淺析發電機失磁保護方式

姚晉瀚

摘 要：在電力生產運行過程中，發電機是不可或缺的動力元件，而在發電機運行過程中，很容易出現失磁現象，這會對整個系統產生影響，而良好的勵磁是電力系統穩定的基礎，在進行發電機失磁保護時既要進行系統保護還要進行機組保護，本文中將結合自身的實踐工作經驗，從阻抗原理和逆無功原理兩個方面出發，對發電機失磁保護方式進行分析。

關鍵詞：發電機；失磁保護；方式淺析

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A

發電機是機械設備的重要組成元件，但是在發電機運行過程中，會出現滅磁開關誤跳閘或者整流裝置誤跳閘等失磁現象，而當發電機出現失磁故障后，就會從電網或外界系統之中吸收大量的無功功率，從而導致系統運行電壓不斷下降，甚至對機械設備造成損害。

1.發電機失磁后系統特征

在發電機運行過程中，良好的勵磁是電力系統穩定的基礎，但是勵磁并不穩定，易出現開路或者回路短路現象，這就會引發發電機失磁故障。而發電機失磁后，不但自身不會產生無功功率，還會從系統之中吸收更多的無功功率，這樣就會導致系統無功功率儲存嚴重下降，繼而誘使發電廠母線電壓、發電機機端電壓不斷下降，這是發電機失磁后系統主要出現的表現特征。其次在發電機出現部分失磁故障后，大量的吸收系統無功功率，還會導致定子電壓下降，根據原動機輸出功率不變電壓與電流之間的反比關系，發電機的定子電流會不斷增大，及功率角增大，而當發電機從失磁到功角增大到 900的過程中，發電機的整體電功率會不斷減小，但是機械功率瞬時間來不及減小，直到功角超過 900以后，發電機異步功率才會再次實現輸出與輸入之前的平衡，這是發電機失磁后系統出現的另外一種表現特征。再次當發電機出現失磁后，無功功率會快速地向負向變化，并按照滑差周期有規律地進行擺動，在這個過程中，出現失磁的發電機有功功率大，產生的滑差則會越大，這樣從外界之中吸收到的無功功率也會不斷增大。最后一種發電機失磁后系統特征，就是發電機會從失磁最開始的穩定異步運行，轉變為沿著等有功阻抗圓第一象限到第四象限之間的變化。

2.發電機失磁保護方式淺析

2.1阻抗原理發電機失磁保護

在發電機出現失磁故障后，利用阻抗原理進行發電機失磁保護，是比較常見的一種保護方式，在應用此種方式進行發電機失磁保護時，主要是以阻抗圓為主判斷依據，對短路、系統震蕩、PT斷線等故障機組進行系統分析，從而有針對性地進行發電機失磁保護。在利用阻抗原理進行發電機失磁保護時，可以從以下幾個方面做起。①阻抗保護Ⅰ段，阻抗Ⅰ段是縮小的異步邊界阻抗圓，動作特性如圖1所示。

在這個阻抗圓之中，具有很好的穩定震蕩效果，只需0.1s就可以躲過由勵磁短路原因引發的相關震蕩，并且還有保護重負荷動作的作用，在電壓互感器回路之中三相斷線也不會出現動作上的延誤，只需用負性電壓互感器，就可以對回路進行非對稱斷線。②阻抗保護Ⅱ段，阻抗Ⅱ段是圓由靜穩邊界阻抗圓切除無用部分組成，動作特性如圖2所示。

在阻抗Ⅱ段之中，更好地滿足了發電機運行需要沿用的阻抗切線，這樣當發電機還沒有完全失磁后時，可以通過相應的運行調整，并進入圓區內，這樣即使在系統出現震蕩時，沿著相應的阻抗軌跡就可以快速的進入到阻抗Ⅱ段圓之中，且在獨立加速元件運行時，延時時間也會縮短到0.1s左右，并將閉鎖電壓排除在外，通過低電壓閉鎖電壓互感器控制發動機之中回路三相中的錯誤動作。③低電壓保護，在利用阻抗原理進行發電機失磁保護時，低電壓保護可以理解為阻抗保護Ⅰ段與Ⅱ段的補充，如當系統之中阻抗較大時，發電機易出現失磁故障，阻抗保護Ⅰ段與Ⅱ段由于動作比較遲緩，易出現拒動，但是低壓元件由于動作更加快速，因此進行低電壓保護可以實現更好的安全作用。此外在系統之中，還會出現大機組或者與系統聯系較為薄弱的機組失磁，這會導致變壓器高壓側電壓急劇下降，從而對系統運行造成危害，但是低電壓保護，除有防止震動作用效果外，還可以防止外部短路時誤動。④低勵磁電流保護，在發電機部分失磁，與勵磁電流低有一定的關系，由于勵磁電流低，導致轉子環磁路不飽和，這樣通過護環垂直進入定子端疊片的磁通量就會大幅度加贈，從而產生一個較大的磁漩渦，并引發電動機系統定子端局部發熱。因此在阻抗原理進行發電機失磁保護時，就可以通過低勵磁電流保護方式，將系統中的有功功率進行限制，從而對發電機進行失磁保護。

2.2逆無功原理發電機失磁保護

運用逆無功原理對發電機進行失磁保護，也是十分常見的一種方式，通過以往的實踐證明可以發現，利用逆無功原理對發電機進行失磁保護作用效果十分理想。對此從保護依據、保護邏輯圖兩個方面，對逆無功原理發電機失磁保護進行分析。首先在構成原理方面，當發電機出現失磁故障后，會出現逆無功和定子過電流，利用運用逆無功原理對發電機進行失磁保護，可以直接的反應出發電機無功吸收程度和定子過電流產生情況，從而適當的增加機端低電壓、調節系統電壓，并通過機組功率，監視發電機失磁對機組及機組系統產生的影響。通常情況下，發電機失磁運行危害依據，包括系統低電壓、機端電壓、有功功率，其中系統低電壓及機端電壓可以判斷失磁對廠用電影響、而有功功率則可以判斷失磁運行對機組的危害程度，這樣在利用運用逆無功原理對發電機進行失磁保護時，可以對整個失磁物理過程進行系統化的分析，從而利用逆無功原理取消轉子電壓，因此在現下的無刷勵磁發電機中特別適合應用此種方式進行發電機失磁保護。其次保護邏輯圖，運用逆無功原理對發電機進行失磁保護，就是采用延時元件對系統震蕩進行保護，采用負序電壓閉鎖元件對具體故障進行排除，當發電機失磁后，會出現無功倒流，并導致定子電流不斷加大，而安裝逆無功元件，若是發現發電機有功率增大現象，在可以通過相關指令，將發電機功率再次控制在合理范圍內，從而形成一種自保持效果，這還可以對發電機失磁后產生的電流波動進行控制，實現更好的減有功速度和效果。此外利用逆無功元件，在經過T2延時后，會發出一個切換廠用電或者滅跳磁的指示命令，從而起到減少短路對設備持續損害的作用效果，從而將發動機失磁故障危害降到最小。而當發現機失磁故障解決后，逆無功元件會在T3延時后，發出切機命令，并仍舊閉鎖T4時間，從而防止切機后系統之中產生的瞬時震蕩，因此利用逆無功原理可以對失磁發電機形成很好的保護作用。

結語

在電力設備運行過程中，發電機是不可或缺的動力元件，而在發電機運行過程中，很容易出現失磁故障，而利用阻抗原理和逆無功原理都可以對放電機失磁進行保護，從而為電力系統穩定提供保障。

參考文獻

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