【文章內(nèi)容簡介】 護(hù)范圍末端發(fā)生金屬性不對(duì)稱短路時(shí)，流過保護(hù)的最小負(fù)序電流?！?）動(dòng)作時(shí)限的整定　保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限按保護(hù)在外部不對(duì)稱短路時(shí)，動(dòng)作的選擇性進(jìn)行確定，對(duì)于動(dòng)作于信號(hào)的保護(hù)，一般取5～10s；對(duì)于動(dòng)作跳閘的保護(hù)，一般取3～5s。 反時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)　 反時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)反應(yīng)負(fù)序電流增大，其動(dòng)作時(shí)間與負(fù)序電流成反比。實(shí)現(xiàn)反時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)動(dòng)作特性與發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲線相配合。圖中曲線1是發(fā)電機(jī)允許負(fù)序電流曲線，是在絕熱過程導(dǎo)出的。為了充分利用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫升裕度及發(fā)熱過程中散熱的影響，避免發(fā)電機(jī)還沒有到達(dá)危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)被切除，引入一個(gè)修正系數(shù)α，這樣發(fā)電機(jī)最大允許負(fù)序電流與時(shí)間的關(guān)系式中α——與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫升裕度，散熱等因素有關(guān)的常數(shù)?！　　Ｒ蠓磿r(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)的時(shí)限特性為曲線1，兩曲線之間有個(gè)裕度?！? 　　　 負(fù)序過電流保護(hù)反時(shí)限動(dòng)作特性與允許負(fù)序電流曲線的配合　　 發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù) 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)是常見的故障形式。特別是大型機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的環(huán)節(jié)較多,增加了發(fā)生低勵(lì)或失磁的機(jī)會(huì)。有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明,在發(fā)電機(jī)各類故障中,由于失磁引起的故障占60 %以上,居于各類故障首位。根據(jù)要求,對(duì)100MW 以下,但失磁對(duì)電力系統(tǒng)有重大影響的發(fā)電機(jī),應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護(hù)。對(duì)于100MW 以上的發(fā)電機(jī),應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護(hù)。對(duì)600MW的發(fā)電機(jī)可裝設(shè)雙重化的失磁保護(hù)。由于失磁保護(hù)的判據(jù)較多,閉鎖方式和出口方式也較多,因此失磁保護(hù)的配置目前是所有發(fā)電機(jī)保護(hù)中最復(fù)雜,種類也是最多。如此之多的配置方案給系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行帶來不便或構(gòu)成安全隱患。本文分析討論失磁保護(hù)的規(guī)范化方案,以供同行借鑒和參考　失磁保護(hù)的主判據(jù)目前失磁保護(hù)使用最多的主判據(jù)有三種,分別是: (1) 轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)。 (2) 低阻抗判據(jù)。 (3) 系統(tǒng)低電壓判據(jù)。以上三種判據(jù)分別反映了轉(zhuǎn)子側(cè)、定子側(cè)和系統(tǒng)側(cè)的電氣量。 　轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)早期的整流型和集成電路型保護(hù),采用等勵(lì)磁電壓判據(jù),表達(dá)式為: （）式中 ——為空載勵(lì)磁電壓,K——為小于1 的常數(shù)。目前的微機(jī)保護(hù)多采用變勵(lì)磁電壓判據(jù)即在發(fā)電機(jī)帶有功P的工況下,根據(jù)靜穩(wěn)極限所需的最低勵(lì)磁電壓,來判別是否已失磁。正常運(yùn)行情況下(包括進(jìn)相) ,勵(lì)磁電壓不會(huì)低于空載勵(lì)磁電壓。