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(guī)校驗方法的基礎(chǔ)上，總結(jié)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(fā)電機失磁保護動作的可靠性、準確性。

【關(guān)鍵詞】失磁;校驗;判據(jù)

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

為確保發(fā)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(jù)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(gòu)建一元二次方程并求解，因此設(shè)計一種簡單快速的校驗方法是很有意義的。

1 發(fā)電機失磁保護原理

（1）發(fā)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(fā)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(jù)。

失磁保護阻抗圓包括異步圓和靜穩(wěn)圓。動作條件如下：

（2）當外部短路、系統(tǒng)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(wěn)邊界和異步邊界。因此，必須增設(shè)輔助判據(jù)才能保證選擇性。①轉(zhuǎn)子電壓下降輔助判據(jù)。②負序分量輔助判據(jù)。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(xiàn)負序時，閉鎖失磁保護。③延時輔助判據(jù)。

2 6#發(fā)電機失磁保護整定

2.1 基本參數(shù)

發(fā)電機機端TA變比：5 000/5 A;發(fā)電機機端TV變比：10/0.1 kV;發(fā)電機額定功率Pe=60 MW;發(fā)電機額定電流Ie=4 123.9 A;異步邊界阻抗圓參數(shù)：Xa=1.93 Ω，Xb=32.6 Ω。阻抗繼電器輔助判據(jù)（保護裝置內(nèi)部設(shè)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(fā)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(zhuǎn)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(tǒng)校驗方法

3.1 校驗過程

傳統(tǒng)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(jié)束后再構(gòu)建一元二次方程并求解，從而判斷動作值的正確性。

根據(jù)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(jù)圖1構(gòu)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(jié)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(fā)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(jù)，延時0.5 s，動作于發(fā)信。

失磁II段：無功反向+定子阻抗判據(jù)+機端低電壓判據(jù)，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(jù)+轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，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(jié)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(fā)電機差動保護、發(fā)電機相間后備、發(fā)電機匝間保護、發(fā)電機啟停機保護、發(fā)電機工頻變化量差動”硬壓板;退出“無功反向判據(jù)”，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(shù)據(jù)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(jù)校驗

以失磁保護II段為例，退出失磁I、III段。理論值計算：設(shè)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(jù)”，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(nèi)，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(nèi)，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(zhuǎn)子低電壓判據(jù)校驗

無功反向判據(jù)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(chuàng)新點及優(yōu)越性

（1）通過合理選擇6個特殊試驗點，無需構(gòu)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(jié)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(fā)電機失磁保護校驗方法的基礎(chǔ)上，提出了一種較為合理的中小型發(fā)電機失磁保護的校驗方法，采用此方法校驗，既能夠節(jié)省校驗時間，又可提前對發(fā)電機進行并網(wǎng)。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(fā)生的可能性。

參 考 文 獻

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

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

[3]殷建剛，彭豐.發(fā)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）.