用部分组成，动作特性如图2所示。

在阻抗Ⅱ段之中，更好地满足了发电机运行需要沿用的阻抗切线，这样当发电机还没有完全失磁后时，可以通过相应的运行调整，并进入圆区内，这样即使在系统出现震荡时，沿着相应的阻抗轨迹就可以快速的进入到阻抗Ⅱ段圆之中，且在独立加速元件运行時，延时时间也会缩短到0.1s左右，并将闭锁电压排除在外，通过低电压闭锁电压互感器控制发动机之中回路三相中的错误动作。③低电压保护，在利用阻抗原理进行发电机失磁保护时，低电压保护可以理解为阻抗保护Ⅰ段与Ⅱ段的补充，如当系统之中阻抗较大时，发电机易出现失磁故障，阻抗保护Ⅰ段与Ⅱ段由于动作比较迟缓，易出现拒动，但是低压元件由于动作更加快速，因此进行低电压保护可以实现更好的安全作用。此外在系统之中，还会出现大机组或者与系统联系较为薄弱的机组失磁，这会导致变压器高压侧电压急剧下降，从而对系统运行造成危害，但是低电压保护，除有防止震动作用效果外，还可以防止外部短路时误动。④低励磁电流保护，在发电机部分失磁，与励磁电流低有一定的关系，由于励磁电流低，导致转子环磁路不饱和，这样通过护环垂直进入定子端叠片的磁通量就会大幅度加赠，从而产生一个较大的磁漩涡，并引发电动机系统定子端局部发热。因此在阻抗原理进行发电机失磁保护时，就可以通过低励磁电流保护方式，将系统中的有功功率进行限制，从而对发电机进行失磁保护。

2.2逆无功原理发电机失磁保护

运用逆无功原理对发电机进行失磁保护，也是十分常见的一种方式，通过以往的实践证明可以发现，利用逆无功原理对发电机进行失磁保护作用效果十分理想。对此从保护依据、保护逻辑图两个方面，对逆无功原理发电机失磁保护进行分析。首先在构成原理方面，当发电机出现失磁故障后，会出现逆无功和定子过电流，利用运用逆无功原理对发电机进行失磁保护，可以直接的反应出发电机无功吸收程度和定子过电流产生情况，从而适当的增加机端低电压、调节系统电压，并通过机组功率，监视发电机失磁对机组及机组系统产生的影响。通常情况下，发电机失磁运行危害依据，包括系统低电压、机端电压、有功功率，其中系统低电压及机端电压可以判断失磁对厂用电影响、而有功功率则可以判断失磁运行对机组的危害程度，这样在利用运用逆无功原理对发电机进行失磁保护时，可以对整个失磁物理过程进行系统化的分析，从而利用逆无功原理取消转子电压，因此在现下的无刷励磁发电机中特别适合应用此种方式进行发电机失磁保护。其次保护逻辑图，运用逆无功原理对发电机进行失磁保护，就是采用延时元件对系统震荡进行保护，采用负序电压闭锁元件对具体故障进行排除，当发电机失磁后，会出现无功倒流，并导致定子电流不断加大，而安装逆无功元件，若是发现发电机有功率增大现象，在可以通过相关指令，将发电机功率再次控制在合理范围内，从而形成一种自保持效果，这还可以对发电机失磁后产生的电流波动进行控制，实现更好的减有功速度和效果。此外利用逆无功元件，在经过T2延时后，会发出一个切换厂用电或者灭跳磁的指示命令，从而起到减少短路对设备持续损害的作用效果，从而将发动机失磁故障危害降到最小。而当发现机失磁故障解决后，逆无功元件会在T3延时后，发出切机命令，并仍旧闭锁T4时间，从而防止切机后系统之中产生的瞬时震荡，因此利用逆无功原理可以对失磁发电机形成很好的保护作用。

结语

在电力设备运行过程中，发电机是不可或缺的动力元件，而在发电机运行过程中，很容易出现失磁故障，而利用阻抗原理和逆无功原理都可以对放电机失磁进行保护，从而为电力系统稳定提供保障。

参考文献

[1]於岳祥.失磁保护和失步保护源网协调配置技术研究[D].华北电力大学，2016.

[2]郭文宇.同步发电机的失磁过程分析与保护方法研究[D].重庆大学，2015.

[3]李龙波，鲁旭烨.发电机失磁保护误动实际案例分析[J].电气开关，2015，50（1）：96-98.

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