淺談汽輪發電機失磁保護的整定及校驗

摘要：闡述了發電機失磁保護整定及校驗的計算過程，并對失磁保護進行了模擬試驗，以供電氣工程技術人員參考。

關鍵詞：汽輪發電機;整定計算;保護校驗

0 引言

同步發電機失磁使得發電機以感應發電機模式運行，此時發電機的轉子轉速增加，輸出的有功功率降低，發電機向系統吸收無功功率，從而在發電機轉子中感應出大電流，定子電流值可能達到2倍的額定電流值，在短時間內引起發電機內部過熱。此外，發電機向系統吸收大量的無功功率，如果系統無功儲備不足，差額越大，系統電壓水平下降越嚴重，將嚴重威脅到系統的安全運行，甚至使系統因電壓崩潰而瓦解[1]。

1 失磁保護邏輯

云南先鋒化工有限公司50 MW發電機失磁保護采用SEL-300G型微機保護裝置，用一對帶偏移電抗特性的姆歐阻抗圓來檢測發電機的失磁故障，其動作特性為負向偏移電抗元件特性。發電機失磁保護邏輯如圖1所示，40XD1為一段失磁保護元件的偏移電抗;40Z1P為一段姆歐阻抗圓的直徑;40Z1D為一段失磁保護動作出口元件;40Z1T為一段失磁保護的動作時限;40XD2為二段失磁保護元件的偏移電抗;40Z2P為二段姆歐阻抗圓的直徑;40Z2D為二段失磁保護動作出口元件;40Z2T為二段失磁保護的動作時限;40ZTC為力矩控制方程，40ZTC=！60LOP。

2 失磁保護的整定計算

SEL-300G型微機保護裝置失磁保護的動作特性如圖2所示，失磁保護二段阻抗元件的姆歐動作上邊界圓與阻抗平面的縱軸交點為負向偏移電抗時，其一段姆歐阻抗圓的直徑40Z1P等于-1.0 pu（即發電機額定阻抗），一段失磁保護的偏移阻抗40XD1等于發電機暫態電抗-Xd′/2，二段姆歐阻抗圓的直徑40Z2P等于發電機的直軸電抗Xd，二段失磁保護的偏移電抗40XD2等于一段失磁保護的偏移電抗[1]。Xd′、Xd為標幺值，需折算到二次側有名值，即：

式中：Uj為發電機二次側額定電壓基準值，變比為10.5 kV/100 V;Ij為發電機二次側額定電流值;Xd′、Xd為發電機銘牌參數（標幺值）;Sj發電機額定視在功率。

3 發電機失磁保護定值表

邏輯方程：40ZTC=！60LOP整定為1;一段阻抗圓直徑：40Z1P=88.2 Ω;一段阻抗圓偏移阻抗：40XD1=-19.5 Ω;一段延時動作時間40Z1D=0.3 s;二段阻抗圓直徑：40Z2P=306.8 Ω;二段阻抗圓偏移阻抗：40XD2=-19.5 Ω;二段延時動作時間：40Z2D=1.0 s;二段保護方向監視角：0°。

4 發電機失磁保護校驗

失磁保護作為發電機重要的保護之一，試驗重點要模擬發電機運行中的失磁狀態，驗證其動作的可靠性和靈敏性。

4.1? ? 試驗前準備

（1）做好安全措施和技術措施，斷開保護裝置處所有電流端子拉板，拆除A、B、C、N相電壓線，將微機保護裝置與外接回路斷開，測試電壓回路絕緣合格。

（2）退出SEL-300G保護屏所有保護及開關跳閘壓板，測試時只投入失磁保護壓板，防止其他保護動作影響到試驗結果。

4.2? ? 發電機一、二段失磁保護動作電流計算

式中：Krel為可靠動作系數;Uj為二次側相電壓。

計算發電機在額定運行情況下，低勵使發電機達到穩態極限，汽輪發電機功角δ=90°時，其動作電壓值U=Ij×40XD1=

0.687 4×19.5≈13.4 V，可靠動作電壓U1=Krel×U=1.05×13.4≈14.1 V，Krel為可靠動作系數，Ij為發電機二次側額定電流。

4.3? ? 發電機一、二段失磁保護校驗

（1）測試儀加正序電壓UA：57.74∠0°，UB：57.74∠-120°，UC：57.74∠120°。保持電流角度IA：0.562∠-90°，IB：0.562∠-210°，IC：0.562∠30°不變，增加電流幅值，步長0.05 A，記錄一段失磁保護動作數據。

（2）測試儀加正序電壓UA：57.74∠0°，UB：57.74∠-120°，UC：57.74∠120°。保持電流角度IA：0.186∠-90°，IB：0.186∠-210°，IC：0.186∠30°不變，增加電流幅值，步長0.05 A，記錄二段失磁保護動作數據。

（3）測試儀加正序電流IA：0.7∠0°，IB：0.7∠-120°，IC：0.7∠120°不變，分別改變電壓大小至UA：13.65∠-90°，UB：13.65∠-210°，UC：13.65∠30°以及UA：14.35∠-90°，UB：14.35∠-210°，UC：14.35∠30°，步長2 V，記錄失磁保護的兩次動作數據。

4.4? ? 發電機失磁保護動作記錄

發電機失磁保護動作記錄如表1所示。

5 結語

在發電機繼電保護中，失磁保護的整定計算和校驗是難點之一。本文通過對發電機失磁保護進行整定計算和模擬試驗，對于發電機的保護整定計算及校驗工作具有一定指導意義，可供工程技術人員參考。

[參考文獻]

[1] 王維檢.電氣主設備繼電保護原理與應用[M].北京：中國力出版社，1996.

[2] SEL-300G微機保護裝置使用手冊[Z].

收稿日期：2020-07-06

作者簡介：侯進沖（1976—），男，云南丘北人，工程師，研究方向：電力系統繼電保護配置、計算及電氣運行維護。