凡是能導(dǎo)致失步的失磁初始階段, 判據(jù)可快速動(dòng)作。在通常工況下失磁, 判據(jù)動(dòng)作大約比靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)動(dòng)作提前1 秒鐘以上,有預(yù)測失磁失步的功能,顯著提高成套機(jī)組壓出力或切換勵(lì)磁的效果。但是 的整定計(jì)算相對(duì)復(fù)雜,因?yàn)槭寝D(zhuǎn)子系統(tǒng)的電氣量多為直流,而功率P 是定子系統(tǒng)的電氣量為交流量,兩者在一個(gè)判據(jù)進(jìn)行比較,如果整定不當(dāng)很容易導(dǎo)致誤動(dòng)作。勿容置疑的是,該判據(jù)靈敏度最高,動(dòng)作很快。如果掌握好其整定計(jì)算方法,在整定計(jì)算上考慮空載勵(lì)磁電壓和同步電抗等參數(shù)的影響,或在試運(yùn)行期間加以實(shí)驗(yàn)調(diào)整,不僅可以避免誤動(dòng)作,而且是一個(gè)十分有效的判據(jù)。能防止事故擴(kuò)大而被迫停機(jī),特別適用于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作不穩(wěn)定的情況。為了保證在機(jī)組空載運(yùn)行的情況下失磁時(shí)保護(hù)能夠可靠動(dòng)作,附加等勵(lì)磁電壓判據(jù),與變勵(lì)磁判據(jù)結(jié)合使用。 所示:　轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)動(dòng)作特性曲線低勵(lì)、失磁故障將導(dǎo)致機(jī)組失步,失步后勵(lì)磁電壓和發(fā)電機(jī)輸出功率作大幅度波動(dòng),通常會(huì)使轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)周期性地動(dòng)作與返回。因此低勵(lì)、失磁故障的轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)在失步后(進(jìn)入靜穩(wěn)邊界圓) ,應(yīng)采取由低阻抗判據(jù)幫助形成自保持或延時(shí)返回的措施保證其輸出持續(xù)動(dòng)作。 低阻抗判據(jù)反映發(fā)電機(jī)機(jī)端感受阻抗,當(dāng)感受阻抗落入阻抗圓內(nèi)時(shí),保護(hù)動(dòng)作。失磁保護(hù)的阻抗圓常見有兩種,一是靜穩(wěn)邊界圓,另一個(gè)是異步圓。還有介于兩者之間的蘋果圓(主要用于凸極機(jī)) 。發(fā)電機(jī)發(fā)生低勵(lì)、失磁故障后,總是先通過靜穩(wěn)邊界,然后轉(zhuǎn)入異步邊界。因此,靜穩(wěn)邊界圓比異步邊界圓靈敏。由于靜穩(wěn)邊界圓存在第一、二象限的動(dòng)作區(qū),在進(jìn)相運(yùn)行時(shí),當(dāng)進(jìn)相較深的時(shí)候,有可能誤動(dòng)。靜穩(wěn)邊界圓與縱軸交于A、B 兩點(diǎn),A 點(diǎn)為系統(tǒng)阻抗,B 點(diǎn)為( 同步阻抗) 。在整定計(jì)算時(shí),A 點(diǎn)系統(tǒng)阻抗 有時(shí)取最大運(yùn)行方式下的阻抗,有時(shí)取最小運(yùn)行方式下的阻抗,B 點(diǎn) 的取值有時(shí)為保證能可靠動(dòng)作,乘上一個(gè)可靠系數(shù)K( K一般取1. 2) [4 ] 。若機(jī)組不將進(jìn)相運(yùn)行作為正常運(yùn)行方式,用以上整定計(jì)算方法保護(hù)都不會(huì)誤動(dòng)作。但是若將進(jìn)相運(yùn)行作為正常的運(yùn)行方式,整定計(jì)算時(shí)應(yīng)充分考慮進(jìn)相運(yùn)行對(duì)保護(hù)的影響,以防止誤動(dòng)作。對(duì)于進(jìn)相運(yùn)行的機(jī)組,若取最大系統(tǒng)阻抗(小方式) ,B 點(diǎn)又乘可靠系數(shù)1. 2 ,很容易誤動(dòng)。若取最大系統(tǒng)阻抗(小方式) ,B 點(diǎn)不乘可靠系統(tǒng)1. 2 ,或者取最小系統(tǒng)阻抗(大方式) ,B 點(diǎn)又乘可靠系數(shù)1. 2 ,在系統(tǒng)振蕩,進(jìn)相深度過深,三相不平衡以及機(jī)組特性差異等因素下,也可能造成保護(hù)誤動(dòng)而停機(jī)解列。因此,對(duì)進(jìn)相運(yùn)行作為正常運(yùn)行方式的機(jī)組,一般采用以下方法來躲開進(jìn)相運(yùn)行區(qū):(1) 宜采用異步圓跳閘,可有效保證進(jìn)相運(yùn)行不會(huì)誤動(dòng)。(2) 若采用靜穩(wěn)圓, 取最小系統(tǒng)阻抗(大方式) ,B 點(diǎn)不乘可靠系數(shù)1. 2 ,或者取= 0 ,將系統(tǒng)等值為無窮大系統(tǒng),B 點(diǎn)取 。(3) 若采用靜穩(wěn)圓,采用過原點(diǎn)的兩根直線將進(jìn)相區(qū)躲開,此時(shí),進(jìn)相深度可整定。 所示。(4) 若采用靜穩(wěn)圓,選擇與無功反向判據(jù)結(jié)合。 