發電機失磁保護和失步保護的沖突與協調

常 蕓，張偉華

1.寧夏中衛市中寧縣寧夏中寧發電有限責任公司，寧夏中衛 755100

2.寧夏固原市六盤山熱電廠，寧夏固原 756000

目前，大部分的發電機在某種程度上都允許一定的進相運行，選擇的是異步圓當作失磁保護的動作阻抗區域；而失步保護所使用的動作阻抗區域則為一種葉形區域。兩者的保護依據主要取決于阻抗的變化，而在實際的運用中，對于失磁保護而言除了受到了阻抗的影響也受到了其他因素的影響，比如轉子電壓，這個因素同時也是區分失磁故障與失步故障的一個依據。本文對發電機失磁保護和失步保護的沖突與協調進行了探討與分析，希望對相關事業有所借鑒。

1 發電機失磁保護和失步保護的分析

1.1 發電機失磁保護的阻抗動作特性分析

對于發電機的失磁保護而言，其主要依據的是阻抗的位置是否進入了阻抗圓的判斷與測量來實現對發電機失磁故障的監測，當然還包括了一些輔助依據，比如無功反向與轉子電壓等。（在本文中，不考慮其他方面的影響，主要在于阻抗變化的影響造成的沖突）如前文所述，失磁保護的阻抗圓采用的是異步圓，一旦發電機發生了失磁故障，發電機的端電壓便無法繼續維持，其輸出無功也會下降，同時電流與電壓夾角也會產生變化（電流相位可能減小到0度）。

當不同的發電機組出現了失磁故障，由于它們的工況不同，因此它們產生的阻抗變化軌跡也不一樣（假設其軌跡在某平面坐標系中），只是有著相同的變化趨勢，也就是說阻抗的坐標平面從第一象限便直接進入了第四象限，并沒有穿過第二象限與第三象限。偶爾會出現一些阻抗的變化會經過第三象限的情況，但其進入的深度很小，并且進入之后又會很快返回到第四象限。

1.2 發電機失步保護的阻抗動作特性分析

本文中的發電機失步保護主要針對的是在勵磁情況下發生的系統振蕩，從而導致的發電機斷阻抗變化，進而采取的保護。當勵磁情況下，一旦產生了失步振蕩，阻抗的變化趨勢為（在某平面坐標系中）：阻抗曲線在進入了異步圓之前，先經過了第三象限，而且其很大部分并沒有經過異步圓的左半邊，因為在其左半圓大多數情況下發生的失磁故障及保護動作。

對于失步保護的阻抗判據而言，可以采用三元件失步繼電器動作的特性來進行分析：第一個部分為透鏡，可以將阻抗的平面分為透鏡內外兩部分；第二部分為遮擋器，可以將阻抗的平面分為左右兩個部分；第三部分為電抗線，可以把動作區域一分為二，即將電抗線上下分段。其中，前兩個部分相互結合，形成了四個區域，如果阻抗的軌跡依次經過這四個區域，并且停留的時間大于了某個限定值，則可以判定為發電機的失步振蕩；如果阻抗軌跡在電抗線以下穿過，則被認為是振蕩的中心在發變組站內，反之，則認為在發變組站之外。

2 發電機失磁保護和失步保護的沖突分析

發電機失磁保護和失步保護的沖突可能在于失磁保護的搶先動作，具體而言，失磁保護與失步保護都有自身特有的區域，雖然同時與異步圓有關，但對于失步保護而言，若失步故障發生時阻抗的變化順序通過自身的區域時便先一步進入了失磁保護的異步圓，加之失磁保護沒有足夠長的延時，便能促使失磁保護搶先動作，從而產生失磁故障；此外，當失步故障的阻抗變化順序進入到了區內的某個區域，但是沒有按照規定的要求（時間）進入，也會造成失磁保護的搶先動作，此時產生的是失步故障。這兩種情況下，都會導致失磁保護的搶先動作，雖然最終的影響不完全相同，但都會造成一定的不良后果。從目前來看，兩種情況都可以利用失磁保護動作來改善失步故障，但這會造成跳閘邏輯的不當，因此應該從其他方面考慮解決方法。

3 發電機失磁保護和失步保護的協調方案探究

根據前文所述的兩種沖突方式，本文將從提出兩種協調方案加以解決：

1）協調方案1

發電機失磁保護和失步保護的沖突協調方案1為：將失磁保護的動作區域的異步圓簡化為其原先異步圓的右半圓，這樣的話只有當阻抗的變化進入了此區域，才能導致失磁保護動作的產生。這種方案的提出，主要在于不管何種失磁故障，發電機的端阻抗的曲線最后都會進入異步圓的右半圓，因此不管何種情況下最終都能實現失磁保護，并且能有效提高失磁保護動作的速動性與可靠性及準確性。在此種方案下，無需擔心其動作區域不夠，造成失磁保護動作不完全，因為目前大部分的失磁保護都是在異步圓的右半圓發生的，加上經過了一定的改進，使得失磁保護和失步保護的阻抗區域更加明確與清晰，能真正做到“各司其職”。此外，采用這種方案還能有效避免勵磁情況下的失步故障搶動，以及提高了失步保護對失步故障的監視。

2）協調方案2

發電機失磁保護和失步保護的沖突協調方案2為：將阻抗角的變化量方向概念引入其中，假設測量阻抗的軌跡按照順時針方向進行變化，阻抗角的變化量方向為正，而逆時針方向變化則為負。其中，阻抗角的變化量采集方式為：根據一定的額率采取阻抗變化中的點，從而得到它們變化時在阻抗坐標上的角度，假如某電的阻抗角為An，其下一點的阻抗角為An+1，則兩點間的阻抗角變化差為An+1-An，得出了這些值之后，我們便可以根據變化值的具體情況來判斷阻抗角的變化方向。為了更好地避免失步故障下阻抗曲線落在異步圓的左半圓時失磁保護的搶動，可以用以下方法加以解決：（若采集的阻抗落在第三象限）根據采樣點所得的阻抗角變化小于0時，阻抗的變化方向則為正，此時開啟失磁保護；當采樣點所得阻抗角變化大于0時，阻抗角的變化方向則為負，則是應關閉失磁保護。采用上述方法，能很好的避免失磁保護在第三象限中的搶動，從而解決兩種保護產生的沖突。

4 結論

總之，發電機失磁保護和失步保護的沖突隨著科學技術的不斷進步，已經得到了一定的突破，但是要想實現發電機更加優秀與良好的運作，提高其運作可靠性與準確性，就還需要不斷的探索，尋求更好的沖突協調方案。

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