梅鋼熱電廠6#機失磁保護校驗方法探究

江蔚

【摘 要】文章主要論述了上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠6#機在遵循常規校驗方法的基礎上，總結出一種簡單快速的校驗方法，既無悖于失磁保護的原理，又能確保發電機失磁保護動作的可靠性、準確性。

【關鍵詞】失磁;校驗;判據

【中圖分類號】TM31 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）02-0074-03

0 引言

失磁是發電機較常見的故障，發電機失磁后，轉入異步運行要從系統吸收大量無功功率，如果系統無功儲備不足，將引起系統電壓下降，甚至造成電壓崩潰，從而瓦解整個系統。發電機從電網中大量吸收無功，影響并限制了發電機送出的有功功率。失磁后，發電機轉入低滑差異步運行，在轉子及勵磁回路中將產生脈動電流，因而增加了附加損耗，使轉子和勵磁回路過熱。發電機失磁保護就是要保護機組不至于運行在異步狀態，以免危害發電機本體和電網穩定。

為確保發電機失磁保護動作的可靠性、準確性，必須定期進行全面的校驗。但失磁保護與一般的保護相比，失磁保護的原理和校驗過程要深奧和復雜得多。困難是對主要判據異步阻抗圓的校驗，為判斷動作值的正確性，繼保校驗人員必須深刻理解其原理，進而構建一元二次方程并求解，因此設計一種簡單快速的校驗方法是很有意義的。

1 發電機失磁保護原理

（1）發電機由正常運行到失磁異步運行，機端測量阻抗由第I象限逐步進入第IV象限。由此可知，發電機失磁與否，可用無功功率反向及機端測量阻抗的變化作為失磁保護的主要判據。

失磁保護阻抗圓包括異步圓和靜穩圓。動作條件如下：

（2）當外部短路、系統震蕩、長線充電和電壓回路斷線，機端測量阻抗也會進入靜穩邊界和異步邊界。因此，必須增設輔助判據才能保證選擇性。①轉子電壓下降輔助判據。②負序分量輔助判據。常用負序電壓或負序電流元件，作為失磁保護的閉鎖元件。當出現負序時，閉鎖失磁保護。③延時輔助判據。

2 6#發電機失磁保護整定

2.1 基本參數

發電機機端TA變比：5 000/5 A;發電機機端TV變比：10/0.1 kV;發電機額定功率Pe=60 MW;發電機額定電流Ie=4 123.9 A;異步邊界阻抗圓參數：Xa=1.93 Ω，Xb=32.6 Ω。阻抗繼電器輔助判據（保護裝置內部設定）：①正序電壓≥6 V（相電壓）;②負序電壓U2<0.1Ugn=0.1×100=10 V;③發電機電流≥0.1Ie=0.412 A。

無功反向定值Q=0.15 Pe=0.15×60=9 Mvar，對應二次值為 =90 var;轉子低電壓定值Ufd=30 V;機端低電壓定值：按保證廠用電安全和躲過強勵啟動電壓條件整定，Uop=0.9Ugn=0.9×100=90 V。

3 傳統校驗方法

3.1 校驗過程

傳統校驗方法是選取5個相位角，即分別在電流電壓相角為30°、60°、90°、120°、150°時，測得異步阻抗圓的邊界動作值。在校驗過程中，所加電流、電壓值采用試錯法直至保護動作。校驗結束后再構建一元二次方程并求解，從而判斷動作值的正確性。

根據上述整定值，計算坐標原點到阻抗圓圓心1和異步邊界阻抗圓半徑。

以φ=60°時為例，根據圖1構建方程，則有：

解方程得：Z1=2.35 Ω;Z2=27.65 Ω。

3.2 局限性

（1）在校驗過程中，所加電流、電壓值采用試錯法，校驗時間長。

（2）在保護校驗結束后，不能及時判斷動作值的正確性，存在返工、延誤工期的可能。

（3）選取的校驗點有4個不具有特殊性，要用余弦定理求解方程，計算復雜。

4 新校驗方法概況

新校驗法法選取兩個縱向圓周點、兩個橫向圓周點及兩個切線點（從坐標原點出發的直線與阻抗圓相切的點）這6個特殊試驗點，并在校驗前事先計算出這6個點的理論動作阻抗值，再將該阻抗值換算成電流電壓值。保護校驗時，在計算出的理論動作值附近加入電流電壓量，避免了校驗的盲目性，且校驗后能及時判斷動作值的正確性，提高了工作效率。

4.1 出口方式

失磁I段：無功反向+定子阻抗判據，延時0.5 s，動作于發信。

失磁II段：無功反向+定子阻抗判據+機端低電壓判據，延時0.5 s，動作于跳閘停機。

失磁III段：無功反向+定子阻抗判據+轉子低電壓判據，延時1.0 s，動作于跳閘停機。

4.2 異步阻抗圓臨界動作值理論計算

按照整定值并結合圖1，事先做好理論動作值的計算，各點的計算值填入表1。

（1）異步邊界阻抗圓半徑r= = =15.34。

（2）坐標原點到阻抗圓圓心1= = =17.27。

（3）點1的電流電壓相角φ1=arccos =arccos =

27.3°;理論動作阻抗值Z1= = =7.93 Ω;電流取1 A，則理論動作電壓值U1=Z1×1=7.93×1=7.93 V。

（4）點2的電流電壓相角φ2=180°-φ1=152.7°;理論動作阻抗值Z2=Z1=7.93 Ω;電流取1 A，則理論動作電壓值U2=U1=7.93 V。

（5）點3的電流電壓相角φ3=arctg =arctg =48.39°;理論動作阻抗值Z3= = =23.1 Ω;電流取1 A，則理論動作電壓值U3=Z3×1=23.1×1=23.1 V。