所示。 反映系統(tǒng)(電廠高壓側(cè)母線) 三相同時(shí)低電壓。本判據(jù)主要用來防止由發(fā)電機(jī)失磁故障引發(fā)無功儲(chǔ)備不足的系統(tǒng)電壓崩潰。這種判據(jù)在系統(tǒng)容量較小、電廠與系統(tǒng)聯(lián)系薄弱或系統(tǒng)無功不足時(shí),能可靠動(dòng)作。這種情況往往出現(xiàn)在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的水電廠或坑口火電廠的建設(shè)初期,或水電廠的枯水期。高壓側(cè)母線的三相電壓嚴(yán)重下降將導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的破壞,因此須快速跳閘。當(dāng)電廠建成后,一般有多臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行,而且電廠能量外送的輸變電工程也竣工投產(chǎn),此時(shí),一臺(tái)發(fā)電機(jī)失磁不大可能將高壓側(cè)母線電壓下降到整定值(0. 8～0. 85) 以下,本判據(jù)往往不能動(dòng)作。因此,在設(shè)計(jì)失磁保護(hù)的邏輯回路時(shí),宜采用當(dāng)其他失磁主判據(jù)滿足時(shí),若系統(tǒng)低電壓判據(jù)不滿足,則經(jīng)一較長延時(shí)跳閘。若系統(tǒng)低電壓也滿足,則快速跳閘。對(duì)于與系統(tǒng)聯(lián)系緊密的電廠和小型機(jī)組,本判　配置方案采用上述的三個(gè)主判據(jù),并結(jié)合異常工況閉鎖的輔助判據(jù),組成完整的失磁保護(hù)。 所示。失磁保護(hù)的出口回路可歸納為以下幾條:(1) 轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)+ 沒有異常工況→時(shí)間元件t3 →發(fā)信號(hào)、減出力、切換廠用電。(2) 轉(zhuǎn)子低電機(jī)組。壓判據(jù)+ 低阻抗判據(jù)+ 沒有異常工況→時(shí)間元件t2 →跳閘。(3) 轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)+ 低阻抗判據(jù)+ 沒有異常工況+ 系統(tǒng)低電壓+ 沒有高壓側(cè)TV 斷線→時(shí)間元件t1 →跳閘。本方案轉(zhuǎn)子低電壓與低阻抗判據(jù)相“與”, 經(jīng)一較長延時(shí)t2 出口跳閘。若系統(tǒng)低電壓判據(jù)又同時(shí)滿足,表示無功儲(chǔ)備不足, 則不經(jīng)長延時(shí)t2 , 而是經(jīng)短延時(shí)t1 出口跳閘。本方案主要適用于大型機(jī)組和對(duì)系統(tǒng)影響很大的發(fā)電機(jī)的失步保護(hù)　 隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,電網(wǎng)需求不斷的擴(kuò)大,機(jī)組的容量也越來越大,并與變壓器構(gòu)成單元接線,發(fā)—變組的電抗比與它們相連的系統(tǒng)等值電抗大。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩,振蕩中心往往落于發(fā)變組內(nèi),嚴(yán)重影響廠站側(cè)的廠用系統(tǒng), 危及機(jī)組安全運(yùn)行。對(duì)大型機(jī)組應(yīng)該配置功能比較齊全的失步保護(hù)。這里介紹一種三阻抗元件的失步保護(hù)。 　基本原理發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)發(fā)生失步的振蕩中心軌跡圖如下:　機(jī)端失步阻抗軌跡，B代表發(fā)電機(jī)　A代表系統(tǒng)　代表發(fā)電機(jī)阻抗　代表主變阻抗　代表系統(tǒng)阻抗,三條虛線都表示發(fā)電機(jī)B 與系統(tǒng)A 失步時(shí)機(jī)端的振蕩阻抗軌跡,其中:虛線1 表示時(shí)的振蕩軌跡, 與失步線AB 垂直, 交點(diǎn)處的EA 、EB 夾角δ(即功角) 為180 度, 虛線圓弧3 分別表示在 和的情況下, 機(jī)端振蕩阻抗軌跡。當(dāng) 與 的相位差180 度時(shí),振蕩中心的軌跡與失步線AB 相交。阻抗軌跡3 的右方向左移動(dòng), 表明發(fā)電機(jī)電勢比系統(tǒng)電勢超前,是發(fā)電機(jī)狀態(tài)。阻抗軌跡3 的左方向右移動(dòng),表明發(fā)電機(jī)電勢比系統(tǒng)電勢滯后,是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)?！∈Р奖Ｗo(hù)的主要構(gòu)成,可以用一個(gè)透鏡阻抗元件和兩根直線型阻抗元件構(gòu)成三阻抗元件監(jiān)測發(fā)電機(jī)的失步。 , EF 為電抗元件,把阻抗平面分為兩個(gè)動(dòng)作區(qū), 所示的動(dòng)作區(qū)動(dòng)作區(qū)2。當(dāng)振蕩中心落于區(qū)1 說明振蕩中心位于發(fā)變組內(nèi)部,當(dāng)落于區(qū)2 時(shí),振蕩中心位于升壓變以外的系統(tǒng)。AB 為阻擋元件,把透鏡元件分成左右兩部分。Φ 為阻抗角, 失步線AB ⊥EF。坐標(biāo)原點(diǎn)0 代表失步保護(hù)安裝處,即機(jī)端。 　三阻抗元件的構(gòu)成　失步保護(hù)需要檢測的內(nèi)容判斷發(fā)電機(jī)是否處于失步狀態(tài),必須進(jìn)行下列檢測:（1）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與同步速的差別() ,見第5 節(jié)。（2）失步阻抗的測定。由機(jī)端電壓和電流, 在線測量機(jī)端失步阻抗軌跡,即圖1 中的虛線1 或2 或3 。（3）功角δ的檢測。在失步過程中的某一瞬間, 與相交于失步阻抗軌跡上一點(diǎn)( 點(diǎn)) ,與(為振蕩電流) 組成的電壓三角形,三角形的∠ADB 就是要檢測的功角δ。（4）振蕩失步的滑極次數(shù)N1 和N2 , N1 代表動(dòng)作區(qū)1 的滑極次數(shù), N2 代表動(dòng)作區(qū)2 的滑極次數(shù)。 中的虛線3 必須與透鏡元件相交于兩點(diǎn), 且與阻擋元件相交于一點(diǎn),才能作為1 次滑極。　何時(shí)進(jìn)行功角δ的檢測（1）三相中的最小電流大于0. 10 IN（2）三相電壓中的最大電壓低于0. 92UN（3）轉(zhuǎn)差頻率為0. 2～8Hz（4）處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)當(dāng)滿足以上4 個(gè)條件時(shí),失步保護(hù)裝置進(jìn)行發(fā)電機(jī)功角δ檢測, 如檢測的功角大于整定的報(bào)警角,保護(hù)裝置發(fā)報(bào)警信號(hào),提示運(yùn)行人員?！“l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度ωf 的測量(即或 )　　通常利用裝在轉(zhuǎn)軸上的測速電機(jī)或電磁傳感器,但是有些發(fā)電機(jī)大軸已無法添置測速電機(jī)或測速齒盤,而且在系統(tǒng)擾動(dòng)期間的轉(zhuǎn)軸扭振(約10Hz左右) 對(duì)測速也有影響。這里介紹一種新型原理的測速方法。實(shí)測發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓 、,它們的綜合矢量為式中 , x 為觀測節(jié)點(diǎn)的位置( 即機(jī)端) 。該矢量在復(fù)平面() 上的實(shí)部和虛部為由于電力系統(tǒng)中的各種非線性負(fù)荷和暫態(tài)過程的影響,和中除基波外, 還有各種諧波成分和隨機(jī)噪音,設(shè)它們的基頻分量為,設(shè)一個(gè)基頻周期內(nèi)的采樣數(shù)為N , 采樣間隔為T ,由最小二乘法解得其中 對(duì)于時(shí)刻,有 其中 由此得 、 的基頻分量為 基波綜合矢量可寫成 上式中第1 項(xiàng)為正序分量,第2 項(xiàng)為負(fù)序分量。正序基波綜合矢量在軸上的投影為 則由機(jī)端觀測到的角速度為: 注意到發(fā)電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速發(fā)生變化() 時(shí),轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速變化() 應(yīng)有一個(gè)滯后,其關(guān)系為式中　——轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)。K ——常系數(shù),與觀測點(diǎn)位置有關(guān)?！『螘r(shí)確認(rèn)失步（1）至少有50ms 在透鏡形阻抗動(dòng)作區(qū)內(nèi)。（2）失步阻抗軌跡穿越阻抗元件AB ?！∈Р奖Ｗo(hù)定值整定、 ,定值如下整定（1）作為動(dòng)作區(qū)2 的末端,即限制檢測發(fā)變組以外的區(qū)域。為了使保護(hù)裝置不經(jīng)常報(bào)警, 　是變壓器的短路電抗, 為系統(tǒng)阻抗。與都?xì)w算到發(fā)電機(jī)側(cè)。（2）作為動(dòng)作區(qū)1 和動(dòng)作區(qū)2 的分界線, 。（3）作為動(dòng)作區(qū)1 的起點(diǎn), 。（4） ΦΦ是 、 、 的阻抗角, 也用于確定功率方向,當(dāng)位于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè),Φ 的整定范圍為:240176。～270176。,當(dāng)位于線路側(cè),Φ 的整定范圍為60176?！?90176。（5）報(bào)警功角為了向運(yùn)行人員盡早提示系統(tǒng)或機(jī)組運(yùn)行情況,而又不必長期報(bào)警, 報(bào)警角整定30176?！?0176。之間。（6）跳閘功角為了保證斷路器跳閘的安全,跳閘角整定為兩側(cè)電勢相位差δ 90176。且在繼續(xù)減小。保護(hù)發(fā)跳閘令除滿足此條件外, 還應(yīng)滿足失