（6）點4的電流電壓相角φ4=180°-φ3=131.61°;理論動作阻抗值Z4=Z3=23.1 Ω;電流取1 A，則理論動作電壓值U4=U3=23.1 V。

（7）點5的電流電壓相角φ5=90°;理論動作阻抗值Z5=Xa=1.93 Ω;電流取4 A，則理論動作電壓值U5=Z5×4=1.93×4=7.72 V。

（8）點6的電流電壓相角φ6=90°;理論動作阻抗值Z6=Xb=32.6 Ω;電流取1 A，則理論動作電壓值U6=Z6×1=32.6×1=32.6 V。

4.3 失磁保護校驗過程

4.3.1 阻抗圓邊界值校驗

以失磁保護II段為例，退出失磁I、III段。退出“發電機差動保護、發電機相間后備、發電機匝間保護、發電機啟停機保護、發電機工頻變化量差動”硬壓板;退出“無功反向判據”，控制字由1改0。

將1ID∶8、1ID∶9、1ID∶10試驗端子解開，加三相機端電流。

將1UD∶1、1UD∶2、1UD∶3試驗端子解開，加三相機端電壓。

按表1的數據逐個校驗圖2中的每個點，并將保護動作時的電壓值填入表中。

點1校驗：電流加固定值1 A，相位超前電壓27.3°并保持不變，電壓從9 V起步，然后逐漸減小直至失磁保護動作。

點2校驗：電流加固定值1 A，相位超前電壓152.7°并保持不變，電壓從9 V起步，然后逐漸減小直至失磁保護動作。

點3校驗：電流加固定值1 A，相位超前電壓48.39°并保持不變，電壓從25 V起步，然后逐漸減小直至失磁保護動作。

點4校驗：電流加固定值1 A，相位超前電壓131.61°并保持不變，電壓從25 V起步，然后逐漸減小直至失磁保護動作。

點5校驗：電流加固定值4 A，相位超前電壓90°并保持不變，電壓從6.5 V起步，然后逐漸增大直至失磁保護動作。

點6校驗：電流加固定值1 A，相位超前電壓90°并保持不變，電壓從35 V起步，然后逐漸減小直至失磁保護動作。

以第3個校驗點為例，理論動作電壓值是23.1 V，實測動作值為23.09 V，動作值與理論值相符，動作正確。

4.3.2 無功反向判據校驗

以失磁保護II段為例，退出失磁I、III段。理論值計算：設三相電流I=2 A，φ=90°時，由公式Qset= U線Isin90°=90 var，計算得，U線=26 V，U相=15 V;投入“無功反向判據”，控制字由0改1;固定三相電流2 A和相位φ=90°不變，加三相電壓10 V（相電壓），則阻抗值Z=5 Ω，落在異步阻抗圓內，但失磁保護應不動作;升高電壓，直至保護動作。校驗動作值為U相=15.1 V，對應阻抗為Z=15.1/2=7.5 Ω（如圖3所示）。

4.3.3 失磁II段機端低電壓定值校驗

整定為Uop=90 V，則U相=52 V;固定三相電流2 A和相位φ=90°不變，加三相電壓54 V（相電壓），則阻抗值Z=27 Ω，落在異步阻抗圓內，但失磁保護應不動作;降低電壓，直至保護動作。校驗動作值為U相=52.1 V。

4.3.4 失磁II段轉子低電壓判據校驗

無功反向判據退出，失磁阻抗圓條件滿足，電壓先大于35 V，在降低電壓至保護動作，動作電壓值為30.01 V，動作正確。

5 新校驗法的創新點及優越性

（1）通過合理選擇6個特殊試驗點，無需構建一元二次方程，用勾股定理即可求解理論動作阻抗值，計算方便簡單。

（2）通過事先計算理論動作阻抗值，從而避免了校驗的盲目性，并且校驗后能及時判斷動作值的正確性，提高了工作效率。

6 結論

本文所探究的失磁保護校驗方案，是在分析上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠發電機失磁保護校驗方法的基礎上，提出了一種較為合理的中小型發電機失磁保護的校驗方法，采用此方法校驗，既能夠節省校驗時間，又可提前對發電機進行并網。需要注意的是，失磁保護對整定計算的要求較高，如整定不當，易造成誤動作。合理地簡化不僅有利于整定和運行，還可以減少動作發生的可能性。

參 考 文 獻

[1]陳化鋼.電力設備預防性試驗實用技術問答[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

[2]高春如.大型發電機組繼電保護整定計算與運行技術[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3]殷建剛，彭豐.發電機失磁保護的動作分析和整定計算的研究[J].繼電器，2000（7）.